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CdTe薄膜太阳能电池研究现状及产业化进程7CdTe薄膜太阳能电池研究现状及产业化进程碲化镉(ＣｄＴｅ)系薄膜大阳能电池这种电池系由ＣｄＴｅ、ＣｄＳ和其他Ⅱ－Ⅵ族化合物通过相对简单且成本低的工艺沉积在衬底上经干燥和烧结而成。
目前实验室效率达到１６．５％，中试线效率达到１０％，已由实验室研究阶段走向规模化工业生产。
下一步的研发重点，是进一步降低成本、提高效率并改进与完善生产工艺。
该电池如果作为大规模生产与应用的光伏器件，最值得关注的是环境污染问题。
Ｃｄ是重金属，有剧毒，Ｃｄ的化合物与Ｃｄ一样，也是有毒的。
其主要影响，一是含有Ｃｄ的尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成的危害；二是生产废水废物排放所造成的污染。
因此，对破损的玻璃片上的Ｃｄ和Ｔｅ应去除并回收，对损坏和废弃的组件应进行妥善处理，对生产中排放的废水、废物应进行符合环保标准的处理。
封装对CdTe太阳能电池性能的影响阅读提示：本文通过对CdTe电池封装前后光照I-V和光谱响应测试，研究了封装工艺对CdTe太阳能电池性能的影响，发现在130℃和140℃封装后，电池的性能参数略有提高。
通过对封装后的CdTe太阳能电池半年多的观测，发现不论是在光照还是在室内避光条件下，电池器件的性能参数V oc、Isc、FF、η呈波动变化，并未出现明显的下降趋势。
这种稳定性无疑有利于以后CdTe太阳能电池的使用。
引言太阳能电池是太阳能利用途径中的一项新技术，阳光发电是基于太阳光与半导体材料的作用而形成的光伏效应，直接把太阳的可见光能转变为电能。
可是，如果薄膜玻璃基片直接暴露于大气中，其光电转换机制将发生衰降。
为此采用透明、耐老化、粘结性好，能承受大气变化而具弹性的胶层将薄膜基片包封，并和保护材料玻璃或TPT（聚氟乙烯复合膜）粘为一体，构成太阳能电池板。
光伏器件要达到30年的寿命，就需要器件具有很好的稳定性而不具有效率衰减的可行性。
Rosenthal曾报道了在Las Cruces,New Mexico来自三个厂家生产的装在屋顶上的pc-Si和a-Si太阳能电池的连续17年的衰减特性，找出了电池的不同的衰减速率和用于封装EV A膜由黄色到褐色的颜色进一步变化规律。
新型太阳能电池的研究进展与应用前景太阳能是一种绿色、可再生的能源，拥有巨大的潜力在人类经济活动中发挥重要作用。
近年来，随着科学技术的发展，太阳能电池的研究也有了很大的进展。
新型太阳能电池不仅能够提高太阳能电池的转化效率，还能够降低制造成本和改善使用环境。
本文将介绍新型太阳能电池的研究进展和应用前景。
一、有机太阳能电池有机太阳能电池(Organic Solar Cells, OSC)是一种有机半导体材料构成的太阳能电池。
相对于传统太阳能电池，有机太阳能电池具有更好的柔性和透明性，可以安装在移动设备上或是玻璃幕墙上进行光电转换。
另外，有机太阳能电池的制造成本低，生产效率高，对环境的影响也较小。
因此，在未来应用中有着广阔的发展空间。
南京大学研究团队利用有机太阳能电池的透明性特点，开发出一种透明有机太阳能电池。
该电池由玻璃和ITO(Indium Tin Oxide, 一种透明导电材料)构成，具有平均光电转换效率达到8.3%、高透过率(85%)、可弯曲的柔性、更长寿命等优点。
二、钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSC)是一种以钙钛矿晶体为载体的太阳能电池。
其中，钙钛矿晶体具有良好的吸光性、电子传输性能等良好性质，可以用来制造太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池具有高光电转换效率的特点。
据统计，当前最高光电转换效率达到了25.2%之高。
加州理工学院的研究团队提出了一种新型钙钛矿太阳能电池的设计方案，该电池可应用于智能门锁、生物传感器等领域。
新设计通过使用针对特定波长的光敏材料，将电池划分为三个独立的区域，同时，可以有效防止电池中反射或透过的光被浪费，最终实现最佳效率。
