太阳电池材料研究进展
- 格式:doc
- 大小:48.00 KB
- 文档页数:6
新能源材料及其应用研究进展随着能源和环境问题的日益突出,大众开始关注新能源材料的研究和应用。
新能源材料不仅能够满足人们的能源需求,同时能够保护环境和节省能源。
本文将重点介绍新能源材料及其应用研究进展。
一、太阳能电池材料太阳能电池是一种典型的新能源材料,它利用太阳能转换为电能。
太阳能电池材料的研究非常活跃,目前主要研究方向包括硅基太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池和量子点太阳能电池。
其中,钙钛矿太阳能电池是研究的热点之一。
钙钛矿太阳能电池具有高效、稳定、廉价等优点,在低光强条件下也能够产生高电流。
但是,钙钛矿太阳能电池还存在着光热稳定性较差、含铅、含脆性等问题。
研究者们正在努力解决这些问题,提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和可靠性。
二、电池材料电池是储存和释放能量的设备,随着电子产品的普及,对电池的需求也越来越大。
传统电池材料主要包括铅酸、镍氢、锂离子等。
而目前,研究者们正在研究新型电池材料,例如钠离子电池、锌空气电池、草酸锂电池等。
这些电池材料具有能源密度高、效率高、环境友好等优点。
然而,这些新型电池材料的研究还面临着电化学反应机理不清晰、热稳定性不佳等问题。
因此,需要更多的研究来解决这些问题,推广和应用这些新型电池材料。
三、光催化材料光催化材料是一种利用光能催化产生化学反应的材料。
它被广泛应用于空气净化、水处理、二氧化碳还原等领域中。
光催化材料的研究正在不断地发展,常见的光催化材料包括钛酸盐、氧化锌、氧化铟等。
但是,这些光催化材料的光吸收能力较差,光催化活性较低。
因此,研究者们在材料设计和制备方面进行了大量的研究,例如结构优化、复合材料等。
这些新型光催化材料已经显示出了更高的光吸收和催化活性。
四、燃料电池材料燃料电池是一种将氢气和氧气催化生成电能的设备。
燃料电池材料的研究已经取得了很大的进展,主要包括聚合物电解质燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池等。
这些燃料电池材料具有能源密度高、效率高、环保等优点。
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势一、本文概述随着全球能源结构的转型和环保意识的日益增强,可再生能源的开发和利用已经成为当今世界的重要议题。
其中,太阳能作为一种清洁、无污染、可持续的能源形式,受到了广泛关注。
太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键设备,其性能与材料的选择密切相关。
硅材料因其优异的半导体性能、丰富的储量以及相对成熟的生产工艺,成为了太阳能电池的主流材料。
本文旨在探讨硅材料在太阳能电池领域的研究现状,分析其在不同应用场景下的性能特点,并展望其未来的发展趋势。
本文将对硅材料的基本性质进行介绍,包括其晶体结构、电子特性以及光学性质等,为后续的研究提供理论基础。
我们将详细分析当前硅材料在太阳能电池中的应用现状,包括不同类型的硅太阳能电池(如单晶硅、多晶硅、非晶硅等)的优缺点、制造工艺以及光电转换效率等方面的内容。
我们还将探讨硅材料在柔性太阳能电池、异质结太阳能电池等新型电池技术中的应用前景。
在此基础上,本文将深入探讨硅材料研究的最新进展,包括纳米硅材料、硅基复合材料以及表面改性技术等新型硅材料的开发与应用。
这些新技术和新材料的出现,为硅太阳能电池的性能提升和成本降低提供了新的可能性。
我们将对硅材料在太阳能电池领域的发展趋势进行展望,探讨未来硅材料研究的方向和重点,以期为推动太阳能电池的持续发展和广泛应用提供参考。
二、硅材料的性质及其在太阳能电池中的应用硅是一种半导体材料,具有独特的电子结构,使其成为太阳能电池的理想选择。
硅的禁带宽度适中(约为1电子伏特),可以吸收可见光及近红外光区的太阳光,使其具有较高的光电转换效率。
硅材料还具有丰富的储量、良好的稳定性和相对较低的成本,这些因素使得硅成为商业化太阳能电池中最广泛使用的材料。
硅材料主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。
