1、碲化鎘太陽能電池,CIGS電池的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀,10cm*10cm小型碲化鎘薄膜太陽能電池模組,碲化鎘薄膜太陽能電池組件,CdTe薄膜太陽能電池的優(yōu)點(diǎn),CdTe是一種-族化合物半導(dǎo)體，為直接帶隙半導(dǎo)體。吸收系數(shù)高達(dá)104cm-1,電池厚度可做到23微米,降低昂貴的材料成本 帶隙寬度為1.5eV,CdTe的光譜響應(yīng)和太陽光譜非常匹配碲化鎘薄膜太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率約為28% Cd-Te化學(xué)鍵的鍵能為5.7eV一般的碲化鎘薄膜太陽能電池的設(shè)計(jì)使用時(shí)間為20年 單質(zhì)Cd和Te相遇只能存在固態(tài)的CdTe產(chǎn)品均勻性、良品率高，非常適合大規(guī)模生產(chǎn) 真空環(huán)境，溫度高于4000C， CdTe升華，溫

2、度低于4000C或氣壓升高，升華減弱，并凝結(jié)成固體真快快速薄膜制備 弱光特性好.對(duì)光照不理想的地區(qū)猶顯其優(yōu)異性能.,常用太陽電池材料的光吸收系數(shù),CdTe薄膜太陽能電池的缺點(diǎn),Te是稀缺材料 Cd本身有毒,Cd,CdTe薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu),CdTe薄膜的制備工藝,CdTe薄膜： 商業(yè)化生產(chǎn)：近空間升華（CSS）、氣相輸 運(yùn)沉積（VTD）和磁控濺射,近空間升華（CSS）,銅銦鎵硒太陽能電池,CIGS電池的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀,70年代Bell實(shí)驗(yàn)室Shaly等人系統(tǒng)研究了三元黃銅礦半導(dǎo)體材料CIS的生長機(jī)理、電學(xué)性質(zhì)及在光電探測方面的應(yīng)用 1974年，Wagner利用單晶ClS研制出高效太陽能電

3、池,制備困難制約了單晶ClS電池發(fā)展 1976年，Kazmerski等制備出了世界上第一個(gè)ClS多晶薄膜太陽能電池 80年代初，Boeing公司研發(fā)出轉(zhuǎn)換效率高達(dá)9.4%的高效CIS薄膜電池 80年代期間，ARCO公司開發(fā)出兩步(金屬預(yù)置層后硒化)工藝，方法是先濺射沉積Cu、In層，然后再在HSe中退火反應(yīng)生成CIS薄膜，轉(zhuǎn)換效率也超過10% 1994年，瑞典皇家工學(xué)院報(bào)道了面積為0.4cm效率高達(dá)17.6%的ClS太陽能電池 90年代后期，美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)一直保持著CIS電池的最高效率記錄，并1999年，將Ga代替部分In的CIGS太陽能電池的效率達(dá)到了18.8%，2008年

4、更提高到19.9%,CIGS薄膜太陽能電池的優(yōu)點(diǎn),材料吸收率高,吸收系數(shù)高達(dá)105量級(jí),直接帶隙,適合薄膜化,電池厚度可做到23微米,降低昂貴的材料成本 光學(xué)帶隙可調(diào).調(diào)制Ga/In比,可使帶隙在1.01.7eV間變化,可使吸收層帶隙與太陽光譜獲得最佳匹配 抗輻射能力強(qiáng).通過電子與質(zhì)子輻照、溫度交變、振動(dòng)、加速度沖擊等試驗(yàn),光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不變.在空間電源方面有很強(qiáng)的競爭力 穩(wěn)定性好,不存在很多電池都有的光致衰退效應(yīng) 電池效率高.小面積可達(dá)19.9%,大面積組件可達(dá)14.2% 弱光特性好.對(duì)光照不理想的地區(qū)猶顯其優(yōu)異性能.,CIGS的晶體結(jié)構(gòu),CuInSe2黃銅礦晶格結(jié)構(gòu),CuInSe2復(fù)式晶

5、格:a=0.577,c=1.154 直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)高達(dá)105量級(jí) 禁帶寬度在室溫時(shí)是1.04eV，電子遷移率和空穴遷移率分3.2X102(cm2/Vs)和1X10(cm2/Vs) 通過摻入適量的Ga以替代部分In，形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶體 Ga的摻入會(huì)改變晶體的晶格常數(shù)，改變了原子之間的作用力,最終實(shí)現(xiàn)了材料禁帶寬度的改變，在1.04一1.7eV范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最高的轉(zhuǎn)化效率 自室溫至810保持穩(wěn)定相,使制膜工藝簡單, 可操作性強(qiáng).,CIGS薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu),CIGS薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)原理,減反射膜：增加入射率 AZO： 低阻，高透，