三、多级组分太阳能电池多级组分太阳能电池是指结合不同材质、不同半导体的太阳能电池。
在这种太阳能电池中，每一分层材料都能吸收一定波长的光，从而扩大了太阳能电池的光谱带宽，充分利用太阳光谱所含的能量，提高电池的光电转换效率。
新型高性能聚酰亚胺超薄薄膜的结构设计、制备及研究一、简述聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）作为一种性能优异的高分子材料，在航空航天、电子信息和精密机械等领域具有广泛的应用前景。
传统的聚酰亚胺薄膜存在尺寸稳定性差和易损伤等局限性。
随着科技的不断进步和创新，研究者们致力于开发新型的高性能聚酰亚胺超薄薄膜，以满足日益严苛的使用要求。
本文将从结构设计、制备方法和研究三个方面对新型高性能聚酰亚胺超薄薄膜进行全面的阐述，旨在为相关领域的技术突破与创新提供有益的参考。
1. 聚酰亚胺（Polyimides）的优异性能与重要性聚酰亚胺（Polyimides）是一类具有卓越性能的特种工程材料，因其独特的结构和化学性质，在众多领域中都显示出极高的应用价值。
聚酰亚胺首先拥有优异的热稳定性，即使在高温环境下也能保持出色的物理和化学性能；它们具有极佳的机械性能，包括高抗张强度、高弯曲模量和优异的抗冲击性；除此之外，聚酰亚胺还表现出优异的化学稳定性，包括对各种酸碱盐类物质的耐腐蚀性以及对有机溶剂的耐受性；聚酰亚胺的加工性能也十分出色，可通过各种制备方法制成薄膜、纤维、复合材料等多种形式。
2. 超薄薄膜的应用领域与发展趋势聚酰亚胺超薄薄膜作为一种具有独特性能的新材料，自问世以来就受到了广泛的关注。
随着科技的发展和产业结构的优化，超薄薄膜的研究与应用逐渐渗透到各个领域，展现出巨大的潜力和价值。
在电子领域，聚酰亚胺超薄薄膜可以作为柔性导电膜、柔性触摸屏、柔性显示器等关键部件的原材料。
其独特的低蠕变特性和优异的机械强度使得聚酰亚胺超薄薄膜在柔性电子器件中具有较高的稳定性，为电子产品带来更轻便、更便携以及更好的耐用性。
在光伏领域，聚酰亚胺超薄薄膜可用于生产高效且轻质的太阳能电池封装膜。
这种薄膜具备出色的透光性、耐候性以及良好的隔离性能，可以有效保护太阳能电池片在恶劣环境下的稳定运行，从而提高光伏器件的发电效率及使用寿命。
聚酰亚胺超薄薄膜还在航空航天、精密仪器、锂电池隔膜等领域展现出巨大的应用前景。
有机太阳能电池研究现状与进展
有机太阳能电池是一种可以将太阳能转化为电能的光电转换器件，相比于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有成本低、可塑性好、轻量化等优点，因此备受关注。
以下介绍有机太阳能电池的研究现状与进展：
1. 效率提高：过去十年来，有机太阳能电池的功率转换效率不断提高，目前已经达到了17%左右，接近商业化水平。
2. 新材料的发展：研究者在寻找更优秀的有机材料方面进行了大量尝试，包括聚合物、小分子有机化合物和混合材料等，以提高有机太阳能电池的效率、稳定性和可持续性。
3. 有机太阳能电池的稳定性：为了解决有机太阳能电池的稳定性问题，研究者设计了新型材料和界面，探究了各种稳定剂和先进封装技术。
4. 柔性有机太阳能电池：在光电转换效率较高的情况下，有机太阳能电池适合制作柔性器件，形态可塑性好，可以应用于更广泛的领域。
目前柔性有机太阳能电池的商业化应用仍处于起步阶段，但未来充满潜力。
总的来说，有机太阳能电池的研究不断取得进展，但与传统硅基太阳能电池相比仍面临诸多挑战，例如效率、稳定性和成本等。
未来需要进一步探究新材料和工艺，提高有机太阳能电池的性能和可应用性。
柔性有机太阳能电池技术研究进展及其在可穿戴设备中的应用前景柔性有机太阳能电池技术近年来取得了长足的进展，并且在可穿戴设备领域具有广阔的应用前景。
下面将详细讨论柔性有机太阳能电池技术的研究进展以及它在可穿戴设备中的应用前景。
柔性有机太阳能电池是一种新兴的太阳能转换技术，相较于传统的硅基太阳能电池，柔性有机太阳能电池具有重量轻、柔性、透明等优点，可以制造成各种形态，并附着在各种物体表面上，因此在可穿戴设备领域具有巨大的应用潜力。
柔性有机太阳能电池的研究进展主要集中在提高其能量转换效率、稳定性和生产工艺上。