单晶硅具有最高的光电转换效率,但成本也相对较高;多晶硅成本较低,效率略低于单晶硅;非晶硅则以其低廉的成本和易于大规模生产的特性而受到关注,但其光电转换效率相对较低。
太阳能光电池的研究进展及未来发展趋势随着气候变化和能源需求增长,太阳能光电池作为一种清洁可再生能源技术正在逐步成为可持续能源的主要来源。
自从太阳能光电池技术诞生以来,它不断的得到了改进和发展,不仅在效率上有所提高,而且在成本上也有所下降。
本文将讨论太阳能光电池的研究进展及未来发展趋势。
1. 太阳能光电池的基本原理太阳能光电池是利用半导体材料的光电效应来将太阳光能转化成电能的一种电池。
太阳光可以激发半导体中的电子,使其从价带跃迁到导带,从而形成电子空穴对,这些释放出来的电子和空穴可以通过电极输出电流和电压。
2. 太阳能光电池的技术类型在现今的太阳能光电池技术中,常见的有多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池等多种类型,不同类型的太阳能光电池由于其不同的材料、制作工艺和结构形式,具有不同的性能以及优缺点。
多晶硅太阳能电池因其制作工艺简单、成本低廉又易于大面积生产而被广泛应用。
但其发电效率较低,大量生产也会带来环境污染问题。
单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池相比效率更高,但生产过程更加复杂,成本也更高。
而且,单晶硅太阳能电池需要较高的制造温度,会导致能源、时间和成本的浪费。
薄膜太阳能电池制作件薄如膜,具有制造成本低、透明性好、重量轻、柔韧和可弯曲等特点。
但其效率往往比单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池低。
3. 太阳能光电池的研究进展太阳能光电池的研究和发展已经持续数十年。
在过去几年中,太阳能光电池技术的性能有了显著提高,其效率不断攀升。
例如,通过将钙钛矿结构引入到晶体硅太阳能电池中,科学家开发出了钙钛矿晶体硅太阳能电池,其效率可以达到约25%,这种新型太阳能电池具有高效、制备简单等优点,成为热门研究领域之一。
另一方面,薄膜太阳能电池也在近年来得到了广泛关注。
研究人员将新的化合物引入到薄膜太阳能电池制造中,可以将其效率提高到约19%。
这种新型的薄膜太阳能电池具有能量密度高、生产成本低等优点。
有机异质结太阳能电池研究进展有机异质结太阳能电池是一种新型的光电转换器件,由有机半导体材料和无机半导体材料组成。
它具有制备简单、成本低廉、可柔性化和透明化等特点,被广泛认为是未来太阳能电池的发展方向之一、本文将介绍有机异质结太阳能电池的研究进展,包括结构设计、材料选择与优化、性能提升策略以及应用前景等方面。
一、有机异质结太阳能电池的结构设计有机异质结太阳能电池的结构一般由透明导电玻璃基底、有机电子传输层、有机光吸收层、无机电子传输层和金属电极等组成。
其中,有机光吸收层是整个器件的关键部分,它能够吸收光能,并将其转化为电能。
对于结构设计,需要在光吸收层和电子传输层之间形成一个能够有效分离电子和空穴的界面,从而提高光电转换效率。
二、有机异质结太阳能电池的材料选择与优化有机光吸收材料是有机异质结太阳能电池的关键材料之一,其光吸收性能、电子传输性能和稳定性等特性直接影响器件的光电转换效率。
研究人员通过合理选择有机材料,如聚合物、过渡金属配合物和有机-无机杂化材料等,来改善器件的性能。
此外,还可以通过调控材料的分子结构、掺杂和界面改性等手段,进一步提升器件的性能。
三、有机异质结太阳能电池的性能提升策略为了提高有机异质结太阳能电池的光电转换效率,研究人员采取了多种策略。
例如,引入介质层或增加界面的修饰层,可以改善电子传输和光吸收的效果。
同时,采用光谱调控、界面优化和器件结构优化等技术,也能够提高器件的光电转换效率。
此外,还可以通过多接合异质结或向复合材料发展等方法,提高器件的稳定性和可靠性。
四、有机异质结太阳能电池的应用前景综上所述,有机异质结太阳能电池是一种具有广泛应用前景的光电转换器件。
通过不断优化材料选择、结构设计和性能提升策略,有机异质结太阳能电池的光电转换效率和稳定性将得到进一步提高。
预计在未来几年,有机异质结太阳能电池将成为太阳能领域的重要研究方向之一。
太阳能电池的研究进展太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的光伏发电装置。
