硅基薄膜等离子太阳能电池

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1、等离子体硅基薄膜太阳能电池1、背景2、原理3、研究成果4、现状与趋势背景一：1、化石燃料日益匮乏2、环境日益恶化3、太阳能资源未得到充分利用40minVS一年背景二：1、使用原材料少、环境友好、工艺成熟度高及柔性可弯曲等特性。电池对光谱吸收不足降低了光电转化效率2、降低生产成本、减少载流子复合率原理：光电池原理：消逝波：等离子波硅基薄膜对太阳光谱的吸收纳米线、纳米光柱表面缺陷、非共形沉积金属等离子体提高薄膜太阳能电池转换效率1、散射2、局域等离子共振效应3、表面等离子体波研究成果：2008年K.R.Catchpole和A.Polman2009Y

2、.A.Akimov·K.Ostrikov·E.P.Li2009年S.Mokkapati等人通过在硅薄膜太阳能电池底面设计一层方形的Ag纳米颗粒，通过改变粒子的大小和周期，可以有效的提高红外部分的光吸收。2009年RagipA.Pala等人通过在Si薄膜上表面的SiO2设计一层一维周期Ag光栅结构，通过计算，这种结构相对于单层硅薄膜太阳能电池的短路电流可以提高43%。2011年Spinelli等人仿真计算了通过在Si基底上的Si3N4减反层上设计一层周期Ag纳米颗粒使得在300-1100nm波段的光吸收相对于无纳米颗粒的情况下提高了50%。现状与趋势

3、几种太阳能电池简介多晶硅薄膜太阳能电池德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZsi衬底上制得的多晶硅电池的转换效率为19％，日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42％。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池碲化镉(CdTe)材料成本低、效率高，且光谱响应与太阳光谱吻合。碲化镉半导体光伏材料理论转换效为30％。如同其它镉化合物，碲化镉被认为是有毒物

4、质，但只要不经口服或呼吸方式进入人体，碲化镉对人体的危害有限。美国能源部指出，碲化镉太阳能模块只要经过适当回收程序处理，并不会对环境产生危害，其对环境的影响与镉金属完全不同。非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜电池以较低的成本、简单的生产工艺以及灵活的应用方式，一直处于重要地位。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％，创下新盼记录；第二、三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。美国联合太阳能公司(vssc)制得的单结太阳能电池最高转换效率为9.3％，三带隙三叠层电池最高转换效率为13％。铜铟镓硒(CIGS)

5、薄膜太阳能电池CIS是CuInSe的缩写，是一种I-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体材料。由于它对可见光的吸收系数非常高，所以是制作薄膜太阳电池的优良材料。以P型铜铟硒(CuInSe)和N型硫化镉(CdS)做成的异质结薄膜太阳能电池具有低成本，高转换效率和近于单晶硅太阳能电池的稳定性。近年研究将Ga替代CIS材料中的部分In，形成Culnl—xGaxSe：(简称CIGS)四元化合物。由ZnO／CdS／CIGS结构制作的太阳电池有较高的开路电压，转换效率也相应地提高了许多。CIGS电池在实验室已经达到19.9％的转换率，远高于其他薄膜电池。有机薄膜太阳能电池

6、有机薄膜太阳能电池为使用有机半导体的p-n接合型太阳能电池。使用n型和p型的有机半导体，利用光照射p-n接合带隙产生电位差。与利用碘的氧化还原反应现象不同，色素增感型太阳能电池的原理与硅类太阳能电池相似。特点是材料和制造的成本较低，使用塑料底板就能制成柔性太阳能电池等。有机薄膜太阳能电池使用的有机半导体既有高分子类又有低分子类，制膜方法有蒸镀法和涂布法。其中，可行性最高的是使用高分子有机半导体的涂布法。硅半导体可以使用蒸镀法，但成本较高且工艺时间较长。涂布法可采用卷对卷等大量生产方式，有利于降低成本和缩短加工时间。日本国内的研究非常活跃。染料敏化太

7、阳能电池1991年瑞士洛桑联邦高等工业学院(EPFL)Grätzel教授[1]在Nature上首次报导了染料敏化纳米薄膜太阳电池(以下简称为DSSC),在AM1.5模拟太阳光下获得了7.1%的总光电转换效率。2004年实验室DSSC的最高光电转换效率已达到11.04%(AM1.5,100mW·cm-2)[2]。它是一种高效、价廉的新型薄膜太阳电池。这种薄膜电池最吸引人的特点是其廉价的原材料和简单的制作工艺，且性能稳定、衰减少，具有远大的应用前景。量子点太阳能电池量子点（QuantumDots,QDs）是准零维(quasi-zerodimension

8、al)纳米材料。粗略地说，量子点3个维度的尺寸均小于块体材料激子的德布罗意波长。从外观上看，量子点恰似一极小的点状物，其内