《太阳能电池介绍》PPT课件

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1、太阳能电池介绍世界和中国主要常规能源储量预测我国几种可再生能源量和发电潜力太阳能电池发展瓶颈转换效率稳定性成本太阳光谱图UVVisibleInfrared48%太阳电池分类1.技术成熟程度（三代电池）：1)晶硅电池：单晶硅，多晶硅2)薄膜电池：a-Si，CIGS，CdTe，球形电池多晶硅薄膜，Grātzel，有机电池染料敏化电池3)新概念电池新概念电池（第三代电池）◆中间带隙(或亚带隙，或杂质带)电池◆带隙递变迭层电池◆上、下转换器电池◆偶极子天线电池◆量子点、量子阱电池◆热载流子电池所需材料硅基电池：单晶硅，多晶硅，微晶(纳晶)，非晶硅，化合物半导体电池：CdTe,CIGS

2、，GaAs，InP有机电池：酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等染料敏化电池：TiO2，染料等有机太阳电池工作原理:有机半导体产生的电子和空穴束缚在激子之中,电子和空穴在界面(电极和导电聚合物的结合处)上分离。研究进展:美国加州伯克利分校科学家在2002年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供0．7V的电压。特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能染料敏化太阳电池（DSSC）什么是染料敏化太阳电池？全称为“染料敏化纳米薄膜太阳电池”模拟自然界中的光合作用原理采用吸附染料的纳米多孔二氧化钛半导体膜作为光阳极，并选用适当的氧化－

3、还原电解质，用镀铂的导电玻璃作为光阴极，只要太阳光一照到电池上，它就会源源不断的开始发电了。在染料敏化半导体太阳能电池中，由于一些宽隙的半导体（如TiO2）的禁带宽度相当于紫外区的能量，因而捕获太阳光的能力非常差，无法将其直接用于太阳能的转换。若寻找一些可以与这些宽隙半导体的导带和价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的表面上，利用染料对可见光的强吸收从而将体系的光谱响应延伸到可见区，这种现象就叫做半导体的染料光敏化作用，而具有这种特性的染料就光敏化染料。染料敏化(1)能紧密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团；(2)对可见光的吸收性能好，在整个太阳光光谱

4、范围内都应有较强的吸收；(3)染料在长期光照下具有良好的化学稳定性，能够完成多次循环反应；(4)染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性；(5)激发态能级与TiO2导带能级匹配，激发态的能级高于TiO2导带能级，保证电子的快速注入；(6)染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。高性能的敏化剂需要具有的特点染料敏化太阳电池的工作原理当太阳光照射到电池表面时，吸附在二氧化钛光电极表面的染料分子受到激发由基态S跃迁到激发态S*,然后将一个电子注入到二氧化钛导带内，此时染料分子自身转变为氧化态S+.注入到二氧化钛层的电子富集到导电基底，并通过外电路流向电极,形成电流。处于氧化态的染料分子氧化

5、溶液中的电子给体(此种在电解质溶液中的电子给体),自身恢复为还原态，使染料分子得到再生。被氧化的电子给体扩散至电极,在电极表面被还原,从而完成一个光电化学反应循环。染料敏化太阳电池（DSSC）电池结构阳极：染料敏化半导体薄膜TiO2、染料阴极：镀铂的导电玻璃电解质：I3-/I-染料敏化太阳电池的结构染料敏化纳米薄膜太阳电池电池主要由以下几部分组成：透明导电玻璃、纳米多孔TiO2膜、染料光敏化剂、电解质和反电极染料敏化太阳电池的工作原理简图染料敏化太阳电池的工作原理S+hS*S*S++e-CB(TiO2)S++A-S+AA+e-(CE)A-染料敏化太阳电池的工作原理

6、染料敏化太阳电池的研究历史1、1991年,M.Grätzel等提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米薄膜为光阳极的光伏电池,以羧酸联吡啶钌(Ⅱ)配合物为敏化染料。2、1993年M.Grätzel等人再次报道了光电转换效率达10%的染料敏化纳米太阳能电池，2001年效率达到了10%～11%，短路电流密度为20.53mA/cm2,开路电压为720ｍＶ。3、1997年,这种M.Grätzel电池已经应用于电致变色器件。4、1998年,M.Grätzel等人进一步研制出全固态M.Grätzel电池,使用固体有机空穴传输材料替代了液体电解质,单色光光电转换效率最大达到33%,从而引起了

7、全世界的关注。GrätzelM.,2004,12%染料敏化电池的进展对入射光的角度敏感度小，因此更适合散射和反射光源。由于钛膜表面的“光海绵”性质，电池可在大范围不同光源条件下工作，可用于非常弱的光源。晶体硅电池适合于充足阳光条件，而DSSC则特别适用于光间接照射，例如阴天或有临时或长期的部分遮挡的条件。DSSC可提供室内稳定的电压输出。适合于大的温度范围。可选择透明模式，用于日光，屋顶及显示器。由于DSSC的制备只需通常普遍使用的非真空设备，所以只需很少资金就可建立生产设备。染料敏化太阳电池的优点：戴