它以太阳能为能源,不产生二氧化碳等有害物质,不污染环境,具有高效、可靠、可再生等优点,因此被广泛应用于太阳能发电、宇宙航天、电子产品等领域。
近年来,太阳能电池的研究进展有以下几个方面:1. 提高太阳能转换效率太阳能电池转换效率是衡量其性能的重要指标,一直是科学家们研究太阳能电池的重要方向。
近年来,通过改进太阳能电池的结构、材料及工艺等方法,不断提高太阳能电池的转换效率。
比如,第三代太阳能电池(DSSC)采用锗、锗硒合金等新型材料,有效提高了光电转换效率;钙钛矿太阳能电池的研究也在不断提高运用效率,如2019年4月中山大学研究团队报道的钙钛矿太阳能电池实现了21.4%的转换效率,创造了新的世界纪录。
2. 开发新型材料太阳能电池的性能与材料密切相关,科学家们不断开发新型太阳能电池材料。
锗、钒氧化物、钙钛矿、有机物等材料都被应用于太阳能电池的研究中。
近年来,钙钛矿太阳能电池受到了广泛关注,因其具有较高的转换效率、优异的光吸收性能和材料丰富性等优点,这也促进了钙钛矿太阳能电池的发展。
目前,已有一些大规模应用的企业开始推广使用钙钛矿太阳能电池。
3. 制备低成本且高效率太阳能电池目前,太阳能电池的制备成本较高,主要集中在材料、工艺和设备等方面。
科学家近年来致力于研究低成本的太阳能电池材料和制备工艺,例如由有机半导体材料制造的薄膜太阳能电池,价格低廉、重量轻,可以实现柔性化制备;太阳能电池的制造工艺采用印刷、溶液法等技术也在不断提高,这使制造成本有望降低。
比如,德国汉堡大学的科学家们近期成功制造了一种采用印刷技术制备的钙钛矿太阳能电池,该太阳能电池仅用了2美分左右的成本,低成本高效率是其最大的特点。
总之,太阳能电池在能源领域的应用有着广阔的前景,科学家们的不断研究和创新促使太阳能电池的性能得到不断提高,制造成本逐渐降低,助力于实现可持续发展和环境友好。
太阳能电池的研究现状及发展前景太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的器件。
它是现代清洁能源领域中备受瞩目的技术之一。
随着对环境污染和非可再生能源的担忧日益增加,太阳能电池作为一种可持续发展和环保的选择,正变得越来越热门。
本文将介绍太阳能电池的研究现状及发展前景。
一、太阳能电池的研究现状太阳能电池是利用半导体材料制成的电池,其工作原理是将光子能量转化为电子能量。
现在最常用的太阳能电池是硅基太阳能电池。
硅基太阳能电池已发展了几十年,其效率已经逐渐接近极限。
然而,硅基太阳能电池的成本仍然比较高,对大规模应用来说仍然不够经济实惠。
为了降低成本同时提高太阳能电池的效率,研究人员正在寻找替代性材料。
一些新兴材料被广泛研究,如钙钛矿、有机太阳能电池和复合太阳能电池等。
其中,钙钛矿太阳能电池由于其高效率和低成本而备受关注。
与硅基太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池不但具有更高效率,而且材料成本也更便宜。
因此,钙钛矿太阳能电池被认为是一种有望在未来大规模应用的技术。
二、太阳能电池的发展前景随着对环境污染和非可再生能源的担忧日益增加,太阳能电池作为一种可持续发展和环保的选择越来越受到重视。
据国际能源机构预测,到2030年,太阳能电力将成为全球电力消费量中最大的单一来源之一。
在未来几年中,太阳能电池技术将继续发展,效率将逐步提高,成本也将进一步下降。
此外,在不断涌现的新材料和新技术的推动下,太阳能电池将不断完善,性能将不断提升。
总的来说,太阳能电池是一种前景广阔的清洁能源技术。
它可以为世界各地的人们提供可靠、廉价的电力,同时帮助我们减少对环境的破坏,降低对化石燃料的依赖。
因此,在国际上,太阳能电池技术被认为是实现可持续发展的关键技术之一。
三、结语太阳能电池作为一种可持续发展和环保的技术,已经成为了清洁能源领域中备受瞩目的一种技术。
虽然目前太阳能电池的研究仍在进行之中,但已经取得了很大的进展。
未来,随着新材料和新技术的涌现,太阳能电池将变得更加高效、便宜和可靠,同时也将为我们提供更多的清洁能源选择。
太阳能电池技术的新进展和未来发展趋势太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备,被广泛应用于领域如太阳能发电、户外装备以及移动设备等。
