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    太陽電池簡述

    時間:2015-12-18

     

    太陽能是幾種可再生能源之一。各國政府目前正加大對太陽能光伏電站的投資建設,可以預見未來太陽能在可再生能源中的地位會越來越高。光伏電站的主角是太陽電池,整個太陽電池的結構主要可以分為5層。最外面的兩層為玻璃,中間一層是核心部件——電池片,而連接兩塊玻璃與電池片的,是光伏膠膜。下面就對電池片作一個簡單的介紹。

     

    第一代太陽電池為硅片狀太陽電池,主要有單晶硅和多晶硅。它從上世界50年代發展到今天其工藝技術已成熟,因而在目前的商業應用上占有很大的優勢。這一代電池的光電轉換效率已達1525%(其理論上極限值為29%)。由于原料使用的是體硅材料,不僅對硅材料消耗量很大,而且提純出純硅的過程中要消耗大量的能源,以至成本較高,因此人們紛紛發展了第二代電池片。

    圖一 單晶硅電池片

    第二代太陽電池以非晶硅薄膜太陽電池為代表。近十多年來,第二代薄膜型太陽電池發展迅速,具有與第一代太陽電池抗衡的苗頭。許多科研院校在這方面都作出了相當一部分的成果,積累了一定的規律和經驗。同時,日本等國家已經開始嘗試把第二代電池進行商用。我國也有生產線建成投產。但是目前來講它的光電轉化效率還較低,約為12%。因而,要想達到真正大規模商業化應用,還有賴于科學家不斷提高其光電轉化效率,以降低投入產出比。另外,近十多年來還發展了一種有機薄膜太陽電池,又稱為染料敏化電池。它是在導電玻璃基板上使用電化學方法由多孔納米TiO2薄膜組成,以后又發展成采用高度有序的TiO2納米管陣列結構取代TiO2膠體,從而大大改進了TiO2染料太陽電池的光電性能。

     

    第三代太陽電池為量子點敏化太陽電池,兼具低成本和高理論轉化效率的特點。它使用量子點材料作為吸光層,TiO2,ZnOSnO2等寬帶系材料作為電子傳輸層,還有電解液和對電極相配合使用。這類電池的量子點種類與電池的發光效率密切相關。甚至在單色光下也是如此。目前已經開發的量子點光敏劑主要有以下幾種:CdSe、CdS、CdTe、PbS、AgS、InP、PbSe、InAs以及AgSe等。不過,這種電池目前在實驗室實現的效率與理論計算還有一定的距離,離商業化應用應該還有相當一段路程要走。

    圖二 量子點敏化太陽電池的工作原理

    目前國內外相關科研院所和高等院校還在開發其它新型結構的太陽電池,如量子點薄膜太陽電池,量子點異質結太陽電池等。相信假以時日,人們會找到成本低廉,效率較高,適合大規模應用的太陽電池材質。

     

     

     

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