目前，提高能量转换效率是研究的重点之一。
通过原料的改良和组分的优化，研究人员能够制造出更高效的有机太阳能电池。
例如，利用新型的有机共轭聚合物材料，能够提高电池的电荷传输效率，从而提高整个电池的能量转换效率。
此外，通过电极材料的改进，也能够提高电池的光吸收能力，进一步提高能量转换效率。
除了提高能量转换效率，提高柔性有机太阳能电池的稳定性也是研究的重要方向之一。
由于柔性有机太阳能电池的结构相对脆弱，容易受到环境因素的影响，如湿度、温度和氧气等，导致电池性能的下降。
因此，研究人员致力于研发稳定的材料和生产工艺，以提高柔性有机太阳能电池的长期稳定性和耐久性。
此外，研究人员还进行了多种形态的柔性有机太阳能电池的研究，如可卷曲、可拉伸和可裁剪等。
这些形态多样的柔性电池可以根据不同的应用需求进行定制，适应各种复杂的可穿戴设备设计。
例如，在智能手表、智能眼镜和智能贴片等设备中，柔性有机太阳能电池可以作为能源供应的关键组件，为设备提供稳定的电力支持。
柔性有机太阳能电池在可穿戴设备中的应用前景非常广阔。
首先，柔性有机太阳能电池的轻薄柔性特性使得其能够嵌入到各种衣物、手表和眼镜等可穿戴设备中，不会给使用者带来额外的负担。
其次，柔性有机太阳能电池可以利用光能将太阳能转化为电能，提供持久的电力支持。
这种独特的能源供应方式可以为可穿戴设备带来更长的续航时间，减少对传统电池的依赖。
新型有机太阳能电池的研究与应用随着能源需求的不断增长，传统的化石燃料已经越来越不足以支撑人类社会的发展。
因此，寻找可再生能源已经成为了人类社会的一项重要任务。
在这其中，太阳能能够被广泛利用，而新型有机太阳能电池则是应用较为广泛的一种太阳能集成技术，本文将对新型有机太阳能电池的研究与应用进行探讨。
一、有机太阳能电池的基本原理有机太阳能电池（Organic solar cell，OSC）是一种利用有机半导体材料将太阳能转化为电能的器件。
其基本原理与传统沿用至今的硅能够利用太阳能转化为电能的PV电池有所不同。
有机太阳能电池的成功建立基于拓扑有序聚合物的发展。
利用一种名为聚合物刀片-热熔胶的方法，先把高分子溶液铺在一块石墨的表面上，然后将热熔胶平坦地涂覆在聚合物涂层之上。
通过先在平面上切割出需要的几何形状，然后将这个平面在另一个石墨上进行转移，这样高能量的电荷就会在受光的表面上产生。
二、有机太阳能电池的主要组成部分有机太阳能电池主要由电子受体和电子给予体组成。
电子给予体和电子受体之间的界面形成了高能电子。
当太阳光轰击在这个区域的时候，电子被激发成为了高能电子，其在材料内部能自由移动。
这样，电子向外流动，就会形成电子流。
电子受体一般为聚合物，唯一的功能就是接受电子。
而电子给予体，比较常见的是含有碳和氢的化学化合物。
三、有机太阳能电池的应用前景有机太阳能电池主要应用在小型充电器、柔性电子纸、车顶太阳能板等小型的充电场景，同时其具有轻型化、薄型化的特殊性，因此被广泛应用于室内家居、户内应急照明、户外野营等情境。
然而，要实现正式出厂生产，电池的工艺还需要不断改进，颜色的改变可能也会带来改变，但这一领域的前景非常广阔。
四、有机太阳能电池的前景和发展方向有机太阳能电池这一领域还有很多发展的潜力，如提高电池功率和转换效率，扩大应用范围等等。
在研究人员不断的努力下，太阳能电池不断有所进步。
该领域研究的主要发展方向有：1.改善电池材料的稳定性，防止它们在太阳光下失效。
有机薄膜太阳能电池关键技术研究人类进入21世纪，能源问题非常严重。
传统化石能源储量正在逐渐减少，面临枯竭，并且其燃烧释放的气体（如二氧化碳等）已造成温室效应等各种环境问题频发，正在威胁着人类生存。
另一方面，人类对电力的需求正在飞速增长，可再生能源就成了最好的替代能源。
因此，聪明的人类将目光投向了各类清洁能源，如：水能、风能、潮汐能、核能以及太阳能等。
万物生长靠太阳，作为清洁能源之一的太阳能也就逐渐进入人们的视野，更重要的是太阳能几乎占地球总能量的99%，以分布广泛，不受地域限制，用之不竭，对人和环境无害无污染，故受科学家们的青睐，随着技术的发展，光电转换效率的提高，太阳能的对人类能源的贡献正在逐年增加。