近年来,太阳能电池技术取得了显著的进展,不断推动了清洁能源的发展。
本文将探讨太阳能电池技术的新进展以及未来的发展趋势。
首先,太阳能电池技术的新进展之一是多晶硅电池和单晶硅电池的技术改进。
多晶硅电池是目前最常用的太阳能电池类型,其成本相对较低,但效率相对较低。
通过引入新的工艺和材料,研究人员成功地提高了多晶硅电池的效率。
而单晶硅电池则以其更高的效率和较低的光衰减而备受瞩目。
近年来,单晶硅电池的制造成本也在逐渐降低,使其更具竞争力。
其次,新兴的太阳能电池技术也在不断涌现。
其中一种重要的技术是钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本、可调制颜色和柔性等优点,被认为是下一代太阳能电池的候选。
目前,钙钛矿太阳能电池的效率已经超过了多晶硅电池,但其稳定性和寿命仍需要进一步提高。
研究人员正在不断改进材料和工艺,以解决这些问题。
另一个新兴技术是有机太阳能电池。
有机太阳能电池采用有机半导体材料,具有较低的成本、柔性和颜色可调性等特点。
然而,目前有机太阳能电池的效率还相对较低,且稳定性较差。
研究人员正在致力于提高有机太阳能电池的效率和稳定性,同时降低其制造成本,以便实现大规模商业化应用。
除了技术改进,太阳能电池的未来发展趋势还体现在材料研究和工艺创新方面。
随着对可持续发展的需求增加,研究人员正在寻找更环保和可再生的材料用于太阳能电池的制造。
例如,钙钛矿材料是一种丰富、廉价的材料,具有很高的光吸收系数,因此备受关注。
此外,新型材料如钙钛矿材料的研究也为太阳能电池提供了更多的选择。
与此同时,工艺创新也在推动太阳能电池技术的发展。
通过引入新的制造工艺和设备,生产商能够降低成本、提高效率,并实现太阳能电池的大规模生产。
例如,近几年来,有机太阳能电池中的印刷技术和喷墨打印技术等新的制造工艺得到了广泛应用,大大降低了制造成本。
新型太阳能电池材料的研究进展一、背景介绍太阳能电池是一种利用光合成原理将太阳能转化为电能的设备。
在人们对环境保护意识不断增强的今天,太阳能电池正逐渐成为一种主流的清洁能源。
二、目前太阳能电池的材料1.硅太阳能电池硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池,在市场上占有较大的份额。
硅太阳能电池的优点是安全可靠,使用寿命长,适合大规模应用,但是其价格较高。
2.无机卤素太阳能电池无机卤素太阳能电池是一种新型太阳能电池。
和硅太阳能电池相比,无机卤素太阳能电池对石油依赖度较低,成本较低,太阳能转化效率较高,但是其还处于研究阶段,本体材料不够稳定。
3.有机太阳能电池有机太阳能电池由于采用的是有机材料,因此其制造成本和能源消耗都很低。
但是有机材料的稳定性较差,且目前该类太阳能电池的效率较低,对于实际应用还存在技术难题。
三、新型太阳能电池材料1.钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池是近年来崛起的一种新型太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的光电转化效率高,材料成本低廉,但是其材料的稳定性有待提高。
2.过渡金属氧化物太阳能电池过渡金属氧化物太阳能电池是一种利用过渡金属氧化物作为电子输运材料的太阳能电池。
这种太阳能电池具有结构简单、制造成本低廉、太阳能转化效率高等特点,是未来发展方向之一。
3.有机无机杂化太阳能电池有机无机杂化太阳能电池将有机材料和无机材料结合在一起制成。
该类太阳能电池的优点是具有较高的转化效率和较长的使用寿命。
四、新型太阳能电池的发展趋势随着全球对于环境保护的要求日益提高,太阳能电池必将成为未来崛起的关键产业之一。
要想发展出更加高效、稳定的太阳能电池,就需要不断拓展新型材料的应用。
五、结论在这篇文章中,我们简单介绍了目前太阳能电池使用的材料,同时也详细地讲述了钙钛矿、过渡金属氧化物、有机无机杂化等新型太阳能电池材料的研究进展。
希望这些进展可促进太阳能电池技术的发展和应用,实现人们对于环境保护的愿望。
太阳电池材料研究进展太阳电池材料研究进展摘要:近年来,太阳能电池的研究得到突飞猛进的发展,显然,这是新材料和新器件结构的涌出以及器件机理研究深入的共同结果。
