新型太阳能电池综述.pdf

新型太阳能电池的研究路娟娟河北科技示范学院 应化 1011110213 摘要 随着科技的发展，新型太阳能电池的研究取得了很大的进展。本文主要列举了硅纳米薄膜太阳能电池以及几种染料敏化太阳能电池， 说明了研究的新进展及新工艺， 推动了对太阳能电池的研究。关键词 新型太阳能电池 硅纳米 薄膜 染料敏化太阳能电池The New Solar Cell ResearchLu Juanjuan Hebei Institute of Science and Technology Demonstration Abstract With the development of technology, study of new solar cell made great progress. This article lists the silicon nano thin film solar cells and several dye-sensitized solar cells, indicating that the new progress and new technology research and promote the study of the solar cell. Key words the new solar cells silicon nano film dye-sensitized solar cells 1 简介随着社会的发展，煤炭、石油等不可再生资源日益减少，寻找和开发新能源成为当前人类面临的迫切课题，不可再生能源在使用过程中对生态环境的影响也不断引起人们的关注。太阳能具有无污染，资源普遍和永不枯竭等特点，该能源符合当今世界环境保护和可持续发展的要求和趋势。太阳能电池依据光电效应，将太阳能转化为电能。下边通过介绍硅电池的一些新技术以及几种类型的染料敏化太阳能电池，说明新型太阳能电池的研究进展。2 太阳能电池研究进展2.1 发展的三个阶段至今为止，太阳电池的发展经历了三个阶段 ［ 1］ 第一代光伏电池，即单晶体硅光伏电池。单晶硅太阳电池的最大优点就是它具有稳定并且较高的效率，同时使用寿命也较长，这些优点使得单晶硅太阳电池能够在国际光伏市场上长期占据主导地位。第二代太阳能电池，薄膜型太阳能电池。非晶硅薄膜太阳电池优越性主要表现在 （ 1）非晶硅薄膜材料在理论和制备技术上都发展的非常成熟。 （ 2）材料及制造成本都非常低。 （ 3）易于实现组件面积上的集成以及便于工业化大规模连续生产。第三代光伏电池突破了第一、二代的基本原理，运用低维纳米微结构材料的特殊性能以及半导体的杂质工程和能带工程，可以制作出高效、低价、实用的光伏材料及器件。2.2 市场上的电池目 前 ， 市 场 主 流 ［ 2］ 是 硅 结 晶（单晶、多晶）型太阳能电池，单晶硅纯度高，转化率 20以上，多晶硅价格比单晶硅便宜， 二者之间竞争激烈。 薄膜硅成本下降的空间大，但转化率低（ 7 ～10） 。 令人注目的新型太阳能电池有色素增感、有机薄膜等。3 硅电池3.1 硅纳米颗粒薄膜 ［ 3］美国科学家的一项最新研究发现，在硅太阳能电池表面生成一层硅纳米颗粒薄膜能够提升它的能量转化能力，并且减少电池自身的发热量，延长使用寿命。将体积较大的硅转制成离散的纳米级颗粒， 它们会发出不同颜色的荧光。 而后，研究人员将这些颗粒分散在异丙基酒精中，并抹在太阳能电池的表面。当酒精蒸发后，电池表面就会最终形成一层紧密的纳米颗粒薄膜。主要针对的是吸收转化紫外光3.2 纳米硅薄膜电池的绒面技术在纳米硅薄膜太阳能电池制备中采用绒面工艺 ［ 4］ ，不仅显著降低了入射光的反射损失，更有利于纳米硅薄膜中硅晶粒的成核及生长。在氢氧化钠质量分数为 3， 异丙醇质量分数为 5， 腐蚀温度 90 1 ℃， 腐蚀时间 50 min 左右的条件下， 得到了绒面制备的最佳效果。3.3 特殊的“硅 BC8”结构据物理学家组织网 12013 年 1 月29 日报道， 美国加州大学戴维斯分校的科研人员通过计算机模拟证实，利用特殊的“硅 BC8”结构 ［ 5］ ，能够基于单个光子产生多个电子空穴对，大幅提升太阳能电池的转换效率。有些遗憾的是，通过与传统的硅纳米粒子相结合，目前制成的太阳能电池模型仅能在紫外线的照射下工作，还不能在可见光照射下正常工作。此前哈佛大学和麻省理工学院的科学家曾发表论文指出，当普通硅太阳能电池被激光照射时，激光所发出的能量或可营造出局部的高压以形成硅 BC8 纳米晶体。因此，施加激光或是化学压力都可能使现有的太阳能电池转化为高效的新型太阳能电池。3.4 环境污染问题晶体硅太阳能电池环境污染问题 ［ 6］ 太阳能电池生产的大量应用 , 不仅给人们带来了经济效益 , 同时也有许多环境问题的产生。 在硅太阳能电池的生产过程 , 一些废水 ,废气和废渣的产生是不可避免的 , 其中以废水成分最复杂 , 危害严重。