太阳能光伏电池的工作原理、工作效率、制造材料及大致构造

  在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是起步的一个太阳能电池制爸的研究方向。其原理是利用不一样氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料(电极)表明上进行多层复合，制成类似无机P-N结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移;另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时.光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只可以通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。 由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具备极其重大意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是常规使用的寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。

  在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能够满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面做探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。 自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来，国内一些单位也正在进行这方面的研究。纳米晶化学太阳能电池(简称NPC电池)是由一种在禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采取使用过渡金属Ru以及Os等的有机物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用适当的氧化一还原电解质。纳米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。 纳米晶TiO2太阳能电池的优点是它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10.寿命能达到2O年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。

  从以上几个维度的讨论可知，作为太阳能电池的材料，III-V族化合物及CIS等系由稀有元素所制备，尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。而另两类电池纳米晶太阳能电池和聚合物修饰电极太阳能电地存在的问题，它们的研究刚刚起步，技术不是很成熟，转换效率还比较低，这两类电池还处于探索阶段，短时间内不可能替代应系太阳能电池。因此，从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相比来说较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主流产品。 提高转换效率和减少相关成本是太阳能电池制备中考虑的两个重要的因素，对于目前的硅系太阳能电池，要想再进一步提升转换效率是很难的。因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在怎么来降低成本上来，现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。因此，在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要。也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。近来国外曾采用某些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的基片，以达到减少相关成本的目的，效果还是比较现想的。

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