非硅基光伏電池

1、染料敏化太陽能電池染料敏化太陽能電池DSSC染料敏化太陽能電池（DSSC電池）是一種新型光電化學(xué)太陽能電池。由于制作工藝簡單、成本低和性能穩(wěn)定，并且對環(huán)境無污染，具有良好的開發(fā)前景。是解決世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境問題的一條重要途徑。納米TiO2薄膜是染料敏化太陽能電池的重要組成部分，其形貌對電池性能影響顯著。納米TiO2薄膜的制備就成了發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵。染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)TiO2 優(yōu)點(diǎn) 納米TiO2具有合適的禁帶寬度，化學(xué)穩(wěn)定好、無毒，具有優(yōu)越的光電介電效應(yīng)，已在許多方面獲得了應(yīng)用。 缺點(diǎn) 作為光陽極時電子與空穴有一定的復(fù)合，因此需要對其進(jìn)行改性研究，其中摻雜TiO2的研究占有很大部

2、分。TiO2光陽極多孔的納米晶多孔的納米晶TiO2電極結(jié)構(gòu)極大的提高電極的染料吸附量，同時增加光線電極結(jié)構(gòu)極大的提高電極的染料吸附量，同時增加光線在薄膜電極中的散射性能，提高光的吸收效率在薄膜電極中的散射性能，提高光的吸收效率, ,同時溶液滲透性能好，幾乎同時溶液滲透性能好，幾乎每個納米顆粒都與電解質(zhì)接觸，這為光生電子、空穴進(jìn)行的界面氧化和還每個納米顆粒都與電解質(zhì)接觸，這為光生電子、空穴進(jìn)行的界面氧化和還原反應(yīng)提供了有利的壞境。原反應(yīng)提供了有利的壞境。合成納米晶TiO2NH3氣氛中中壓灼燒得到N-TiO2以N719為敏化劑鉑電極為對電極分別組裝成染料敏化太陽能電池DSSC制作工藝制作工藝納米晶

3、納米晶TiO2多孔薄膜電極的制備方法多孔薄膜電極的制備方法 目前制備納晶目前制備納晶TiO2多孔薄膜電極的方法主要有兩種多孔薄膜電極的方法主要有兩種:(1)采用商品化的采用商品化的TiO2納米顆粒為原料，加入一定的溶劑制成納米顆粒為原料，加入一定的溶劑制成TiO2膠體，通過刮涂、絲網(wǎng)印刷等技術(shù)制備膠體，通過刮涂、絲網(wǎng)印刷等技術(shù)制備TiO2薄膜電極薄膜電極:(2)以鈦鹽作原料，采用溶膠一凝膠水熱法制備以鈦鹽作原料，采用溶膠一凝膠水熱法制備TiO2膠體，之后膠體，之后通過刮涂、絲網(wǎng)印刷等技術(shù)制備通過刮涂、絲網(wǎng)印刷等技術(shù)制備TiO2薄膜電極。薄膜電極。氮摻雜TiO2的制備方法 氣氛下灼燒法氣氛下灼燒

4、法：將：將TiO2或其前驅(qū)體在空氣或含氮?dú)夥栈蚱淝膀?qū)體在空氣或含氮?dú)夥?NH3，N2或是或是NH3，與與Ar氣的混合氣體氣的混合氣體)中鍛燒，氣體受熱分解出高活性的中鍛燒，氣體受熱分解出高活性的N離子滲入離子滲入TiO2表表面，取代面，取代TiO2分子中少量的氧原子，生成分子中少量的氧原子，生成TiO2-xNx型化合物，得到摻氮型化合物，得到摻氮產(chǎn)品。這種制備工藝是產(chǎn)品。這種制備工藝是2001年年Asahi提出的，目前較為常用。提出的，目前較為常用。 水解沉淀法水解沉淀法：先將氨水滴加到：先將氨水滴加到Ti(SO4)2水溶液中制得水解沉淀產(chǎn)物，再將水溶液中制得水解沉淀產(chǎn)物，再將洗凈的沉淀干燥后

5、，在洗凈的沉淀干燥后，在400煅燒煅燒1h，制備出氮摻雜二氧化鈦。，制備出氮摻雜二氧化鈦。 溶膠溶膠-凝膠法凝膠法：將鈦酸鹽或鈦合物與氨水等含氮物質(zhì)反應(yīng)制備出溶膠：將鈦酸鹽或鈦合物與氨水等含氮物質(zhì)反應(yīng)制備出溶膠-凝膠，凝膠，再干燥灼燒的方法制備出再干燥灼燒的方法制備出N摻雜摻雜TiO2。 還有機(jī)械化學(xué)法，激光脈沖法等。還有機(jī)械化學(xué)法，激光脈沖法等。Solar powered keyboardGraetzel solar bag產(chǎn)品展示結(jié)語 染料敏化太陽能電池雖然引起了各國科學(xué)家的關(guān)染料敏化太陽能電池雖然引起了各國科學(xué)家的關(guān)注，但是還存在著一些制約因素，比如半導(dǎo)體材料注，但是還存在著一些制約因素

