太阳电池效率优化总体解决方案

太阳电池生产线效率优化方案

中科院电工所

Institute of Electrical Engineering

王文静

Wang Wenjing

1 / 68

太阳电池生产线高效运作要素

λ高水平的设备——内在品质的保证

λ尽可能多的自动化——减少人为干预

λ净化系统的保证

λ工艺技术的深刻理解和彻底贯彻执行

λ完善的现场管理体系

+ +

好的硬件设施好的管理体系好的技术控制30% 40% 30%

2 / 68

太阳电池生产线工艺控制的三个层次

可控制的平均效率+集中的分布

第三层次

第二层次第一层次

高的平均效率+集中的分布

高的平均效率

3 / 68

4 / 68

提高太阳电池效率的技术总体解决方案

背面光反射层 背面光反射层

背场 背场

高欧姆接触的发射层 高欧姆接触的发射层 1.0

L eff = 470祄

0.9 em itter:

43 Ω/sq -> 60 Ω/sq

L eff = 350祄 43祍 0.8 0.7 0.6

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

refl.back 90%

S eff : 55000 -> 40000 cm /s

350 cm /s 前表面钝化 前表面钝化

Multi 1, 14.8%

cell eff. 14.8%

Scanwafer TOPSICLE (June 2003) Al/P 析杂 Al/P 析杂

Baysix (processed in 2003) Multi Ref, 15.5% cell eff. 15.5% PC1d - sim ulation

PC1d - sim ulation 18% cell

weighted refl. 15% -> 8% (grid: 8% -> 6% )

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

W avelength (nm )