本文介绍了太阳能电池的历史背景和发展状况，并简要阐述了太阳能电池的基本工作原理；重点介绍了有机薄膜太阳能电池的制备过程中的关键技术，制备了以P3HT（聚-3己基噻吩）:PCBM（[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester）为活性层的有机薄膜太阳能电池；通过光电测试系统，测试了有机太阳能电池的I—V特性曲线通过分析电学特征测试结果得到了改进制备过程中的优化参数，确定了有机薄膜太阳能电池的更佳制备方案。
通过本文的研究工作更加了解了有机太阳能电池在未来的发展方向。
第一章绪论1.1 引言当下，由于人类的过度开发，不可再生能源枯竭，使得世界各国不得不研究、利用可再生能源。
太阳能电池以其可再生、分布广、不受地域限制、且用之不竭、无污染的优势首当其冲，光伏发电的发现，为太阳能的利用提供了原理基础。
在太阳能电池的发展史上，人类最先发现的是硅系太阳能电池，但是提取高纯硅，工艺复杂，价格昂贵，使其受到一定限制，而且硅系的太阳能光电转化效率，理论极限为25%，也就是从根本上限制了它在未来市场的发展。
近几年来，各种多元化合物太阳能电池逐渐进入主流市场，典型的有：砷化镓（GaAs）、磷化铟镓（GaInP）、锑化镓（GaSb）、碲化镉（CdTe）等。
收稿:2005年5月,收修改稿:2005年6月 3通讯联系人 e 2mail :tingli 2ma @chem.rc.kyushu 2u.ac.jp新型有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展马廷丽3(九州大学大学院理学研究院日本福冈市)摘 要 染料敏化纳米晶太阳电池被认为是一种能够代替硅太阳电池的新型电池。
本文介绍这一有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展,重点论述了4种半导体电极的低温成膜方法,即压力法、水热合成法、微波照射法和电泳沉积法;介绍了对电极塑料薄膜化的研究成果并阐述了塑料薄膜太阳电池的开发现状及今后的研究动向。
关键词 染料敏化 太阳电池 高分子 二氧化钛中图分类号:T M91414 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2006)02Π320176206Progress in a N e w Type of Plastic Organic Solar CellMa Tingli3(Department of Chemistry ,Faculty of Science ,K yushu University ,42221,R opponmatsu ,Fukuoka 81028560,Japan )Abstract Dye 2sensitized nanocrystalline electrochemical s olar cell (DSC )is a new type of photoelectric cells.It is considered that DSC is a credible alternative to silicon photov oltaic device.This paper introduces the progress of the studies on plastic DSC.F our methods for fabrication of the T iO 2electrodes under low tem perature com pression ,hydrothermal synthesis ,microwave irradiation and electrophoretic deposition ,are described.The performances of the s olar cell based on plastic substrate counter electrodes are reviewed.The tendency and prospects of the organic s olar cell are presented.K ey w ords dye 2sensitized ;s olar cells ;polymers ;T iO 21 太阳电池研究开发的背景目前全球气候变暖及能源紧缺已成为迫切需要解决的重大问题。