6、，比如半導(dǎo)體材料表面的缺陷，能量損失，染料穩(wěn)定性有待提高，液表面的缺陷，能量損失，染料穩(wěn)定性有待提高，液態(tài)電解質(zhì)的封裝問題，固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率低等，態(tài)電解質(zhì)的封裝問題，固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率低等，導(dǎo)致總的能量轉(zhuǎn)換率低，隨著人們對清潔能源的強(qiáng)導(dǎo)致總的能量轉(zhuǎn)換率低，隨著人們對清潔能源的強(qiáng)勁需求，勁需求，DSSCDSSC簡單的制作工藝，較低的成本，以及簡單的制作工藝，較低的成本，以及潛在的優(yōu)越性能，將使其成為未來太陽能電池的主潛在的優(yōu)越性能，將使其成為未來太陽能電池的主導(dǎo)。導(dǎo)。銅銦鎵硒銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池薄膜太陽能電池CIGS 薄膜太陽能電池薄膜太陽能電池 這種以銅銦鎵硒為吸收層的高效薄膜

7、太陽能電池，簡稱這種以銅銦鎵硒為吸收層的高效薄膜太陽能電池，簡稱為銅銦鎵硒電池為銅銦鎵硒電池CIGS電池。其典型結(jié)構(gòu)是：電池。其典型結(jié)構(gòu)是：Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。（多層膜。（多層膜典型結(jié)構(gòu)：金屬柵典型結(jié)構(gòu)：金屬柵/減反膜減反膜/透明電極透明電極/窗口層窗口層/過渡層過渡層/光光吸收層吸收層/背電極背電極/玻璃）玻璃） CIGS薄膜電池組成可表示成薄膜電池組成可表示成Cu(In1-xGax)Se2的形式，具有黃銅礦相結(jié)構(gòu)，是的形式，具有黃銅礦相結(jié)構(gòu)，是CuInSe2和和CuGaSe2的混晶半導(dǎo)體。的混晶半導(dǎo)體。 CIGS的晶體結(jié)構(gòu)CuInSe2黃銅礦晶格結(jié)

8、構(gòu)CuInSe2復(fù)式晶格:a=0.577,c=1.154直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)高達(dá)105量級禁帶寬度在室溫時是1.04eV，電子遷移率和空穴遷移率分3.2X102(cm2/Vs)和1X10(cm2/Vs)通過摻入適量的Ga以替代部分In，形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶體Ga的摻入會改變晶體的晶格常數(shù)，改變了原子之間的作用力,最終實(shí)現(xiàn)了材料禁帶寬度的改變，在1.04一1.7eV范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最高的轉(zhuǎn)化效率自室溫至810保持穩(wěn)定相,使制膜工藝簡單, 可操作性強(qiáng).CIGS薄膜太陽能電池的優(yōu)點(diǎn) 材料吸收率高材料吸收率高,吸收系數(shù)高達(dá)吸收系數(shù)高達(dá)105量級量級,直接帶隙

9、直接帶隙,適合適合薄膜化薄膜化,電池厚度可做到電池厚度可做到23微米微米,降低昂貴的材料成降低昂貴的材料成本本 光學(xué)帶隙可調(diào)光學(xué)帶隙可調(diào).調(diào)制調(diào)制Ga/In比比,可使帶隙在可使帶隙在1.01.7eV間變化間變化,可使吸收層帶隙與太陽光譜獲得最佳匹配可使吸收層帶隙與太陽光譜獲得最佳匹配 抗輻射能力強(qiáng)抗輻射能力強(qiáng).通過電子與質(zhì)子輻照、溫度交變、振動、通過電子與質(zhì)子輻照、溫度交變、振動、加速度沖擊等試驗(yàn)加速度沖擊等試驗(yàn),光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不變光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不變.在空間電源在空間電源方面有很強(qiáng)的競爭力方面有很強(qiáng)的競爭力 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好,不存在很多電池都有的不存在很多電池都有的光致衰退效應(yīng)光致衰退效應(yīng)

10、 電池效率高電池效率高.小面積可達(dá)小面積可達(dá)19.9%,大面積組件可達(dá)大面積組件可達(dá)14.2% 弱光特性好弱光特性好.對光照不理想的地區(qū)猶顯其優(yōu)異性能對光照不理想的地區(qū)猶顯其優(yōu)異性能.問題以及前景問題以及前景 CIS光伏材料優(yōu)異的性能吸引世界眾多專家研究了光伏材料優(yōu)異的性能吸引世界眾多專家研究了20年年 ,直到直到2000年才初步產(chǎn)業(yè)化年才初步產(chǎn)業(yè)化,其主要原因在于工藝的重復(fù)其主要原因在于工藝的重復(fù)性差性差,高效電池成品率低。高效電池成品率低。CIS(CIGS)薄膜是多元化合物半薄膜是多元化合物半導(dǎo)體導(dǎo)體,原子配比以及晶格匹配性往往依賴于制作過程中對原子配比以及晶格匹配性往往依賴于制作過程中對主要半導(dǎo)體工藝參數(shù)的精密控制。目前主要半導(dǎo)體工藝參數(shù)的精密控制。目前,CIS薄膜的基本特薄膜的基本特性及晶化狀況還沒有完全弄清楚性及晶化狀況還沒有完全弄清楚,無法預(yù)測無法預(yù)測CIS材料性能和材料