本文讨论了有关利用Ⅲ一V族化合物材料制备多结太阳电池和基于有机薄膜的太阳能电池材料与器件的研究进展。
介绍了多结太阳能的基本工作原理,叠层材料的带隙选择和晶格匹配以及解决晶格匹配问题的一些方法。
另外,对于有机薄膜太阳能电池材料,介绍了其基本工作原理,性能优越性以及研究者对未来发展前景的展望。
关键词:Ⅲ一V族化合物;多结太阳电池;晶格失配;有机薄膜;光伏Abstract: In recent years, solar cells develop rapidly. Obviously,it isresult from the depth research of the new materials and new device structure and emission mechanism of the device.This article discussed the use of Ⅲ—V compound multi-junction solar cell materials and preparationof thin film solar cells based on organic materials and device research progress. Multi-junction solar introduced the basic working principle of the band gap of laminated material selection and the lattice matching and lattice matching to solve some of the ways.In addition, organic thin-film solar cell materials, describes its basic working principles, performance advantages and researchers on the outlook for future development.Keywor d: Ⅲ-V compound,Multi-junction solar cells,Lattice mismatch,Organic thin film,PV引言:太阳能电池是将光能(太阳光能)转换为电能的器件, 是一种光伏器件, 于1954年在贝尔实验室首次发现。
开始的研究主要集中于以单晶硅为活性材料的无机太阳能电池, 当时贝尔实验室报道的器件效率为4%。
无机太阳能电池通常是基于p-n结结构:p区存在过剩空穴, n区存在过剩电子, 在p-n结附近, 由于p型和n型的突变而形成内建电场。
材料吸收光后产生的电子空穴对, 通过扩散, 达到p-n结界面, 在内建电场作用下分开, 并分别向2个电极移动, 形成光伏。
Ⅲ一V族化合物多结太阳电池,一直都是太阳电池发展的热点方向。
一方面,Ⅲ一V族化合物多结太阳电池的实验室效率在大气质量已经突破40%(AMl.5)[1,2]的纪录,并仍在不断刷新;另一方面,以GaAs基电池为代表的一批Ⅲ一V族化合物太阳电池,已经广泛应用于宇航系统的能源供应,打开了Ⅲ一V族化合物多结太阳电池的应用空间。
而有机物是最为廉价和最具吸引力的太阳能电池材料:一方面由于有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好;另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单,可低温操作,器件制作成本也较低.除此之外,有机太阳能电池的潜在优势还包括:可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。
因而有望在手表、便携式计算器、半透光式充电器、玩具、柔性可卷曲系统等体系中发挥供电作用。
一.Ⅲ一V族材料制备多结太阳电池1. 多结电池结构半导体材料只能吸收能量大于其带隙的入射光子,并且每吸收一个光子最多只能放出一对电子一空穴对。
也就是说,对于能量小于其带隙的入射光子,半导体材料是“透明”的;对于能量远大于其带隙的一个入射光子,半导体材料将其吸收后,也只能放出一对电子—空穴对。
多余的能量会以声子辐射的方式转换为晶格振动的热能,造成能量损失。
太阳辐射光谱在0.15~4cm的波长范围内均有着较强的分布,要想在这样宽的波长范围内尽可能多地吸收太阳辐射能量,并将其转化为电能而不是晶格振动的热能,仅仅采用单一禁带宽度的单结电池是难以实现的。
