太阳能电池材料及分类课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,郑州大学硕士学位答辩,郑州大学材料工程学院,第二级,第三级,第四级,第五级,#,OLED,研发中心,电子科技大学,OLED,研发中心,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,太阳能电池材料与分类,太阳能电池材料与分类,1,材料永远起着决定一代社会科技水平的关键作用，太阳能光伏发电的历史伴随着是太阳能电池材料的选择、开发和结构创新的历史。,开发太阳能电池的两个关键问题是提高转换效率和降低成本。,太阳能电池应选用什么样的材料,?,材料永远起着决定一代社会科技水平的关键作用，太阳能光伏发电的,2,太阳能电池材料,1.,太阳光的光谱分析,太阳能电池材料1.太阳光的光谱分析,3,尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在,0.22,4,微米的波段内，占总能量的,99%,。其中可见光波段约占,43%,，红外波段约占,48.3%,，紫外波段约占,8.7%,。而能量分布最大值所对应的波长则是,0.475,微米，属于蓝色光。,太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标,尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22,4,太阳能电池并不能把,任何一种,光 都,同样,地转换成电。,例如：通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性称为光谱特性。,光谱特性通常用收集效率来表示；所谓收集效率就是用百分数（,%,）来表示一单位的光（一个光子）入射到太阳能电池上，产生多少电子（和空穴）。,太阳能电池并不能把 任何一种 光 都 同样 地转,5,例如，有的电池在太阳光照射下能确定转换效率，但在荧光灯这样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。,就人眼的感觉而言，在室外太阳光下和在室内荧光灯下，其亮度并不觉得差别很大。但其能量的绝对值却相差数百倍。由于各种太阳能电池的光谱特性不同，所以太阳能电池的输出特性随所用的光源的光谱不同而变化较大。,从太阳能电池的应用角度来说，太阳能电池的光谱特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提高太阳能电池的光电转换效率。,不同的太阳能电池与不同的光源的匹配程度是不一样的。,光强和光谱的不同，会引起太阳能电池输出的变动。,例如，有的电池在太阳光照射下能确定转换效率，但在荧光灯这样的,6,自然界的物质存在按导电性可分为三类：,导体、半导体、绝缘体,对于绝缘体，本身导电很困难，故不适合作为光伏发电的材料,导体：金属,光电效应,物质吸收,光子,（,photon,）并激发出,自由电子,的行为。当,金属,表面在特定的光辐照作用下，金属会吸收,光子,并发射,电子,（,electron,），发射出来的电子叫做,光电子,（,photoelectron,）。由公式所推,:,自然界的物质存在按导电性可分为三类：对于绝缘体，本身导电很困,7,尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在,0.22,4,微米的波段内，占总能量的,99%,。其中可见光波段约占,43%,，红外波段约占,48.3%,，紫外波段约占,8.7%,。而能量分布最大值所对应的波长则是,0.475,微米，属于蓝色光。,太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标,尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22,8,对于半导体材料：帶隙比较适合太阳光谱范围的材料,普遍在元素周期表的,族、,-,族、,-,族等半导体,容易制成,PN,结，所以适合作为光伏电池的材料；,导体（金属）材料中的电子移动受到的反作用力大，产生的自由电子少，电子要剥离需要克服表明势能，而金属表面势能较大，光子激发的电子能量小，无法提供剥离的能量，所以不适合作为光伏电池的材料；,对于半导体材料：帶隙比较适合太阳光谱范围的材料导体（金属）材,9,太阳能电池材料一般的要求,：,1,、材料的禁带不能太宽；,2,、要有较高的光电转换效率；,3,、材料本身对环境不造成污染；,4,、材料便于工业化生产且材料性能稳定。,光伏电池发电原理,太阳能电池材料一般的要求：光伏电池发电原理,10,太阳能电池的分类、各类的特点和研发方向。,太阳能电池的分类、各类的特点和研发方向。