表面织构化 表面织构化

改进的反射膜 改进的反射膜

细栅线 细栅线

太阳电池的主要控制工艺

六大控制工艺四大特性三个参数

饱和电流清洗

表面钝化特性

结特性短路电流开路电压填充因子

织构化

扩散

制备SiN

丝印电极接触特性

减反射特性方块电阻

烧结

测试

串并联

电阻

量子响

应曲线

5 / 68

解决的问题归纳

λ织构化技术

λ减反射膜技术

λ高阻扩散技术

λ前表面钝化技术

λ背场技术

λ P/Al吸杂技术

λ背面光反射

λ细栅线技术

λ测试技术

λ净化间设计

6 / 68

7 / 68

晶体硅太阳电池生产工艺的关联性

洁净度

栅线面积

PECVD

清洗 钝化 时间比 扩散 烧结

温度

？

烧结曲线

8 / 68

一、发射区设计

各种电活性的磷扩散浓度的纵向分布

磷在硅中的固溶度为

1021cm-3。

对于32Ω/ 的磷掺杂，其

表面杂质浓度已经接近固

溶度。

R?= ρ/d

掺杂重→ ρ ↓ → R?↓

结浅→ d ↓ → R?↑

掺杂轻→ ρ ↑ → R?↑

结深→ d ↑ → R?↓

9 / 68

10 / 68

300K下硅的实测电阻率与杂质浓度的关系

(完整版)量子点太阳能电池简介

量子点太阳能电池简介 摘要：量子点太阳能电池是第三代太阳能电池，也是目前最尖端、最新的太阳能电池之一，这种电池在使用半导体材料的普通太阳能电池之中，引入了纳米技术与量子力学理论，尽管目前尚没有制作出这种超高转换效率的实用化太阳能电池，但是大量的理论计算和实验研究已经证实，量子点太阳能电池将会在未来的太阳能转换中显示出巨大的发展前景。简述了量子点太阳能电池的物理机理及研究内容。 关键词：量子点，太阳能电池，机理 随着人类面临的环境与能源问题的持续恶化，加强环境保护和开发清洁能源是人类高度关注的焦点。因此，近年来人们对太阳能开发和利用的研究进展极为迅速。作为一种重要的光电能量转换器件，太阳能电池的研究一直受到人们的热切关注。 太阳能电池可以分为两大类：一类是基于半导体p-n结中载流子输运过程的无机固态太阳能电池；另一类则是基于有机分子材料中光电子化学过程的光电化学太阳能电池。单晶GaAs太阳能电池、晶体Si太阳能电池和Si基薄膜太阳能电池属于第一类，而染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池属于第二类。第一类太阳能电池已经产业化或商业化，而第二类太阳能电池正处于研究与开发之中。目前太阳能电池存在能耗高、光电转换效率低等缺点。尽管人们已采用各种方法使太阳能电池的转换效率得到了一定改善，但尚不能使其大幅度提高。找到一种更有效的途径或对策，使太阳能电池的实际能量转换效率接近其理论预测值，成为材料物理、光伏器件与能源科学的一项重大课题。 量子点是指三维方向尺寸均小于相应物质块体材料激子的德布罗意波长的纳米结构。理论研究指出，采用具有显著量子限制效应和分立光谱特性的量子点作为有源区设计和制作的量子点太阳能电池，可以使其能量转换效率获得超乎寻常的提高，其极限值可以达到66％左右，而目前太阳能电池的主流晶体硅技术的光电转换效率理论上最多仅为30％。尽管目前尚没有制作出这种超高转换效率的实用化太阳能电池，但是大量的理论计算和实验研究已经证实，量子点太阳能电池将会在未来的太阳能转换中显示出巨大的发展前景。 1 量子点太阳能电池的物理机理 人们针对太阳能电池存在的能耗高、光电转换率低等缺点，提出了三套解决方案[1]：1）增加带隙数量，制作多带隙叠层太阳能电池；2）热载流子冷却前进行俘获；3）一个高能光子产生多个电子空穴对或者多个低能光子产生一个高能电子空穴对。目前，方案1已经得到实际应用，后两套方案基于量子点产生的量子限制效应正处于研究之中。 半导体量子点太阳能电池作为第三代太阳能电池具有潜在的优势，它通过以下两个效应可以大大增加光电转换效率：第一个效应是来自具有充足能量的单光子激发产生多激子；第二个效应是在带隙里形成中间带，可以有多个带隙起作用，来产生电子空穴对。这两个效应的产生是因为量子点中的能级量子化。能级量子化还会产生其它效应：减缓热电子-空穴对的冷却；提高电荷载流子之间的俄歇复合过程和库仑耦合；并且对于三维限制的载流子，动量不再是一个好量子数，跃迁过程不必满足动量守恒。提高转换效率的两种基本的方式(增加光电压或者增加光电流)理论上在三维量子点太阳能电池的结构中能够实现。 1.1 量子点多激子太阳能电池的机理

聚合物太阳能电池中高量子效率能量耗低于0

聚合物太阳能电池中高量子效率 能量耗低于0.6Ev 摘要：基于二酮吡咯并吡咯共轭聚合物连接噻唑单元以及连接不同的给体来设计聚合物太阳能电池。已经获得50%以上的量子效率、在光学带隙和开路电压能量损失低于0.6eV。 聚合物太阳能电池中共轭聚合物作为电子给体与富勒烯衍生物作为受体相结合已被集中研究。单结太阳能电池能量转换效率已经获得了10%以上。主要原因是由于聚合物太阳能电池效率与无机薄膜太阳能电池相比任然比较低。例如，钙钛矿太阳能电池开路电压能量损失与光学能级有关，这是由线性吸收推断的。太阳能电池中最低光子能量损失被定义为E loss =E g–qV oc，先前提出的是0.6eV，实际上有效的聚合物太阳能电池是E loss =0.7—0.8eV。交换是指能量损失降低到0.6eV，电荷产生的量子效率将急剧下降。钙钛矿太阳能电池能量损失不到0.5eV。 开路电压和电荷迁移导致聚合物太阳能电池光子能量损失，聚合物的单峰态和电荷迁移态能量损失是不同的。而后者的最小价值可以是0.1eV，甚至是更小，好的电池能量损失从S1到CT态是0.2到0.3eV。它常常被认为光能损失可能是参与电荷分离和提高光子转换为自由电子的能量。图1显示了好的聚合物一定范围外量子效率与E loss之间的关系。

