鋰電池光電化學(xué)

引光太引光太陽(yáng)能電池利用半導(dǎo)體材料的電子特性，把陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換為電能1.硅太1.硅太陽(yáng)能單晶硅太陽(yáng)電池：采用單晶片制造制造，性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高。目前轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到16%--18%多晶多晶硅太陽(yáng)電池：作為原料同大小、不同取向的晶粒構(gòu)換效率達(dá)到15%--17%多晶多晶硅太陽(yáng)電池生直拉直拉法拉制單晶示意圖及非晶硅非晶硅太陽(yáng)電池：一般采用頻輝光放電等方法使硅烷氣體分解沉積而成。一般在P層與N層之間加入較厚的I層。非晶硅太陽(yáng)電池的厚度不到1μm，不1/100，降低制造成本。目前轉(zhuǎn)換效率為5%--8%，最高效率達(dá)14.6%，層疊的最高效率可達(dá)21.0%微晶硅微晶硅太陽(yáng)電池：在接近室的低溫下制備，特別是使用大量氫氣稀釋的硅烷，可以生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜，薄膜厚度一般在2---3μm，目前轉(zhuǎn)換效率為10%以上2.單2.單晶化合物太陽(yáng)電池：主要有化鎵太陽(yáng)電池（如圖）。砷化鎵的能隙為V，是單結(jié)電池中效率最高的電池，但價(jià)格昂貴，且砷有毒，所以極少多晶化合物多晶化合物太陽(yáng)電池：主要有碲化鎘太陽(yáng)電池（如圖，銅銦鎵硒太陽(yáng)電池碲化鎘太陽(yáng)電池是最早發(fā)展的太陽(yáng)電池之一，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，制造成本低，轉(zhuǎn)換效率超過(guò)16%，不過(guò)鎘元素可能造成環(huán)境污染。銅銦鎵硒太陽(yáng)電池在基地上成績(jī)銅銦鎵硒薄膜，基地一般采用玻璃，也可用不銹鋼作為柔性襯底。實(shí)驗(yàn)室最高效率接近20%，成品組件達(dá)到13%，是目前薄膜電池中效率最高的電池光伏效（Photovoltaic光激發(fā)：自由電子－空穴對(duì)光伏效（Photovoltaic光激發(fā)：自由電子－空穴對(duì)結(jié)電荷積累光生電ESi(24.7%),p-Si(19.8%),半導(dǎo)體太陽(yáng)能電合適的禁帶寬度Eg。Eg對(duì)于光伏合適的禁帶寬度Eg。Eg對(duì)于光伏電池轉(zhuǎn)換效率的影響是雙向的：較高的光電轉(zhuǎn)換效率。能量轉(zhuǎn)換效率與Eg值等、少數(shù)載流子壽命材料性質(zhì)有關(guān)便于工業(yè)化應(yīng)用，包括資源、成本、環(huán)境等方面的因素耗盡PN內(nèi)建當(dāng)入射輻射作用在PN結(jié)區(qū)時(shí)，本征吸收產(chǎn)生光生電子與空穴在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，電子被內(nèi)建電場(chǎng)拉到區(qū)，空穴被拉耗盡PN內(nèi)建當(dāng)入射輻射作用在PN結(jié)區(qū)時(shí)，本征吸收產(chǎn)生光生電子與空穴在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，電子被內(nèi)建電場(chǎng)拉到區(qū)，空穴被拉到區(qū)。結(jié)果區(qū)帶正電，區(qū)帶負(fù)電，形成伏特電壓?？臻gN光I將PN結(jié)兩端用導(dǎo)線(xiàn)連起來(lái)，電路中有光I將PN結(jié)兩端用導(dǎo)線(xiàn)連起來(lái)，電路中有電流流過(guò)，電流的方向由區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷開(kāi)，就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì)。PN顯然，雜質(zhì)電離產(chǎn)生的電子濃度就是雜質(zhì)（磷）的濃度ND顯然，雜質(zhì)電離產(chǎn)生的電子濃度就是雜質(zhì)（磷）的濃度ND ND于0而本征半導(dǎo)體硅的本征載流子濃度，在T=300Kn0ni1.5摻雜前后電子濃度的變化 4D0電子濃度的增加意味著雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電能力遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體。 