,11,太阳能电池,无机太阳能电池,有机太阳能电池,光化学太阳能电池,块状太阳能电池,薄膜太阳能电池,单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,硅薄膜型太阳能电池,化合物半导体薄膜型太阳能电池,多晶硅,非晶硅,砷化镓,碲化镉,铜铟镓硒,太阳能电池无机太阳能电池有机太阳能电池光化学太阳能电池块状太,12,光伏电池的分类（按材料）：,一、晶硅电池,单晶硅光伏电池,多晶硅光伏电池,砷化镓（GaAs）薄膜电池,三、多元化合物薄膜电池,四、染料敏化纳米晶电池,二、硅基薄膜电池,非晶硅薄膜电池（a-Si）,微晶硅薄膜电池(uc-Si),五、有机聚合物电池,六、新一代太阳能电池：量子、纳米、聚光、石墨烯等,碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS）薄膜电池,光伏电池的分类（按材料）：一、晶硅电池单晶硅光伏电池砷化镓（,13,无机化合物太阳能电池,(1),单晶化合物太阳能电池,单晶化合物太阳能电池主要有砷化镓,(GaAs),太阳能电池。砷化镓的能隙为,1.4eV,，是很理想的电池材料。,这是单结电池中效率最高的电池，多结聚光砷化镓电池的转换效率已超过,40%,。所以早期在空间得到了应用。,但是砷化镓电池价格昂贵，而且砷是有毒元素，所以极少在地面应用。,无机化合物太阳能电池(1)单晶化合物太阳能电池,(2),多晶化合物太阳能电池,多晶化合物太阳能电池的类型很多，目前已实际应用的主要有碲化镉,(CdTe),太阳能电池、铜铟镓硒,(CIGS),太阳能电池等。,(2)多晶化合物太阳能电池,(2),多晶化合物太阳能电池,碲化镉太阳能电池：,PVD,（物理气相沉积）工艺、溅射工艺,(2)多晶化合物太阳能电池,铜铟镓硒（,CIGS,）太阳能电池是近年发展起来的新型太阳能电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分步蒸发法和金属预置层后硒化法等。,基底一般用玻璃，也可以用不锈钢作为柔性村底。,(2),多晶化合物太阳能电池,铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池是近年发展起,薄膜太阳能电池,指利用薄膜技术将很薄的半导体光电材料铺在非半导体的村底上面构成的光伏电池。,这种电池可大大地减少半导体材料的消耗（薄膜厚度以,m,计）从而大大地降低了光伏电池的成本。,可用于构成薄膜光伏电池的材料有很多种主要包括多晶硅、非晶硅、碲化镉以及,CIGS,等。,薄膜太阳能电池,有机化合物太阳能电池（按基体材料分）,1.,有机化合物太阳能电池,以酞菁、卟啉、苝、叶绿素等为基体材料的太阳能电池。如有机,PN,结太阳能电池，有机肖特基太阳能电池等。如聚乙烯太阳能电池、共轭聚合物,/C,60,复合体系太阳能电池等。,有机化合物太阳能电池（按基体材料分）1.有机化合物太阳,2.,敏化纳米晶太阳能电池,以,TiO,2,、,ZnO,、,SnO,2,等宽禁带的氧化物型的纳米级半导体为电极，使用染料敏化、无机窄禁带宽度半导体敏化、过渡金属离子掺杂敏化、有机染料,/,无机半导体复合敏化以及,TiO,2,表面沉积贵金属等方法制成的太阳能电池。,太阳能电池材料及分类课件,1.,美国,First Solar,：,1100MW,2.,中国无锡尚德：,704MW-2010,年产能达,1.8GW,3.,日本夏普：,595MW,4.,德国,Q-Cells,：,586MW,5.,中国英利绿色能源：,525.3MW,-2010,年产能达,1.3GW,6.,中国晶澳太阳能：,520MW,-2010,年产能达,1GW,7.,日本京瓷,(Kyocera)400MW,8.,中国天合光能：,399MW,-2010,年产能达,0.7GW,9.,美国,SunPower,：,397MW,10.,中国台湾昱晶,368MW,。,我国太阳能电池现状与发达国家比较,2009,年，,95%,以上的产品出口国外，国内利用率不到,5%,2010,年，中国各大厂商纷纷扩大产能，总产能达以,12GW,1.美国First Solar：1100MW我国太阳能电池,太阳能电池材料及分类课件,太阳能电池材料及分类课件,未来太阳能发展方向按太阳能电池结构分,1.,同质结太阳能电池,指由同一种半导体材料所形成的,P-N,结称为同质结，用同质结构成的太阳能电池称为同质结太阳能电池。,2.,异质结太阳能电池,指由两种禁带宽度不同的半导体材料形成的结称为异质结，用异质结构成的太阳能电池称为异质结太阳能电池。,未来太阳能发展方向按太阳能电池结构分1.同质结太阳能电池,24,肖特基结太阳能电池,指利用金属,-,半导体界面上的肖特基势垒而构成的太阳能电池称为肖特基结太阳能电池，简称,MS,电池。,目前已发展为金属,-,氧化物,-,半导体,(MOS),、金属,-,绝缘体,-,半导体,(MIS),太阳能电池等。,太阳能电池材料及分类课件,叠层太阳能电池,指将两种对光波吸收能力不同的半导体材料叠在一起构成的光伏电池。,鉴于波长短的光子能量大，在硅中的穿透深度小的特点，充分利用太阳光中不同波长的光，通常是让波长最短的光线被最上边的宽禁带材料电池吸收,波长较长的光线能够透射进去让下边禁带较窄的材料电池吸收，这就有可能最大限度地将光能变成电能。,叠层太阳能电池,谢谢观看,材控,B113,xxx,学号：,xxxxxxxxxx,谢谢观看 材控B113,27,