太阳能电池(论文)文献综述

太阳能电池技术原理及其应用的分析文献综述1.1太阳能电池的种类及研究现状:根据材料的种类和状态的不同，太阳能电池主要有以下几种：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、薄膜型太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池，下面分别予以简单介绍。1.1.1单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是开发得最早的一种太阳能电池，硅的禁带宽度为1.leV，是间接迁移型半导体，本来不是制作太阳能电池的最合适材料。但是由于硅蕴藏量非常丰富，已广泛应用于微电子工业，有很完善的技术基础，有利干太阳能电池的开发应用。单晶硅太阳能电池具有比较高的转换效率，规模生产的电池组件的效率可以达到12一16%，而实验室记录的最高转换效率为24.4％。1.1.2多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池具有独特的优势，与单晶硅比较，多晶硅半导体材料的价格比较低廉，相应的电池单元成本低，非常具有竞争优势。但是由于多晶硅材料存在着较多的晶拉间界而有较多的缺点，转换效率不够高，提高多晶硅太阳能电池的转换效率就是目前许多科学家的研究方向。非晶硅太阳能电池的转换效率和稳定性都不够好，对其研究开始于20世纪七十年代初。非晶硅及其合金的光暗电导率随着光照的时间加长而减少，经过170℃一200℃的退火处理，又可以恢复到光照之前的值。这一现象首先由Staebler和Wronski发现，被称为S—K效应。S—K效应使非晶硅太阳能电池的转换效率由于光照时间加长而衰退，长期以来成为非晶硅太阳能电池应用的主要障碍。1.1.3化合物太阳能电池化合物太阳能电池包括III—V族化合物电池和II—VI族化合物电池。III—V族化合物电池主要有GaAs电池、InP电池、Gasb电池等；II—VI族化合物电池主要有CaS/Culnse电池、CaS/CdTe电池等。上世纪七十年代末，以GaAs为代表的III—V族化合物电池材料（包括叠层电池材料），因具有很高的光电转换效率和优异的抗辐射性能而受到重视，发展很快。最新的一项研究成果就是在加利福尼亚获得了一种变质处理的三叠层GaInP/GaInAs/Ge材料，它在240个太阳辐射，AM1.5情况下的转换效率为40.7%。1.1.4膜型太阳能电池膜型太阳能电池材料主要有铜铟镓硒(CulnGase)、碲化镉(cdTe)等。铜锢稼硒薄膜太阳能电池开发时间还不长，是较有前途而被寄予厚望的新型低成本太阳能电池。该薄膜太阳能电池单元的制备是先用溅射、喷涂或蒸发法在基片上沉积Cu，In和Ga层，再在Se气氛中硒化。碲化镉(CdTe)已成为公认的高效、稳定、廉价的薄膜光伏器件材料，而且在各种制备条件下都可以得到较好的电池结果，包括非常粗糙的工艺，如电镀。1.1.5有机太阳能电池有机太阳能电池具有柔韧性和成本低廉的优势，是近年出现的新型太阳电池。与结构工艺复杂、成本高昂、光电压受光强影响波动大的传统半导体固结太阳电池相比，有机太阳能电池制备工艺简单，可采用真空蒸镀或涂敷的方法制备成膜，且可以制备在可弯曲折香的衬底上形成柔性太阳能电池。有机物太阳能电池材料的分子结构还可以自行设计合成.材料选择余地大，加工容易，毒性小，成本低，可制造面积大，在太阳能电池产业引起了科学家的极大关注。1.1.6染料敏化纳米晶太阳能电池染料敏化纳米晶太阳能电池是最近二十几年发展起来的一种基于植物叶绿素光合作用原理研制出的太阳能电池。这是一种使用宽禁带半导体材料的太阳电池，宽带隙半导体有较高的热力学稳定性和光化学稳定性，不过本身捕获太阳光的能力非常差，但将适当的染料吸附到半导体表面上，借助于染料对可见光的强吸收，可以将半导体的光谱响应拓宽到可见区，这种现象称为半导体的染料敏化作用，而载有染料的半导体称为染料敏化半导体电极。1.2太阳能电池的发展方向:提高转换效率和降低成本仍然是太阳能电池发展的大趋势。在降低成本方面，硅太阳能电池主要还是通过减少硅片厚度实现；而在提高转换效率方面，对新的太阳能电池技术的探索已经开始：（1）叠层电池技术将不同带隙宽度（Eg）的材料，按Eg大小从上到下迭合起来制成。选择性的吸收太阳光谱的不同区域，可大幅度的提高转换效率。计算表明，两结叠层电池的理论转换效率为50％，三结电池为56％，36结为72％，无限多结为86.6％。（2）多光谱太阳电池技术将太阳光的多光谱变为相对窄的、适应单结电池的光谱，而不用多结，可降低成本。先利用热激发光发射二极管产生窄带光谱，再通过热光和光电转换，理论效率为50％；还能利用特殊的能带结构，吸收一个高能光子而产生两个电子空穴对，提高转换效率。（3）多能级、多带技术利用耦合多量子阱和量子点结构形成的子带，可充分利用太阳光谱，提高转换效率。在带隙中引入N个带会扩大吸收长波光子的能量范围，理论预测其效率为86.8％。参考文献：[1]施敏著，黄振岗译，《半导体器件物理》[M].电子工业出版社，1987年12月第一版。[2]马丁·格林著，李秀文，谢洪礼，赵海滨等译，《太阳电池工作原理、工艺和系统的应用》[M].电子工业出版社，1987年1月第一版。[3]C.H.Henry,“LimitingEfficiencyofIdealSingleandMultipleEnergyGapTerrestrialSolarCells,”[M].J.Appl.Phvs.514494(1980).[4]陈海全，上海交通大学硕士学位论文[D].2006.[5]J.Zhao,A.Wang,M.A.Green，F.Ferrazza，APPI.PhyS，Lett[M].1998，73，1991。[6]D.E.Carlson,S.Wanger,“RenewaableEnergy”[M].1993,IslandPress，Washington.[7]R.R.King,D.C.Law,K.M.Edmondson,C.M.Fetzer,G.S.Kinsey,H.Yoon,R.A.Sherif,andN.H.Karam.“40%efficientmetamorphicGaInP/GaInAs/Gemultijunctionsolarcells”[M].APPLIEDPHYSICSLETTERS90,183516(2007).[8]何杰，苏忠集，向丽，王剑，汪映寒，《聚合物太阳能电池研究进展》[J].《高分子通报》,第4期.[9]卢金军,《太阳能电池的研究现状和产业发展》[J].《科技资讯》,2007NO.18.[10]王占国，中科院院士，《半导体太阳能电池研发现状与发展趋势》[M].[11]蒋荣华，徐远林，甘居富，杨卫东，备战多晶硅[M].新材料产业，2006；1：52[12]鲁瑾，光伏产业驱动硅材料业高速发展[N].中国电子报2005-8-5[13]罗海基，2005年世界多晶硅产量计划5%[N].中国有色金属报，2004-11-18[14]任爱青，市场短缺引发我国多晶硅产业热[N].中国电子报2005年11月4日[15]改变我国多晶硅严重短缺局面迫在眉睫[N].中国电子报，2005-8-5[16]陈哲艮，国内太阳能电池产业链现状[N].中国电子报，2006-10-24[17]李本成,提速我国多晶硅产业正逢其时[N].中国电子报，2006-10-24Cc