太阳能电池(中科院大连化物所).ppt

太阳能电池中国科学院大连化学物理研究所报告人:相彬导师:李文钊研究员徐恒泳研究员 25/04/2005 主要内容?研究背景?工作原理?研究进展?小结研究背景传统化石能源→不可再生、环境污染、能源枯竭可再生能源:风能、地热能、水能、潮汐能、太阳能等↓资源丰富、利用方便、洁净无污染中华人民共和国国家发展和改革委员会《中国新能源与可再生能源发展规划 1999 白皮书》 10% 24% 40% 26%石油煤天然气其他世界的能源结构能源结构调整太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池! 每年排放的二氧化碳达 210 万吨化石能源开采高峰 2020~2030 年太阳能电池的发展? 1954 年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池,效率为 4% ,于 1958 年应用到美国的先锋 1号人造卫星上。?太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。一个 4KW 的屋顶家用光伏系统可以满足普通家庭的用电需要,每年少排放的 CO 2的数量相当于一辆家庭轿车的年排放量。?由于材料、结构、工艺等方面的不断改进,现在太阳能电池的价格不到 20 世纪 70 年代的 1% 。预期 10 年内太阳能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前,年均增长率 35% ,是能源技术领域发展最快的行业。《新能源材料》《 21 世纪太阳能新技术》太阳光谱图太阳光谱图?太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect) 由太阳光与材料相互作用而产生电势。 UV Visible Infrared 48% 48% 太阳能电池的种类?无机太阳能电池?半导体硅(单晶、多晶、非晶、复合型等) ?化合物半导体( GaAs 、 CuInSe 2、 CdTe 、 InP 等) ?有机太阳能电池?有机半导体(酞菁锌、聚苯***、聚对苯乙炔等) ?光化学太阳能电池( 纳米 TiO 2等) 按照所用材料的不同: 无机太阳能电池?半导体中可以利用各种势垒如 pn 结、肖特基势垒、异质结等形成光伏效应。?当太阳能电池受到阳光照射时,光与半导体相互作用可以产生光生载流子,所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极, 正负电荷分别被上下电极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。工作原理无机太阳能电池研究进展表 1 无机太阳能电池的性能及应用 Masafumi Yamaguchi,Tatsuya Takamoto,Kenji Araki , et al. Solar energy, 2005. 《新能源材料》雷永泉,万群,石永康,天津大学出版社, 2000. ?单晶硅:澳大利亚新南威尔士大学格林教授发电成本可降低为 5~8 美分/( kW ·h) M. Gr? tzel , Photoelectrochemical cells, Nature 2001(414), 338 有机太阳能电池?工作原理: 有机半导体产生的电子和空穴束缚在激子( excitons ) 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. 7 V 的电压。?特点:价格低、易成型, 通过化学修饰调控性能。色素敏化光化学太阳能电池( DSSCs ) 电池结构阳极: 染料敏化半导体薄膜 TiO 2、染料阴极: 镀铂的导电玻璃电解质: I 3- /I -