M.Wolfc[3]先后提出了多结太阳电池的概念。
将禁带宽度不同、能够吸收不同波长区间太阳辐射能量的单结太阳电池堆叠起来,形成叠层结构。
这样构成的多结太阳电池,不仅能够扩大电池对太阳辐射光谱波长的利用范围,而且还提高了单位波长区间内的光电转换效率,是太阳电池设计理念的一次飞跃。
2. 叠层材料的带隙选择和晶格匹配问题在AM(大气质量)1.5的标准光照条件下,应用细节平衡理论[4],一个三结太阳电池理论上能够达到的最高效率为49.7%,而一个四结太阳电池理论上能够达到的最高效率为53.6%[5]。
要想实现这样的最优转换效率,所选材料的带隙组合就应该最大程度地与太阳辐射光谱相匹配。
经计算,对一个三结太阳电池,这样的最优带隙组合应该是0.71,1.16和1.83 eV;对一个四结太阳电池,最优带隙组合应该是0.71,1.13,1.55和2.13 eV。
目前,以MOCVD为代表的外延生长技术只能实现晶格匹配材料的叠层外延生长,而如果采用晶格完全匹配的材料构造多结太阳电池,又很难找到一组材料能够完全满足上述最优带隙组合。
最佳的带隙组分可以实现对太阳辐射谱的最大利用,而材料的晶格匹配便于外延生长的实现,这对矛盾限制了Ⅲ一V族化合物多结太阳电池转换效率的进一步提升。
3.解决方法针对这一问题,目前出现了一些新的解决方法:一种是采用渐变缓冲层结构设计来实现晶格失配较大材料的外延生长;另一种是寻找带隙在1.0eV附近,以InGaAsN为代表的四元材料尽量满足带隙要求和晶格匹配;还有一种是采用低温键合技术,将晶格失配的材料直接键合在一起。
这些解决方法有的已经创造了太阳电池转换效率的新记录,有的虽然目前转换效率还不高,但是提供了一些具备潜力的新思路。
上述三种方法中,目前能够实现最高转换效率的是采用渐变缓冲层的方法。
通过采用渐变缓冲层,失配和位错都能够限制在渐变缓冲层的区域内,从而大大减小了其对渐变缓冲层以上电池结构的影响。
渐变缓冲层技术已成为目前晶格失配太阳电池的主流技术。
二.基于有机薄膜的太阳能电池材料1.发展概况有机太阳能电池的研究始于1959年,其结构为单晶蒽夹在2个电极之间[6], 器件的开路电压为200 mV, 由于激子的解离效率太低使得转换效率极低。
这方面研究的重大突破是1986年报道的双层结构染料光伏器件[7]。
器件以酞菁衍生物作为p型半导体,以四羧基苝的衍生物作为n型半导体, 形成双层异质结结构, 功率转换效率约为1%。
该研究首次将电子给体(p型)/电子受体(n型)有机双层异质结的概念引入, 并解释了光伏效率高的原因是由于光致激子在双层异质结界面的光诱导解离效率较高。
1992年,研究发现用共轭聚合物作为电子给体(D)和C60作为电子受体(A)[8-12]的体系,这一发现,使聚合物太阳能电池的研究成为新的热点。
继而发展的以聚合物MEH-PPV做给体,C衍生物PCBM作为受体的共混材料制60备的本体异质结器件,由于无处不在的纳米尺度的界面大大增加了异质结面积,激子解离效率提高,使转换效率进一步提高,达到2.9%[13]。
在过去的30年里,人类投入巨大的精力来研究有机太阳能电池,双层异质结器件、本体异质结器件、混合蒸镀的小分子器件以及有机/无机杂化器件的研究都有了长足的进展。
2.器件结构及其工作原理有机太阳能电池的结构,由单层Schottky器件开始,相继发展了双层异质结、本体异质结、分子D-A结,以及基于以上单元结构的级联器件等。
除了要求活性材料有较高的太阳光谱吸收能力,有机光伏器件中激子解离是提高器件效率的最重要因素。
与无机光伏器件吸收光后产生自由电子空穴对不同,有机材料在吸收光后,产生流动的激发态(即束缚电子空穴对)。
由于激子中电子空穴对之间库仑作用较大,同时有机物介电常数较小,使激子解离需要的能量高于热能kT[14,15],因此,有机材料激子解离困难,不易形成自由载流子。
不同的器件结构中,激子解离的机制有所不同。
3. 展望虽然有机太阳能电池的功能转换效率已经达到了5%—6%,应用前景已经初见曙光。
但是,与成熟的无机太阳能电池相比,有机太阳能电池无论从性能、机理还是稳定性等许多方面都尚处于初级阶段。
