太陽能電池發(fā)電原理

1、太陽能電池發(fā)電原理2009-02-1614:51太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當(dāng)中；大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項目之一。制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機(jī)鹽如碎化線III-V化合物、硫化鎘、銅錮硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的大陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。一、硅太陽能電池1 .硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光

2、電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：ZMXZIX一_kut-機(jī).中。F_0*_中-101力6-e-_-._圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：-t7I、-D一*，jf-(p-g-一，rQ圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子,因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P(positive)型半導(dǎo)體。同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以

3、就會有一個電子變得非?；钴S，形成N(negative)型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。_TI9-WI06-0-中1S-06一.-P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而審制電荷區(qū)內(nèi)電場在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層），界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個由N指向P的內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡

4、后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結(jié)。當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。（如下圖所示）Frontelectrode(-)Anti-reHectionCMttngN-typeailicor(P-t)P4ypesilicon(B-)SunlighttoBackelectrode(+)CunentSKh餌護(hù)犀KE狀小眼由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過pn結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能

5、產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p-n結(jié)（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜（如圖），將反射損失減小到5%甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。2 .硅太陽能電池的生產(chǎn)流程通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350450gm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。太陽雒電池板多溫注芯片硅片上述方法實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉

6、積（LPCVD和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD工藝。此外，相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池化學(xué)氣相沉積主要是以SiH2c12、SiHCU、SiCl4或SiH4,為反應(yīng)氣體，在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用LPCVD在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。

7、多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。三、納米晶化學(xué)太陽能電池在太陽能電池中硅系太陽能電池?zé)o疑是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進(jìn)行探索，而這當(dāng)中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池受到國內(nèi)外科學(xué)家的重視。以染料敏化納米晶體太陽能電池（DSSCS為例，這種電池主要包括鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃基底，染料敏化的半導(dǎo)體材料、對電極以及電解質(zhì)等幾部分。electrolyte.FTO/glass:QyeelectronPt/glass(c

8、ounteretectrode)陽極：染料敏化半導(dǎo)體薄膜（TiO2膜）陰極：鍍粕的導(dǎo)電玻璃電解質(zhì)：I3/I-如圖所示，白色小球表示TiOz,紅色小球表示染料分子。染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激TiO2發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜，然后通過外回路產(chǎn)生光電流。納米晶TiOz太陽能電池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/51/10.壽命能達(dá)到20年以上。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場。四、染料敏化TiOz

9、太陽能電池的手工制作1 .制作二氧化鈦膜(1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)行研磨(2)接著用玻璃棒緩慢地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)行涂膜(3)把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)1015分鐘，然后冷卻2 .利用天然染料為二氧化鈦著色如圖所示，把新鮮的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶，加一湯匙的水并進(jìn)行擠壓，然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)行著色，大約需要5分鐘，直到膜層變成深紫色，如果膜層兩面著色的不均勻，可以再放進(jìn)去浸泡5分鐘，然后用乙醇沖洗，并用柔軟的紙輕輕地擦干。3 .制作正電極由染料著色的TiO2為電子流出的一極（即負(fù)極）。正電極可由導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面（涂有導(dǎo)電的SnO膜層）構(gòu)成，利用一個簡單的萬用表就可以

10、判斷玻璃的那一面是可以導(dǎo)電的，利用手指也可以做出判斷,導(dǎo)電面較為粗糙。如圖所示，把非導(dǎo)電面標(biāo)上+,然后用鉛筆在導(dǎo)電面上均勻地涂上一層石墨。4 .加入電解質(zhì)利用含碘離子的溶液作為太陽能電池的電解質(zhì)，它主要用于還原和再生染料。如圖所示，在二氧化把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì)，然后把正電極的導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯開，用兩個夾子把電池夾住，兩片玻璃暴露在外面的部分用以連接導(dǎo)線。這樣，你的太陽能電池就做成了。6 .電池的測試在室外太陽光下，檢測你的太陽能電池是否可以產(chǎn)生電流。Whenyouareoldandgreyandfullofsle

11、ep,Andnoddingbythefire,takedownthisbook,Andslowlyread,anddreamofthesoftlookYoureyeshadonce,andoftheirshadowsdeep;Howmanylovedyourmomentsofgladgrace,Andlovedyourbeautywithlovefalseortrue,Butonemanlovedthepilgrimsoulinyou,Andlovedthesorrowsofyourchangingface;Andbendingdownbesidetheglowingbars,Murmur,a

12、littlesadly,howlovefledAndpaceduponthemountainsoverheadAndhidhisfaceamidacrowdofstars.ThefurthestdistanceintheworldIsnotbetweenlifeanddeathButwhenIstandinfrontofyouYetyoudontknowthatIloveyou.ThefurthestdistanceintheworldIsnotwhenIstandinfrontofyouYetyoucantseemyloveButwhenundoubtedlyknowingthelovefr

13、ombothYetcannotbetogether.ThefurthestdistanceintheworldIsnotbeingapartwhilebeinginloveButwhenIplainlycannotresisttheyearningYetpretendingyouhaveneverbeeninmyheart.ThefurthestdistanceintheworldIsnotstrugglingagainstthetidesButusingonesindifferentheartTodiganuncrossableriverFortheonewholovesyou.倚窗遠(yuǎn)眺，目光目光盡處必有一座山，那影影綽綽的黛綠色的影，是春天的顏色。周遭流嵐升騰，沒露出那真實的面孔。面對那流轉(zhuǎn)的薄霧，我會幻想，那里有一個世外桃源。在天階夜色涼如水的夏夜，我會靜靜地，靜靜地，等待一場流星雨的來臨許下一個愿望，