太陽能電池的原理及制作流程圖

太陽能電池的原理及制作流程圖制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為根底,其工作原理是利用光電材料吸取光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反響,依據(jù)所用材料的不同,太陽能電池可分為:1、硅太陽能電池;2、以無機(jī)鹽如***化鎵-化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池;3、功能高分子材料制備的大陽能電池;4、納米晶太陽能電池等。

21一、,一般的半導(dǎo)體主要構(gòu)造如下:圖中,正電荷表示硅原子,負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。

當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì),如硼、磷等,當(dāng)摻入硼時(shí),硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴,它的形成可以參照以下圖:圖中,正電荷表示硅原子,負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。

而黃色的表示摻入的硼原子,由于硼原子四周只有3個(gè)電子,所以就會(huì)產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴,這個(gè)空穴由于沒有電子而變得很不穩(wěn)定,簡潔吸取電子而中和,形成〔〕型半導(dǎo)體。

同樣,摻入磷原子以后,由于磷原子有五個(gè)電子,所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非?；顫?形成〔〕型半導(dǎo)體。

黃色的為磷原子核,紅色的為多余的電子。

如以下圖。

型半導(dǎo)體中含有較多的空穴,而型半導(dǎo)體中含有較多的電子,這樣,當(dāng)型和型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí),就會(huì)在接觸面形成電勢差,這就是結(jié)。

當(dāng)型和型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí),在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層,界面的型一側(cè)帶負(fù)電,型一側(cè)帶正電。

這是由于型半導(dǎo)體多空穴,型半導(dǎo)體多自由電子,毀滅了濃度差。

區(qū)的電子會(huì)集中到區(qū),區(qū)的空穴會(huì)集中到區(qū),一旦集中就形成了一個(gè)由指向的“內(nèi)電場”,從而阻擋集中進(jìn)展。

到達(dá)平衡后,就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢差,這就是結(jié)。

當(dāng)晶片受光后,結(jié)中,型半導(dǎo)體的空穴往型區(qū)移動(dòng),而型區(qū)中的電子往型區(qū)移動(dòng),從而形成從型區(qū)到型區(qū)的電流。

然后在結(jié)中形成電勢差,這就形成了電源。

如以下圖所示〕由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體,電子在通過-結(jié)后假設(shè)在半導(dǎo)體中流淌,電阻非常大,損耗也就非常大。

但假設(shè)在上層全部涂上金屬,陽光就不能通過,電流就不能產(chǎn)生,因此一般用金屬網(wǎng)格掩蓋-結(jié)〔如圖梳狀電極〕,以增參與射光的面積。

另外硅外表非常光亮,會(huì)反射掉大量的太陽光,不能被電池利用。

為此,科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的愛護(hù)膜〔如圖〕,將反射損失減小到5%甚至更小。

一個(gè)電池所能供應(yīng)的電流和電壓究竟有限,于是人們又將許多電池〔通常是36個(gè)〕并聯(lián)或串聯(lián)起來使用,形成太陽能光電板。

~450μ的高質(zhì)量硅片上制成的,這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。

上述方法實(shí)際消耗的硅材料更多。

為了節(jié)省材料,目前制備多晶硅薄膜電池多承受化學(xué)氣相沉積法,包括低壓化學(xué)氣相沉積〔〕和等離子增加化學(xué)氣相沉積〔〕工藝。

此外,液相外延法〔〕和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。

化學(xué)氣相沉積主要是以22、3、4或4,為反響氣體,在確定的愛護(hù)氣氛下反響生成硅原子并沉積在加熱的襯底上,襯底材料一般選用、2、34等。

但爭辯覺察,在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且簡潔在晶粒間形成空隙。

解決這一問題方法是先用在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層,再將這層非晶硅層退火,得到較大的晶粒,然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜,因此,再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié),目前承受的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。

多晶硅薄膜電池除承受了再結(jié)晶工藝外,另外承受了幾乎全部制備單晶硅太陽能電池的技術(shù),這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。

三、納米晶化學(xué)太陽能電池在太陽能電池中硅系太陽能電池?zé)o疑是進(jìn)展最成熟的,但由于本錢居高不下,遠(yuǎn)不能滿意大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。

為此,人們始終不斷在工藝、材料、電池薄膜化等方面進(jìn)展探究,而這當(dāng)中近進(jìn)展的納米2晶體化學(xué)能太陽能電池受到國內(nèi)外科學(xué)家的重視。

以染料敏化納米晶體太陽能電池〔〕為例,這種電池主要包括鍍有透亮導(dǎo)電膜的玻璃基底,染料敏化的半導(dǎo)體材料、對(duì)電極以及電解質(zhì)等幾局部。

陽極:染料敏化半導(dǎo)體薄膜〔2膜〕陰極:鍍鉑的導(dǎo)電玻璃電解質(zhì):3--如下圖,白色小球表示2,紅色小球表示染料分子。

染料分子吸取太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定,電子快速注入到緊鄰的2導(dǎo)帶,染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償,進(jìn)入2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光電流。

納米晶2太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的本錢和簡潔的工藝及穩(wěn)定的性能。

其光電效率穩(wěn)定在10%以上,制作本錢僅為硅太陽電池的15~1。

但由于此類電池的爭辯和開發(fā)剛剛起步,估量不久的將來會(huì)逐步走上市場。

四、染料敏化2太陽能電池的手工制作制作二氧化鈦膜先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)展研磨接著用玻璃棒緩慢地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)展涂膜把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)10~15分鐘,然后冷卻利用自然染料為二氧化鈦著色如下圖,把穎的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶,加一湯匙的水并進(jìn)展擠壓,然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)展著色,大約需要5分鐘,直到膜層變成深紫色,假設(shè)膜層兩面著色的不勻稱,可以再放進(jìn)去浸泡5分鐘,然后用乙醇沖洗,并用松軟的紙輕輕地擦干。

制作正電極由染料著色的2為電子流出的一極〔即負(fù)極〕。

正電極可由導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面〔涂有導(dǎo)電的2膜層〕構(gòu)成,利用一個(gè)簡潔的萬用表就可以推斷玻璃的那一面是可以導(dǎo)電的,利用手指也可以做出推斷,導(dǎo)電面較為粗糙。

如下圖,把非導(dǎo)電面標(biāo)上‘+’,然后用鉛筆在導(dǎo)電面上勻稱地涂上一層石墨。

參與電解質(zhì)利用含碘離子的溶液作為太陽能電池的電解質(zhì),它主要用于復(fù)原和再生染料。

如下圖,在二氧化鈦膜外表上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可。

組裝電池把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上,在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解