因此,进一步地借鉴无机太阳能电池的成熟技术及研究思路将会对有机太阳能电池的研究起推动作用;机理的深入研究,可指导功能材料的合成、发展出新型的器件结构;结合有机材料、无机材料、纳米材料的不同优点,有机/无机杂化器件以及引入纳米材料的研究将会继续维持该领域的热点;利用分子D-A结材料制作性能优良的单层有机太阳能电池,对该类材料以及器件的制备工艺都将是一大挑战;随着器件性能日益提高,稳定性研究也将提到日程上来。
结语:无论是Ⅲ一V族化合物多结太阳电池还是有机太阳能电池,在其几十年的发展历程中已经取得了长足的进步,太阳电池的转换效率不断得到提高。
随着人们进一步的探索,太阳能电池将挑战更高的转换效率和更广阔的应用空间。
参考文献:[1].KING R W D C.EDMONDSON K M 40% efficient metamorphicGaInP/GaInAs/Ge multijunction solar cells 2007(18)[2].GUTER W.SCHONEJ.PHILIPPS S P Current-matched triple-iunction solar cell reaching 41.1% conversionefficiency under concentrated sunlight 2009(22)[3].WOLF M Limitations and possibilities for improvement of photo-voltaic solar energy converters:PartI:Considerations for earth's surface operation 1960(7)[4].SHOCKLEY W.QUEISSER H J Detailed balance limit of efficiency of p-n junction solar cells 1966(3)5.[5].MARTI A.ARAUJO G L Limiting efficiencies for photo-voltaic energy conversion in multigap systems1996(2)[6].PTAK A J.FRIEDMAN D J.KURTZ S Low-accep-tor-concentration GaInNAs grown by molecular-beam epitaxy for high-current p-i-n solar cell applications 2005(9)[7].KURTZ S R.KLEM J F.ALLERMAN A A Minority carrier diffusion and defects in InGaAsN grown by molecular beam epitaxy 2002(8)[8].GEISZ J F.KURTZ S.WANLASS M W High-efficiency GaInP/GaAs/InGaAs triple-junction solar cells grown inverted with a metamorphic bottom junction 2007(2)[9].KONDOW M.KITATANI T.NAKATSUKA S GaInNAs:a novel material forlong-wavelength semiconduc-tor laser 1997(3)[10].KURTZ S R.MYERS D.OLSON J M Projected perfor-mance of three-and four-junction devices using GaAs and GaInP 1997[11].KURTZSR.ALLERMANAA.JONES E D InGaAsN solar cells with 1.O eV band gap,lattice matched to GaAs 1999(5)[12].KURTZ S R.SEAGER C H.SIEG RM Minority carrier diffusion,defects,and localization in InGaAsN,with 2% nitrogen 2000(3)[13].YAMAGUCHI M.NISHIMURA K.SASAKI T Novel materials for high-efficiency Ⅲ-V multi-junction solar cells 2008(2)。