光电薄膜的制备及其光电性质的研究(3)
时间:2017-02-16 17:01 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
对太阳能的利用，主要可以分为被动和主动两种方式。被动利用，是指通过自然方式采光，不需要人为附加设备的利用方式。最典型的例子就是植物的光合作用，通过光合作用，植物能产生碳水化合物将吸收的太阳能转变成化学能存储起来。主动利用，是指通过非自然地方式，利用辅助设备有效地吸收太阳辐射能，并将此能量存储起来的利用方式。太阳能的主动利用，根据能量转换方式的不同，可分为三类：光热转换，光伏转换和光化学转换。 光热转换，是指利用集热装置将太阳光能转换为热能的过程。1615年，法国工程师考克斯利用太阳能的热量加热空气使其膨胀做功而抽水，由此发明了世界上首个利用太阳能做功的发动机，从而成为第一个成功将太阳能转换为机械能的人，拉开了人类对太阳能的光热利用的序幕。 光伏转换，即光生伏特效应，就是把太阳光能转换成电能的过程。1839年法国人Edmund Bequerel发现光伏效应现象，从那时开始，人们便开始了对光伏转换的探索。然而在光伏效应发现随后的一段较长的时间，它的发展仍然比较缓慢，直到1954年，美国贝尔实验室的三位科学家才成功研制出了具有实用价值的单晶硅半导体太阳电池，才使得太阳能的研究及应用日渐丰富，多种利用太阳能工作的产品也层出不穷。不过，光电转换的利用仍有一段较长的路要走，光电池的转换效率较低加上其高昂的价格限制了它快速发展的脚步，因此到目前为止，光热转换的利用在市场上仍具有领先优势。 光化学转换，就是通过光合作用或者模拟光合作用来实现从太阳光能到化学能转换的过程。在科学家逐步弄清绿色植物的光合作用过程之后，研究者开始思考采用人工方式复制光合作用。目前这项技术尚处于试验阶段，并未大面积推广，但是随着科学技术的发展，相信它将会使太阳能的利用进入一个新时代。 1.3无机太阳能电池介绍 传统的太阳能电池主要以半导体材料为基础，其中又以硅材料的利用为最多。不过在制作电池时不论何种材料都要有一定的要求：材料的禁带要比较窄并且要具有较高的光电转换效率，同时我们希望制作电池时所利用到的材料不会对环境产生污染，且该种材料性能相对稳定且便于工业化生产。综合以上多方面因素，硅无疑成为目前比较理想的太阳能光电池材料。硅光电池一般可分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池： 1.3.1 晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是市场上的主导产品，其技术和工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产的主体材料，但是它的最大的缺点就是生产成本较高。 1.3.2 硅基薄膜太阳电池 多晶硅薄膜和非晶硅薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格。多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高。非晶硅是硅和氢（约10%）组成的一种合金，可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产。缺点是非晶硅材料对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅电池的效率，且其效率会随着光照时间的延续而衰减（即光致衰退），使电池性能不稳定。 1.3.3 化合物半导体膜太阳电池 化合物半导体薄膜太阳电池主要有铜铟硒（CIS）和铜铟镓硒（CIGS）、CdTe、GaAs等，它们都是直接带隙材料，具有很好大范围太阳光谱响应特性。CIS和CIGS电池由于廉价、高效、性能稳定和较强的抗辐射能力得到各国重视，成为最有前途新一代太阳电池，非常有希望在未来十年大规模应用。CdTe电池的带隙为1.5eV，光谱响应与太阳光谱十分吻合，性能稳定，光吸收系数极大，厚度为11µm的薄膜足以吸收大于CdTe禁带能量的辐射能量的99%，是理想化合物半导体材料，理论效率为30%，是公认的高效廉价薄膜电池材料。缺点是Cd有毒，会对环境产生污染。 (责任编辑：qin) |