项目四 有机和燃料敏化太阳电池制造工艺课件.ppt

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1、项目四有机和染料敏化太阳电池制造工艺项目导入过去三年，人们对使用有机电子材料制作太阳电池的兴趣空前高涨。其原因部分是由于光伏市场的迅速增长，刺激了新型光伏技术的研究；还有一部分原因是有机电子材料的发展。光电子分子材料的迅速发展进一步拓展了可应用的新光伏材料的范围，提高了人们对有机电子材料的信心。有机材料受到青睐，基本上是由于利用像卷到卷沉积那样的高产出制造的前景，还有就是超薄、柔韧的器件能够集成到别的用具或者建筑物材料上的可能性，另外还可以通过化学结构改变颜色。目前，报告有四类不同有机太阳电池的转换效率超过3%。本项目将对光电

2、化学太阳电池和有机太阳电池的结构、原理等进行阐述。任务一光电化学太阳电池任务分析50年代中期,在研究半导体│电解液界面过程中,了解到当光照半导体电极而且光量子的能量大于半导体的带隙时，可以产生较大的光电流，它远大于金属受光照产生光电子发射所能获得的电流。这种效应到1972年找到了应用的前景，用光照n-二氧化钛阳极（以铂为阴极的光电化学电池），第一次实现了光助电解水产生氢的重要成果。此后光电子化学能量转换的研究引起了广泛兴趣，尤其在70年代后期，用电化学方法将太阳能转化为电能和化学能(见彩图)，形成了太阳能利用的光电化学方向。光

3、子辐射到达电极而被电子吸收后，使电子的能级升高，如果其能量超过电极材料的功函数，则电子可以从表面逸出并与溶剂或溶质起作用。任务目的在电极│溶液界面，电子的光发射效应则演变成为光电化学的一个研究方向。20世纪50年代中期以后，光发射已发展成为电化学体系中的一项独立的研究内容。与固体器件不同的是，固体器件成本可以精确地保证，并清楚地了解高产率制备的步骤。而光电化学太阳电池，制备步骤需要开发，成本计算是按照化学工艺要求估计而不是如常规电池要求的具有提高的温度和真空技术的硅冶技术的估计。这些都是光电化学电池工业化方面的尝试。知识应用一

4、、电极│溶液界面的光电子发射光子辐射到达电极而被电子吸收后，使电子的能级升高，如果其能量超过电极材料的功函数，则电子可以从表面逸出并与溶剂或溶质起作用。图1中共分为5个步骤过程①光发射②发射的电子与溶剂的热平衡及溶剂化③溶剂化电子eS在溶液中的转变④产物【eA】在电极附近形成后再进行电化学和化学反应⑤如果溶液中无捕获剂，溶剂化电子又回到电极，结果光电流接近零二、以太阳能利用为目的的光电化学1、电化学光伏打电池光电合成原理：光照半导体电极（n-钛酸锶）产生电子空穴对，为表面电场所分离，空穴在阳极表面，电子经外线路至阴极表面，分别

5、进行下列反应：阳极　4OH—+4hv─→O2+2H2O阴极　2H2O+2e─→H2+2OH—净结果是光分解水为氢和氧。光电合成的反应种类繁多，如将氮固定为氨，光分解硫化氢，光还原二氧化碳为醇和其他有机物等。2、光伽伐尼电池反应原理：A+hv─→A*A*+Z─→B+YB─→A+e二氧化锡电极上的反应Y+e─→Z暗电极上的反应B+Y─→A+Z总反应可见溶液中各组分浓度不变，只有电子经外电路从光阳极流至暗阴极，净变化为光能转化为电能。三、半导体层特性如果说是分子的设计和工程支持了稳定有效地感光染料的发展，对半导体衬底来说，则是纳米多

6、孔陶瓷薄膜的材料研究。纳米多孔结构使得敏化染料的比表面浓度对入射光的总吸收足够高，这对太阳能的有效转变是必需的，其原因是吸收物质的单分子分布的面积比衬底的几何面积高两到三个数量级。四、异质结异质结，两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结（P-p结或N-n结）和异型异质(P-n或p-N)结，多层异质结称为异质结构。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。利用界面合金、外延生长、真空淀积等技术，都可以制造异质结。异质结常具有两种半导体各自的

7、PN结都不能达到的优良的光电特性，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。半导体异质结构的基本特性量子效应迁移率(Mobility)变大奇异的二度空间特性人造材料工程学因中间层的能阶较低，电子很容易掉落下来被局限在中间层，而中间层可以只有几十埃（1埃＝10-10米）的厚度，因此在如此小的空间内，电子的特性会受到量子效应的影响而改变。例如：能阶量子化、基态能量增加、能态密度改变等，其中能态密度与能阶位置，是决定电子特性很重要的因素。半导体的自由电子主要是由于外加杂质的贡献，因此在一般的半导体材料中，自由电子会

8、受到杂质的碰撞而减低其行动能力。然而在异质结构中，可将杂质加在两边的夹层中，该杂质所贡献的电子会掉到中间层，因其有较低的能量。因此在空间上，电子与杂质是分开的，所以电子的行动就不会因杂质的碰撞而受到限制，因此其迁移率就可以大大增加，这是高速组件的基本要素。因为电子被局限在中间