太阳电池简述

时间:2015-12-18

 

太阳能是几种可再生能源之一。各国政府目前正加大对太阳能光伏电站的投资建设,可以预见未来太阳能在可再生能源中的地位会越来越高。光伏电站的主角是太阳电池,整个太阳电池的结构主要可以分为5层。最外面的两层为玻璃,中间一层是核心部件——电池片,而连接两块玻璃与电池片的,是光伏胶膜。下面就对电池片作一个简单的介绍。

 

第一代太阳电池为硅片状太阳电池,主要有单晶硅和多晶硅。它从上世界50年代发展到今天其工艺技术已成熟,因而在目前的商业应用上占有很大的优势。这一代电池的光电转换效率已达1525%(其理论上极限值为29%)。由于原料使用的是体硅材料,不仅对硅材料消耗量很大,而且提纯出纯硅的过程中要消耗大量的能源,以至成本较高,因此人们纷纷发展了第二代电池片

图一 单晶硅电池片

第二代太阳电池以非晶硅薄膜太阳电池为代表。近十多年来,第二代薄膜型太阳电池发展迅速,具有与第一代太阳电池抗衡的苗头。许多科研院校在这方面都作出了相当一部分的成果,积累了一定的规律和经验。同时,日本等国家已经开始尝试把第二代电池进行商用。我国也有生产线建成投产。但是目前来讲它的光电转化效率还较低,约为12%。因而,要想达到真正大规模商业化应用,还有赖于科学家不断提高其光电转化效率,以降低投入产出比。另外,近十多年来还发展了一种有机薄膜太阳电池,又称为染料敏化电池。它是在导电玻璃基板上使用电化学方法由多孔纳米TiO2薄膜组成,以后又发展成采用高度有序的TiO2纳米管阵列结构取代TiO2胶体,从而大大改进了TiO2染料太阳电池的光电性能。

 

第三代太阳电池为量子点敏化太阳电池,兼具低成本和高理论转化效率的特点。它使用量子点材料作为吸光层,TiO2ZnOSnO2等宽带系材料作为电子传输层,还有电解液和对电极相配合使用。这类电池的量子点种类与电池的发光效率密切相关。甚至在单色光下也是如此。目前已经开发的量子点光敏剂主要有以下几种:CdSeCdSCdTePbSAgSInPPbSeInAs以及AgSe等。不过,这种电池目前在实验室实现的效率与理论计算还有一定的距离,离商业化应用应该还有相当一段路程要走。

图二 量子点敏化太阳电池的工作原理

目前国内外相关科研院所和高等院校还在开发其它新型结构的太阳电池,如量子点薄膜太阳电池,量子点异质结太阳电池等。相信假以时日,人们会找到成本低廉,效率较高,适合大规模应用的太阳电池材质。

 

 

 

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