2n摻雜后ni104n0104故2n 2n摻雜后ni104n0104故2n ii104i表明，在N型半導(dǎo)體中熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴濃度比本征載流子濃度還要低，本例中僅為本征載流子濃度的萬(wàn)在該N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子與少數(shù)載流子的10400PNPN如果在一塊半導(dǎo)體單晶中同時(shí)摻PNPN如果在一塊半導(dǎo)體單晶中同時(shí)摻入三價(jià)元素與五價(jià)元素，其雜質(zhì)濃度如圖7（b）所示，在（a）PNPN結(jié)最重要的特性是單向0lx（b）PN結(jié)內(nèi)建電PNPN結(jié)內(nèi)建電PN結(jié)邊界兩邊既然分布有數(shù)量相等的正負(fù)空間電荷，必定形成一個(gè)電場(chǎng)，稱(chēng)為內(nèi)建電場(chǎng)E內(nèi)建電場(chǎng)的出現(xiàn)，引起兩①阻止多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)散（故空間電荷區(qū)又稱(chēng)為阻層②引起少數(shù)載流子的漂流過(guò)PN結(jié)的EPN結(jié)空間電荷區(qū)形成后，流過(guò)PN結(jié)的流有流過(guò)PN結(jié)的EPN結(jié)空間電荷區(qū)形成后，流過(guò)PN結(jié)的流有PN①多數(shù)載流子形成的擴(kuò)I擴(kuò)②少數(shù)載流子形成的漂I（a）流過(guò)PN這兩種電流方向相反，如圖（a）所示流過(guò)PN結(jié)的P1N2III方12內(nèi)電場(chǎng)方I擴(kuò)I起I擴(kuò)I起初，內(nèi)建電場(chǎng)較I擴(kuò)I隨著內(nèi)建電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，I擴(kuò)減小，而I漂增加擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，如圖（b）動(dòng)態(tài)平衡情流過(guò)PN結(jié)的凈電流為零PN結(jié)邊界載動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，PN結(jié)邊界兩邊載流子如圖PN圖中符號(hào)說(shuō)PN結(jié)邊界載動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，PN結(jié)邊界兩邊載流子如圖PN圖中符號(hào)說(shuō)0n—N型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)下的電子濃度000—N型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)空穴x0xxPn0—P型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)電子PN結(jié)兩邊載0—P型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)空穴0內(nèi)建內(nèi)建電場(chǎng)E在PN結(jié)中產(chǎn)生的電位差稱(chēng)為內(nèi)建電位差VB該電位差實(shí)際上就是兩內(nèi)建內(nèi)建電場(chǎng)E在PN結(jié)中產(chǎn)生的電位差稱(chēng)為內(nèi)建電位差VB該電位差實(shí)際上就是兩種不同類(lèi)型半導(dǎo)體材料之間的接觸電位差。如圖所示，內(nèi)建電位差的存在對(duì)多數(shù)載流子而言，相當(dāng)于是一個(gè)“勢(shì)壘阻止其擴(kuò)散，故空間電荷區(qū)又稱(chēng)為勢(shì)壘EPN可以VBln0qn0(電位k是玻爾茲曼xxk8.63105K1.381023K0壘電容勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上降發(fā)生變化時(shí)，離壘電容勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放PN+——+OVV勢(shì)壘電容示擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在P緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線(xiàn)。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類(lèi)似的濃度梯圖所RPNxO擴(kuò)散電容示當(dāng)當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)于電容的充過(guò)程。勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線(xiàn)性短路電流ISC，理想情況下為光生電流I2.開(kāi)路電壓暗特kT短路電流ISC，理想情況下為光生電流I2.開(kāi)路電壓暗特kTln(ILVOqI0輸出二極管飽和3.填充因子VFFVmpI 是輸出特