将来要提高聚合物太阳能电池能量转换效率，E loss值将一定会减小，从而保持一个高的量子效率来产生电荷。因此，聚合物要求尽可能接近降低到0.6Ev,但是这是极少的。这里我们呈现了共轭聚合物的合成和应用，设计一个低的光电能量损失和证明在聚合物太阳能电池中电荷产生能E loss小于等于0.6eV。 万能的设计意图是通过富电子和缺电子来改变聚合物的最优带隙和氧化还原能。好的富电子和缺电子单元有低的带隙，降低电离电位和增加电子亲和力。给体的电离电位和受体的电子亲和力之间能量的不同决定了开路电压。 在我们的设计中我们选择了DPP作为缺电子单元，DPP衍生物已经成功的应用到太阳能电池近红外吸收，此时DOO3、6位置被噻吩取代。我们感兴趣的材料提供了高的开路电压，它对电离电位很重要。这种材料是将富电子的噻吩替换为噻唑。噻唑增加了负电性氮原子从而使得聚合物的电离电位和电子亲和力都增加。最近，我们合成的PDPP2TzT电子亲和力增强使得它可以作为所有聚合物太阳能电池的受体。当PCBM为电子受体，PDPP2TzT为电子给体，得到很低的能量转换效率。为了得到高的IP和EA我们将PDPP2TzT的噻吩环替换成富电子的BDT、2T、DTP。新的衍生物使得太阳能电池能量损失小于0.6eV，而且电荷产生高量子效率。结果表明在聚合物太阳能电池中合成的共

太阳能电池探究亮特性光照强度关系

扬州大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系 班级：物教1201班 姓名：郑清华 学号：120801117 指导老师：李俊来

太阳能电池探究亮特性光照强度关系 物教1201 郑清华指导老师：李俊来 摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2 m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。 关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。 一、研究背景 随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用范围最广，输送最方便的一种能源。 太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应 晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本, 使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 二、太阳能光伏电池实验 （一）实验目的 1.了解pn结的基本结构与工作原理。 2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。

量子点太阳能电池外量子效率首超100%

量子点太阳能电池外量子效率首超100% 据美国物理学家组织网12月16日（北京时间）报道，美国国家可再生能源实验室（NREL）研制出一种新式的量子点太阳能电池，当其被太阳能光谱的高能区域发出的光子激活时，会产生外量子效率最高达114%的感光电流。发表于12月16日出版的《科学》杂志上的这一最新研究为科学家们研制出第三代太阳能电池奠定了基础。 当光子入射到太阳能电池表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成感光电流，此时产生的电子数与入射光子数之比称为感光电流的外量子效率。迄今为止，还没有任何一种太阳能电池在太阳能光谱内光波的照射下，显示出超过100%的外量子效率。 现在，NREL团队首次在量子点太阳能电池上实现了这一点。他们在一个叠层量子点太阳能电池上获得了114%的外量子效率。该电池由具有减反光涂层的玻璃（其包含有一薄层透明的导体）、一层纳米结构的氧化锌、一层经过处理的硒化铅量子点以及薄薄一层用作电极的金组成。 太阳能光子产生超过100%外量子效率基于载子倍增（MEG）过程，借助这一过程，单个被吸收的高能光子能激发多个电子空穴对。NREL团队首次在量子点太阳能电池的感光电流内展示了MEG，科学家们可借此改善太阳能电池的转化效率。研究结果显示，在模拟太阳光的照射下，新量子点太阳能电池的光电转化效率高于4.5%。目前，这种太阳能电池还没有达到最优化，因此，其能源转化效率相对来说偏低。 与传统的太阳能电池相比，量子点太阳能电池内的MEG能将电池的理论热力能转化效率提高35%；量子点太阳能电池也可使用廉价且产量高的卷对卷制程制造而成；其另外一个优势是每单位面积的制造成本很低，科学家们将其称为第三代（下一代）太阳能电池。