我国人口众多,能源资源却相对匮乏。
据报道,人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半,而石油仅为十分之一。
随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高,人均能源消费量将逐年增加。
能源资源相对不足是中国经济、社会可持续发展的一个制约因素。
发展绿色能源与可再生能源,是解决能源问题和减少环境污染的有效手段。
太阳能是地球上取之不尽、用之不竭的绿色能源。
硅太阳电池的研究已有50多年的历史。
虽然单晶硅太阳电池在现阶段的应用和工业生产中占主导地位,但同时也存在一些问题,最主要的是成本过高。
作为单晶硅电池的替代产品,近几年来薄膜太阳电池成为研究的热点,其中包括非晶硅薄膜太阳电池、硒铟铜和碲化镉薄膜电池、多晶硅薄膜太阳电池。
在这几种薄膜电池中,最成熟的产品是非晶硅薄膜太阳电池。
日本的三菱及三洋等公司已成功地用印刷法生产了大面积的薄膜型非晶硅太阳电池,效率是3%—4%,不到传统样式的50%[1]。
因此太阳电池还存在着效率低、生产工艺复杂的问题。
最近日本产业技术综合研究所发表了用富勒烯的化合物制做的有机薄膜太阳电池,其光电转换效率达到4%[2]。
表1列出了在AM115(air mass 115,光强度为100mW Πcm 2)光照射的情况下,几种代表性的薄膜太阳电池的光电转换效率。
可见低分子和高分子第18卷第2Π3期2006年3月化 学 进 展PROG RESS I N CHE MISTRYV ol.18N o.2Π3 Mar.,2006系最高为4%,而纳米晶太阳电池的转换效率比非晶硅薄膜太阳电池的还要高为11%[3—5]。
关于染料敏化纳米晶太阳电池以外的薄膜太阳电池将在另一篇文章中做综述。
表1 代表性的几种薄膜太阳电池的转化效率(实验室数据)和膜厚[2]T able 1 E fficiency for the typical film s olar cells and thickness of the films[2]kind of film materialsefficiency thickness organic film PC BM ,M DM O-PPV 3.1%210nm organic film C60,CuPc 3.5%43nm organic film C60,ZnPc 4%50nmdye-sensitized black dye11%～10μm inorganic film α2S i9.5%～1μm inorganic filmZnO ,CIG S16.9%～μm图1 染料敏化纳米晶太阳电池的结构:11光,21T iO 2,31导电玻璃,41电解液[3]Fig.1 S tructure of the dye 2sensitized s olar cell :1.incident light ,2.T iO 2,3.conducting glass ,4.electrolyte[3] 现代社会便携式电子设备在急剧增多,如手机和小型笔记本电脑等。
因此需要量轻、小型、柔性的太阳电池来补充电力。
为了适应这些要求,近些年来,新型的太阳电池被研究开发。
其中包括在塑料等基底上用印刷的方法来制造塑料太阳电池,使之轻便并且会大幅度降低成本。
对于在工作原理及制膜工艺上与硅太阳电池截然不同的染料敏化纳米晶太阳电池(DSCs )来说,尽管其研究历史还很短,但是在薄膜化及制造塑料电池方面已取得了很大的成就,其中以日本的几个研究小组为先导。
关于DSCs 的结构组成和工作原理等基础知识,钱新明等人和我们在以前已做过论述[6,7]。
另外染料敏化纳米晶太阳电池实用化所面临的课题和针对这些课题所进行的研究及其取得的成果等我们也做过介绍[8],这里不再论述。
本文重点介绍染料敏化纳米晶太阳电 池的塑料薄膜化的研究进展。
染料敏化纳米晶太阳电池的电极基板原本是透明的导电性玻璃(F 2doped SnO 2,FT O ),如图1所示。