6、歐姆接觸 i-ZnO：高阻，與CdS構(gòu)成n區(qū) CdS： 降低帶隙的不連續(xù)性，緩 沖晶格不匹配問題 CIGS： 吸收區(qū)，弱p型，其空間電 荷區(qū)為主要工作區(qū) Mo: CIS的晶格失配較小且熱膨 脹系數(shù)與CIS比較接近,染料敏化太陽能電池（DSSC）,典型染料敏化太陽電池組成： （1）光電極：TCO+多孔二氧 化鈦層 （2）敏化劑：染料(N719/N3)+ 溶劑 （3）電解質(zhì)：I-/I3-(LiI/I2)+溶 劑 （4）對(duì)電極：TCO+Pt催化層,DSSC原理示意圖：,光電轉(zhuǎn)換機(jī)理： (1)太陽光(hv)照射到電池上，基態(tài)染料分子(S)吸收太陽光能量被激發(fā)，染料分子中的電子受激躍遷到激發(fā)態(tài) (S*)

7、； (2) 激發(fā)態(tài)的電子快速注入到TiO2導(dǎo)帶中； (3)電子在TiO2膜中迅速的傳輸，在導(dǎo)電基片上富集，通過外電路流向?qū)﹄姌O； (4)處于氧化態(tài)的染料分子(S*)與電解質(zhì)(I-/I3-)溶液中的電子供體(I-)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而回到基態(tài)，染料分子得以再生； (5)在對(duì)電極附近，電解質(zhì)溶液得到電子而還原。,光的捕獲和光生載流子的傳輸都是有敏化劑和TiO2半導(dǎo)體分別完成的,其中：D為基態(tài)染料分子； D為激發(fā)態(tài)染料分子； D+為氧化態(tài)染料分子,材料成本較低、制備工藝簡單 轉(zhuǎn)換效率隨溫度上升而提升不同于硅基太陽電池 電池兩面均可以吸收光有利于吸收散射光 制備出半透明或不同顏色的電池裝飾功能強(qiáng) 質(zhì)量輕

8、以及可制成柔性器件便于攜帶 能源回收期較短小于1年 較高的轉(zhuǎn)換效率最高轉(zhuǎn)換效率超出12%,染料敏化太陽電池的特點(diǎn),太陽葉結(jié)構(gòu),通過調(diào)整敏化劑顏色獲得的太陽葉,染料敏化太陽電池制成的“太陽葉”,聚光太陽電池,聚光太陽電池 聚光型太陽能電池 (Concentrator Photovoltaic) 高聚光鏡面菲涅爾透鏡(Fresnel Lenes) 太陽光追蹤器(Sun Tracker) 其太陽能能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)31%40.7%，雖然轉(zhuǎn)換效率高，但是由于向陽時(shí)間長，過去用于太空產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在搭配太陽光追蹤器可用于發(fā)電產(chǎn)業(yè)，比較不適合用于一般家庭。,聚光太陽電池的特征 聚光型太陽能電池主要材料是砷化鎵(G

9、aAs)，也就是三五族(III-V)材料， 一般硅晶材料只能夠吸收太陽光譜中4001,100nm波長之能量，而聚光型不同于硅晶圓太陽能技術(shù)，透過多接面化合物半導(dǎo)體可吸收較寬廣之太陽光譜能量， 目前以發(fā)展出三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太陽電池可大幅提高轉(zhuǎn)換效率，三接面聚光型太陽電池可吸收3001900nm波長之能量相對(duì)其轉(zhuǎn)換效率可大幅提升，而且聚光型太陽能電池的耐熱性比一般晶圓型太陽能電池又來的高。,聚光太陽電池的優(yōu)缺點(diǎn) 聚光電池最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它的轉(zhuǎn)換效率十分理想。目前，商業(yè)運(yùn)用的聚光電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25%-30%，這大大高于前兩代太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。據(jù)中投顧問發(fā)布的2010-2015年中國太陽能電池行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報(bào)告顯示，目前，商業(yè)運(yùn)用的晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)20%左右，薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率不超過15%。此外，聚光電池另一優(yōu)點(diǎn)是電池片用量少，可以節(jié)約一定的成本。 但是，聚光電池也有不能忽視的缺點(diǎn)。由于原料稀缺，生產(chǎn)聚光電池的成本很高，大大高于前兩代太陽能電池的生產(chǎn)成本。成本