《薄膜太阳能电池》PPT课件.ppt

应用“薄膜光伏”在光伏发电技术上的改进,指导老师：韩宏伟教授，成员：林健哲王晖米仁杰,主要内容,目前存在问题,4,1,薄膜太阳能电池介绍,背景介绍,发展现状,我国高度重视太阳能电池技术的研发和产业化，与国际先进水平差距逐步缩小，积极有序地发展。截至2008年底，我国已建成并投产的14家薄膜太阳能电池企业的产能约达125.9MW，年产量约为46MW。截止2009年底，已开工建设和已开展前期工作宣布建设的薄膜太阳能电池项目将近40个，按其规划，2014年前全部建成后的产能将高达约4000MW。,薄膜太阳能电池的特色,1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳) 2.没有内部电路短路问题 3.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 4.有较佳的功率温度系数 5.较高的累积发电量 6.只需少量的原料,成本低 7.较佳的光传输 8.厚度较传统太阳能电池薄 9.材料供应来源广 10.可与建材整合性运用(BIPV),非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si),微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si),化合物半导体II-IV 族（CdS、CdTe、CuInSe2）,色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell),有机导电高分子(Organic/polymer solar cells),薄膜太阳能电池的分类,2.项目研究进展情况说明,1.2011.11-2011.12详细查阅与学习了有关薄膜太阳能电池的资料，了解了薄膜太阳能电池的发展现状前景与趋势，掌握了各种不同种类薄膜太阳能电池的技术特点。对各种薄膜太阳电池近几年来的发展情况，包括其生产成本、转换效率等在内的优劣势做了较详细的比较。确定了研究重点为有机薄膜太阳电池。 2.2012.1针对有机薄膜太阳能电池进行了重点研究，在分析研究其工作原理和组成结构的基础上，提出了部分改进想法。 3.2012.2初步学习了多元化合物薄膜太阳能电池工作原理，将有机薄膜太阳电池与多元化合物薄膜太阳电池进行分析比较。 4.2012.3-现在，对几个月以来的成果汇总，利用改进意见动手改进有机薄膜太阳能电池。 5.为了提高动手能力，加深对太阳能电池的了解，我们将本项目与正在进行的光电设计大赛结合起来，即在设计的小车动力采用太阳能电池与普通电池的混合动力装置。,3.已经取得的成果，实物展示,关于薄膜太阳电池的原理的研究 主要是利用光伏效应(photovoltaic effect)将光能直接转换成电能的一种P-N结半导体装置。 当晶片的接触面受光后，只要光子的能量等于或大于Eg，就会把电子从价带激发到导带，在价带中留下一个空穴，产生电子-空穴对。如果所产生的电子-空穴对有足够长的寿命，各自扩散到p-n 结的势垒区附近，在p-n 结的内建电场作用下被互相分离，光生的非平衡空穴往带负电的p 型区移动，电子往带正电的n 型区移动。在p-n 结开路情况下。n 区边界将积累非平衡电子，p 区边界将积累非平衡空穴，产生一个与p-n 结内建电场方向相反的光生电场Voc，这就是光伏效应。在p-n 结短路情况下光生电子和光生空穴分别产生电流Jn 和Jp，总的光生电流密度Jsc为两者之和。此时在晶片的两边加上电极并引入负载，只要光照不停止，就会不断地有电流流过电路，p-n 结起到了电源的作用，这就是光电池的基本工作原理。光照在接触面产生的电子空穴对愈多，电流愈大。,薄膜太阳能模块结构图,薄膜太阳能模块是由基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层等,关于有机薄膜太阳电池,通过对有机薄膜太阳电池的研究，我们绘出了它的原理图如下图并提出了改进意见。,改进意见： （1）在有机薄膜光电池的吸收层镀上紫外光吸收薄膜可以 有效降低其光电转换效率的衰减。 . （2）优化电极材料，对电极的表面修饰，形成良好的欧姆接触，最大限度地减少电子和空穴在传输过程中的损耗。,（3）寻找合适的电子和空穴传输材料，保证电子空穴对能够有效地分离和传导，降低电子空穴对传输过程中的复合和耗散几率。 （4）采用光敏小分子掺杂，提高载流子的收集效率。 （5）寻找叠层结构最优的层数，继续探索修饰层的优化方式。太阳光光谱可以分成连续的若干部分，采用能带宽度与各部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向内叠合起来，让波长短的光被宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，最大限度地将光能变成电能。通过这样的叠层结构，一方面太阳光的各个波段的光可以被很好地吸收，另一方面，由于器件之间的耦合效应，可以使电池的效率大大提高。 （6）在有机薄膜太阳电池结构中采用了“级联结构”，在两种不同特性的薄膜太阳电池叠层之间加入了一层TiOx，更有利于收集及传输电子。 关于多元化合物薄膜太阳电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜铟硒薄膜电池等。我们对其进行分析后认为有前景的研究方向应该是合成具有电子给体和电子受体两项功能的新型导电聚合物，或对现有导电聚合物薄膜电池进行界面修饰，或是控制聚合物光活性层材料的厚度使其接近生激子的扩散长度，或发展多层异质结结构等，提高聚合物薄膜电池的转换效率。,宏观总体上对太阳能电池的改进意见,（）降低材料成本，选用尽可能的廉价的薄膜材料，取代昂贵的单晶硅材料制造太阳电池。例如选用有机聚合物薄膜 ，比如电池中的电子供体材料选用聚苯撑乙烯撑类( PPVs) 、聚噻吩类( PThs) 、聚苯胺等，电子受体材料选用有聚合物受体材料 ( CN-PPV、芳杂环类聚合物和梯形聚合物等) 、有机小分子受体( 富勒烯及其衍生物、酰亚胺及其衍生物和酸脂等) 、纳米受体材料( 碳纳米管、TiO2、GaAs、ZnO ) 等。 （）采用增强聚光系统和跟踪装置等技术, 提高太阳电池电源系统的输出功率, 减少太阳电池单体的用量。基于此想法，我们运用自动控制的知识设计了一个自动跟踪式太阳电池系统，简图如下图所示,实物展示，结合我们的改进意见，我们自己动手改进了一款柔性薄膜太阳能电池，并且将其应用在应急手机充电器和小车上，见下图示：,改进说明： 在它的吸收层镀上紫外光吸收薄膜，有效降低了其光电转换效率的衰减。 改进了它的封装，采用了UV固化聚合物，重量轻，柔韧性好，保证了很高的耐用性。该封装聚合物主要包括EVA和含氟聚合物ETEE（高耐力的ETEE是具有很强透光性的聚合物），聚合物层压，不易破裂（无玻璃材料），防潮，耐用重量轻，抗撞击，便于携带和使用。,左图为该薄膜太阳能电池，右图为利用该电池和设计的应急手机充电器系统。,左图为硅基太阳能电池小车，右图为薄膜太阳能电池小车,4.目前存在问题,1.关于有机薄膜太阳电池 有机薄膜太阳电池具有成本低、重量轻、产品柔软、设计自由度高和可大面积制备等特点，但其与硅基薄膜太阳电池相比，转换效率和稳定性较低，具体问题为： （1）有机太阳电池与无机太阳电池载流子的产生过程有很大的不同。有机高分子的光生载流子不是直接通过吸收光子产生，而是先产生激子，然后再通过激子的离解产生自由载流子，这样形成的载流子容易成对复合，最后使光电流降低. （2）共轭聚合物掺杂均为高浓度掺杂，这样虽能保证材料具有较高的电导率，但载流子的寿命与掺杂浓度成反比，随着掺杂浓度的提高，光生载流子的增大，电池的光电转换效率很低。 2.关于实物动手阶段的问题 我们虽初步动手做出了实体有机薄膜太阳能电池，但是还有好多不完善的地方，如工艺成本高，稳定性不好，还要进很多的改进。由于我们之前从未有过类似的实验室经历，更没有类似的经验，所以大家一度感到无从下手。后来我们先去指导老师的实验室进行锻炼，看研究生学长学姐怎么进行实验室工作阶段的，在学习中逐渐提高自己的动手能力。实验室动手阶段后，我们还要加强学习，争取进一步改进到位。,5.下阶段研究计划及主要措施,1.2012.5 总结前段时间的研究成果，进行综合整理汇总分析，对前段存在的问题努力找出解决方案。 2.2012.6-7 充分利用指导