用柔软的导电性塑料薄膜来代替硬导电玻璃,出现了很多新问题,其中包括:(1)塑料薄膜导电性电极基板的选择与改良;(2)如何在导电性塑料薄膜上低温制作半导体薄膜;(3)适合于塑料电池的粘结剂的开发;(4)塑料薄膜的透湿性对策等问题。
下面就这几个方面作比较详细的论述。
2 塑料染料敏化纳米晶太阳电池的研究2.1 导电性塑料薄膜基板的选择制作导电性塑料薄膜基板,要求表面方块电阻要低于10ΩΠ□以下;同时又不能被碘的化合物所腐蚀,并且在低温条件下能廉价地在塑料薄膜上成膜,因此IT O (indium tin 2doped oxide )被列为首选。
支持基板有PET (poly (ethylene terephthalate ))和PE N (poly 2ethylene naphthalate ))等。
PET 虽然价格比较便宜,但耐热性较差,因此通常选用耐热性较好的PE N 。
这些塑料基板的实用耐热温度约在150℃,虽然有着更好耐热性的塑料薄膜已被开发,但是还存在着价格高的问题。
目前在塑料基板上制作更厚、具有更低阻抗的IT O 膜还有一定的困难,比如会产生塑料基板的弯曲变形及附着性不好等问题。
2.2 低温成膜法的开发用IT O 2PET 和IT O 2PE N 作基板制作半导体多孔膜时,热处理的温度制限约为150℃,并且要求在较短时间(30min )内完成[9]。
通常在玻璃基板上制作的光电极为了得到很好的导电性,制作条件是在450—500℃的温度下焙烧30min 或1h ,这样才能确保半导体膜中粒子间及基板和粒子间有很好的物理接触和电接触。
有人计算,假定烧结的膜的厚度为10μm ,若使IPCE (incident photo 2to 2current conversion efficiency )超过80%,被激发的电子至少要在500以上的粒子之间几乎无损失地传递到电极上[10]。
由此可看出,在低温条件下制作的半导体膜的导电性及附着强度将不及在上述高温焙烧条件下制作的,从而会导致太阳电池性能的下降。
因此半导体光电极的低温成膜是塑料薄膜电池所面临的最大难题。
近几年来,几个研究小组对其进行了广泛深入的研究。
到目前为止,已发表的T iO 2低温成膜方法可大致分为4种:压力法(com pression ),水热合成法(hydrothermal synthesis ),微波照射法(microwave incident )和电泳沉积法(electrophoretic deposition )。
・771・第2Π3期马廷丽 新型有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展2.2.1 压力法Hag feldt 等人开发了加压制备T iO 2光电极的方法。
具体做法是首先用乙醇稀释二氧化钛,将其调制成浓度为20%的二氧化钛胶体溶液,用G r tzel 的方法(doctor blading )涂布在IT O 2PET 塑料薄膜基板上制成薄膜。
之后蒸发掉乙醇,将得到的粉末薄膜放在两块钢板之间,施加800—1500kg Πcm 2的压力。
加压方式分静动两种,如图2所示。
具体可参考文献[11,12]。
用这一方法制作的光电极组成的太阳电池转换效率达到415%(011sun )。
但是该太阳电池在太阳光的光强为011sun 以下光电流随着光强的增大成比例地增加,在其强度以上时,则出现饱和的倾向[10],并且电池的稳定性也比较差。
他们指出主要的原因是,塑料薄膜基板有透湿性,使得电解质溶液中水分增加及钌络和物对水的敏感性增强。
他们正在着手开发耐水性的光敏化剂[12]。
图2 加压法制作T iO 2膜的加压方式,上图:静压方式 下图:动力方式[11]Fig.2 The com pression methods for preparation of T iO 2film on the plastic substrates ,upper :static film com pression ;lower :dynamic film com pression[11]2.2.2 水热合成法Minoura 等人利用钛盐在低温条件下水解,成功地制作了氧化钛的多孔层。
