太阳能电池机理.pptx
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1、目录 太阳能电池的基本原理 染料敏化太阳能电池第1页/共45页量太阳能1.2x105TW水电4.6TW风能2-4TW生物质能可再生能源种类与储源需求14 TW by 205033 TW by 2100地热能9.7TW海洋/潮汐能2TW5-7TW只有太阳能超过人类能源消耗总量第2页/共45页N NHHN NNCH3HNCO太阳能光电转换太阳能化学转换太阳能热转换太阳能利用方式H2O50-200Cspace,waterheatingCO2sugar500-3000Cheatengineselectricitygeneration自然光合作用processheatH2OO2O2CO2H2,CH4CH
2、3OH人工光合作用e-h+热能转换率高,应用广泛,成本低化学能易于储存,合成化学品、调峰电能品质高,便于使用第3页/共45页第4页/共45页太阳能电池种类 单结 多结 新效应第5页/共45页太阳光能量分布大气层外6000K黑体辐射,地表部分光被大气吸收光谱分布光,能量密度低第6页/共45页光电转换第一步电子跃迁 不同能量的光子激发不同的激发态 振动,转动,电子,原子核 激发态 光电转换有用的是电子激发态 光子首先要将电子激发到高能级上足够长时间能级分布要宽 光吸收体:有机分子,高分子,无机半导体第7页/共45页原子轨道分子轨道半导体价带(满带)光电转换第一步电子跃迁导带(空带)禁带禁带宽度第8
3、页/共45页吸收光谱有机分子半导体第9页/共45页单结电池的效率最大光电压最大光电流Eg光波长第10页/共45页 )(ln)()(EdEPEAEg热力学极限效率0P(E)dEE g 第11页/共45页双结电池的效率Eg1光波长Eg2第12页/共45页QE多结电池Sun lightTop cellMiddle cellBottom cell15QEGD1181-1.416/2/04AM1.5GLTop7.60Mid7.23Bott10.03Total24.86UTTop8.00Mid7.74Bott8.21Total23.951.00E+009.00E-018.00E-017.00E-016.0
4、0E-015.00E-014.00E-013.00E-012.00E-011.00E-010.00E+00380480580780880680Wavelength(nm)第13页/共45页16理论计算多结电池-案例:1)2-J和3J-a-Si和a-Sic-Si太阳电池(前述)2)3J GaAs电池(前述)第14页/共45页光电转换第二步载流子分离 载流子分离方式 体相电场分离载流子 界面电场分离载流子 电池的结构形式 平面型 互穿网络,微纳结构第15页/共45页平面型结构第16页/共45页互穿网络第17页/共45页微纳结构第18页/共45页界面复合 本体复合 分离方式平面结构 小大体电场互穿网
5、络 大小表面电场微纳结构 大小表面电场不同结构比较第19页/共45页光电转换第三步电荷输运少子扩散长度确定后,电池活性吸光层的厚度也随之确定少子扩散长度要大于电池活性吸光层的厚度例如硅电池,消光系数小、吸光层厚,要求扩散长度长,材料纯度高第20页/共45页74%68%58%54%49%44%39%31%0%实现超高效新概念电池的技术选项 多结(带隙递变)电池,中间带(杂质带,量子点)电池,上下转换器(低能光子升级成高能光子或者反之),热载流子电池,热光伏,热离子,碰撞的离等100%circulatorstandem(n)hotcarriertandem(n=6)thermal,thermoPV
6、,thermionicstandem(n=3)impurityPV&band,up-convertersimpactionisationtandem(n=2)down-converterssinglecell23第21页/共45页实际电池效率 光学损失 前表面反射 透射 电学损失 复合 体复合,表界面复合 IR降 过电位第22页/共45页25(1)减少光学损失以提高电池效率陷光理论及技术裸硅表面反射率36,减少光的反射损失是提高电池效率的最重要的措施之一。最佳减反射的表面织构化技术;最佳前表面减反射涂层技术;最佳后表面反射涂层;最小的栅线遮挡。第23页/共45页26(2)减少电学损失以提高电池
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