太阳能电池发展史(精)

NanostructuredsolarcellbasedonspraypyrolysisdepositedZnOnanorodarrayLeeJenKai大綱太陽能電池發展史原理設計考慮因素基本結構理想的太陽電池材料如何增加效率結構特性圖結論参考資料太陽能電池發展史當時研發的動機是希望能提供偏遠地區供電系統的能源，那時太陽電池的效率只有6%。發展太陽電池的最終目標，就是希望能取代目前傳統的能源。若我們能夠有效的運用此能源，則不僅能解決消耗性能源的問題，連環保問題也可一併獲得解決。目前太陽電池發展的瓶頸主要有兩項因素：一項為效率，另一項為價格。原理簡稱為太陽能電池或太陽電池，又稱為太陽能晶片；物理學上稱為光生伏打(Photovoltaic)，簡稱PV。將太陽能轉換成電能的裝置，不需要透過電解質來傳遞導電離子，透過半導體產生PN接面來獲得電位。當半導體受到太陽光的照射時，大量的自由電子伴隨而生，而此電子的移動又產生了電流，也就是在PN接面處產生電位差。設計考慮因素1.光照特性-光照特性曲線2.光譜特性-根據光源性質，特性取決於材料3.頻率特性-太陽能電池接面面積越大，電容大，頻率特性較差4.溫度特性-應用太陽能極板電池之儀器設備之溫度漂移基本結構單晶矽(singlecrystalsilicon)多晶矽(polycrystalsilicon)非晶矽(amorphoussilicon)Ⅲ-Ⅴ族包括：砷化鎵(GaAs)磷化銦(InP)磷化鎵銦(InGaP)Ⅱ-Ⅵ族包括：碲化鎘(CdTe)硒化銦銅(CuInSe2)理想的太陽電池材料1.能隙在1.1eV到1.7eV之間。2.直接能隙半導體。3.材料無毒性。4.利用薄膜沉積的技術，並可大面積製造。5.良好的光電轉換效率。6.具有長時期的穩定性。如何增加效率將不透光的金屬電極作成手指狀(finger)或是網狀，減少光線的反射，使大部分的入射陽光都能進入半導體材料中。表面製成金字塔型的組織(pyramidtexture)結構，並加入抗反射層，以減少光的反射量。將金屬電極埋入基板中，以增加接觸面積，減少串聯電阻。點接觸式太陽電池(pointcontactcell)，電池特點為電極均做在同一面，可增加入射光的面積，易於焊線。製成串疊型電池(tandemcell)，把兩個或兩個以上的元件堆疊起來，能夠吸收較高能量光譜的電池放在上層，吸收較低能量光譜的電池放在下層，透過不同材料的電池將光子的能量層層吸收。目前太陽電池的最高效率1.單晶矽：24.7%2.多晶矽：19.8%3.非晶矽：14.5%4.GaAs：25.7%5.CIGS：18.8%6.多接面串疊型(InGaP/GaAs/InGaAs,multijunctiontandemcell)：33.3%染料敏化太陽能電池工作原理1.染料分子吸收太陽光後由基態躍遷到激發態。2.激發態染料電子迅速注入到半導體材料的傳導帶中。3.電子立刻傳遞到導電基材並傳導出去，經外線路傳至對電極。4.處於氧化態的染料被電解質還原，回到原來的基態。5.氧化態的電解質在對電極接受電子被還原，達到系統平衡。結構ITO/TiO2/In2S3/CIS(CuInS)–flatITO/ZnOR/TiO2/In2S3/CIS–structuredITO/InS/In2S3/CIS–flatITO/ZnOR/InS/In2S3/CIS–structured特性圖RamanspectrumoftheTiO2filmmadebysol–geldipcoatingonaglasssubstrateandannealedfor30minat4501Cinair.Determinationoftheopticalbandgapofthespraydepositedindiumsulfidebufferlayer.SEMcross-sectionsofspraydepositedZnOnanostructuredlayeronindiumtinoxide(ITO)coveredglasssubstrate(a),andthesolarcellstructure(ITO/ZnOR/TiO2/In2S3/CIS)beforeconducting(b).Current–voltagecharacteristicsofflat(cell1:ITO/TiO2/In2S3/CIS)andstructured(cell2:ITO/ZnOR/TiO2/In2S3/CIS)solarcellsunderhalogenlampilluminationof100mW/cm2ISCVOCHyperbolaforP=PMAXPointoftangencyVoltageatmaxpowerCurrentatmaxpowerPMAX=(ISCVOC)Effectivereflectance(RE)andeffectiveabsorbance(AE)oftheflatandstructuredcellinthespectralregionof400–800nmOutputcharacteristicsoftheflatandstructuredsolarcellsunderthehalogenlampilluminationintensityof100mW/cm2Externalquantumefficiency(EQE)spectraoftheflatandstructuredsolarcells.Flatcell—cell1,ITO/TiO2/In2S3/CIS;structuredcell—cell2,ITO/ZnOR/TiO2/In2S3/CIS.Electronbeaminducedcurrent(EBIC)(a)andSEM(b)cross-sectionalviewsofthestructuredcellITO/ZnOR/TiO2/In2S3/CIS.EBIC(c)andSEM(d)imagesoftheflatcellpreparedinthesamebatcharepresentedforcomparison.結論IthasbeenshownexperimentallythatZnOnanorodarraysgrownbythespraypyrolysismethodcouldbesuccessfullyusedtofabricateananostructuredsolarcell.Theincreaseintheshort-circuitcurrentdensityduetotheincreasedp–njunctionareaismainlyresponsibleforthehigherefficiencyofthestructuredcellcomparedtotheflatanalogue.Asthepreparationtechnologyissimpleandfast,operatesatlowormoderatetemperaturesandthereisnoneedforexpensiveandsophisticatedapparatus,thusitcouldbeprospectiveforfabricationofefficientsolarcellswithlargeareaatlowcost.参考資料=693&prev=-1&next=692NanostructuredsolarcellbasedonspraypyrolysisdepositedZnOnanorodarray，M.Krunks,A.Katerski,T.Dedova,I.OjaAcik,A.Mere。