4 染料敏化太阳能电池4.1 特点染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池 ,与传统的硅太阳能电池相比 ,由于具有原材料来源广泛、成本低、理论转换效率高等诸多优点 ,因此成为下一代新型太阳能电池的瞩目产品。 其特点 ［ 7］ 是具有较高的比表面积和光电转换率 ,而且制作工艺简单、 稳定性和寿命长等 ,它最突出的特点是价格较低 ,仅为传统硅太阳能电池的 1/5～ 1/10,因而现已成为国际各个研究机构开发和研究的热点 ,并已取得了阶段性技术突破。4.2 染料敏化纳米薄膜太阳能电池染料敏化纳米薄膜太阳能电池的工作原理 ［ 8 ］ , 同常规硅太阳电池有很大差别。首先是光敏剂吸收太阳光能跃迁到激发态 , 因激发态的不稳定性 , 电子快速注入到紧邻的 TiO 2 的导带 , 敏化剂中失去的电子则很快从电解质中得到补偿 对于 I-/I3-, 电解质 I-- 2e→ I 3- , 同时电解质中的 I 3–被来自 TiO 2 导带通过透明电极进入外回路 , 最终到达阴极的电子所还原 I3-2e→3I- , 如此完成一个循环 , 并在外回路上形成光电流 l。4.3 染料敏化 TiO 2纳米薄膜太阳能电池染料敏化 TiO 2 纳米薄膜太阳能电池 ［ 9］（以下简称 DSSC）是一种新型太阳能电池，其结合了有机染料光敏剂和无机半导体的优势，具有较宽的光谱响应范围，制造工艺简单，成本较低，绿色环保，在 DSSC ［ 10］ 中，多孔纳米膜是连接染料和导电膜的 “中间桥梁” ， 起到固定染料，接受染料中光生电子并传递到导电玻璃表面的作用。锐钛矿纳米 TiO 2 带隙为3.2eV ， 具有优良抗光腐蚀的能力和光电化学性能，广泛应用于太阳能电池、光催化和光解水制氢等领域，是目前应用最多和最具代表性的薄膜材料。纳米晶 TiO 2 ［ 11］ 多孔薄膜电极 ［ 12］ 是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，是制备具有高比表面积和优良电子传输性能的纳米半导体材料，是保证电池获得较大电流密度和较高的光电转化率的前提。5 结语科学家们多年的研究取得了巨大的成果。在纳米硅薄膜上制造绒面，以及特殊的“硅 BC8”结构的研究大大推动了纳米硅太阳能电池的研究进展与应用。具有成本低、原材料来源广、光电转换效率高等优点的多种染料敏化电池的研究成功，使对太阳能电池的研究迈上了一个新的台阶。各国对太阳能电池的研究已经取得了举世瞩目的成就，但太阳能电池还有很大的发展空间，有待于进一步的研究。参考文献[1] 寿莎 , 黄仕华 . 对太阳能电池研究进展的探究[J]. 交通节能与环保 ,2009,0112-13. [2]. 太 阳 能 电 池 的 开 发 趋 势 [J]. 中 外 能源 ,2010,05108. [3] 李庆 , 马翩翩 , 赵文达 , 皮孝东 , 杨德仁 . 硅纳米颗粒薄膜对硅太阳电池的减反射作用分析[J]. 太阳能学报 ,2012,111850-1855. [4] 贾士亮 , 张维佳 , 刘浩 , 张心强 , 郭卫 , 吴倞 . 纳米硅薄膜太阳能电池的绒面结构研究 [J]. 电子元件与材料 ,2009,0330-34. [5]. 特殊硅结构可基于单光子产生多个电子空穴对能使太阳能电池最大转化效率提升至42[J]. 电子技术与软件工程 ,2013,0218. [6] 王蕾 , 梁振华 . 硅太阳能电池的环境问题与新型 太 阳 能 电 池 研 发 的 必 要 性 [J]. 硅谷 ,2013,137-8. [7] 李丽 , 张贵友 , 陈人杰 , 陈实 , 吴锋 . 染料敏化太阳能电池及 TiO_2 薄膜材料研究进展 [J]. 功能材料 ,2008,111765-1769. [8] 姜黎明 . 染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究 进 展 [J]. 科 技 信 息 科 学 教研 ,2008,1530. [9] 郑敏 , 陈一胜 . 有机染料敏化 TiO_2 纳米薄膜太 阳 能 电 池 研 究 进 展 [J]. 四 川 有 色 金属 ,2010,0225-28. [10]O ’ Regan B, Grtzel M.A low-cost,high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature [J].1991.353737-738 [11] 伏治甲 . 纳米 TiO_2 在太阳能电池中的应用研究新进展 [J]. 宝鸡文理学院学报 自然科学版 ,2010,0347-52. [12]McConnell R D.[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2002,63271-293.