太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率

太阳能电池板太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳 能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池 板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得 这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输 出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单 晶硅太阳能电池还略好。

#什么是太阳能电池量子效率,如何测试

什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。

太阳能电池转换效率

Research on New Technologies of Photoelectric Conversion Efficiency in Solar Cell Tianze LI, Chuan JIANG, Cuixia SHENG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: ltzwang@https://www.wendangku.net/doc/c218113256.html, Hengwei LU,Luan HOU, Xia ZHANG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: henrylu007@https://www.wendangku.net/doc/c218113256.html, Abstract—The characteristics of the solar energy and three conversion mode of solar energy including photovoltaic conversion, solar thermal conversion, and photochemical conversion are represented in this paper. On this basis,the materials used in solar cell, as well as the working principle of solar cells, the factors of low convert efficiency of solar cells and the two major bottlenecks encountered in the solar application are analyzed.The idea that spontaneous arrangement of compound organic molecules is achieved by changing the molecular arrangement structure of the organic thin-film solar is put forward. The new structure of liquid crystal layer come into being accordingly so that the electron donor and the receptor molecules of the mixture are separated, and the contacting area between them is enlarged. So the efficiency solar photovoltaic is improved. The research and development of this new technology can solve the technical problem of the low conversion efficiency of solar cell, and open up an effective way to improve the conversion efficiency of solar cells. At last,the prospect of solar photovoltaic technology, solar energy exploit technology and the development of industry is offered in the article. Keywords- photoelectric conversion efficiency; electron donor and recipient; photovoltaic generate power technology I.I NTRODUCTION Energy is the material basis of human society survival and development. In the past 200 years?the energy system based on coal, oil, natural gas and other fossil fuel has greatly promoted the development of human society. However, material life and spiritual life is increasing, the awareness of serious consequences brought from the large-scale use of fossil fuels is increasing at the same time: depletion of resources, deteriorating environment, in addition to all of the above, it induce political and economic disputes of a number of nations and regions, and even conflict and war. After in-depth reflection of the development process of the past, human advance seriously the future path of sustainable development. Today in the 21st century, there is no a problem as important as a sustainable energy supply, especially for the benefit of solar energy development and has been highly concerned by all mankind. Around the world are faced with limited fossil fuel resources and higher environmental challenges, it is particularly important to adhere to energy conservation, improve energy efficiency, optimize energy structure, rely on scientific and technological progress, development and utilization of new and renewable sources.After analyzing two bottleneck problems which affect the conversion efficiency of the solar cell, we put forward a new structure of molecular arrangement of the solar cell to improve the conversion efficiency of the solar cell. II.T HE F EATURES O F S OLAR A ND T HREE C ONVERSION M ODES A.The Features of Solar Solar resources are solar radiation energy on the entire surface of the earth. Solar energy has four features. Firstly, solar energy is sufficient. The gross of solar radiation energy on the surface of the earth is about 6h1017kWh every year. It can be used several billions of years, which is reproducible and cleanest. It isn’t monopolized by any groups or coutries. Secondly, the energy density of solar energy is low. People want to obtain higher energy density by condensers. Thirdly, because of climatic change, the solar energy is mutative. For example, cloudy day and rainy day, the solar energy is weak. People should consider energy storage or use auxiliary devices which provide conventional energy to use solar energy in a row. Forthly, because of the earth rotation, the earth revolution and the angle between the axis of rotation and the orbital plane, days and sensons must change on the earth, solar energy must change too. Fifthly, use of solar energy can make energy level appropriate allocation, so heat energy is made used of. When the sun light shines on the earth, part of the light is reflected or scattered, some light is absorbed, only about 70% of the light which are direct light and scattered light passes through the atmosphere to reach the surface of the earth. Part of the light on the surface of the earth is absorbed by the objects surface, another part is reflected into the atmosphere. Fig.1 shows the schematic diagram of the sun incident on the ground. Figure1. Schematic diagram of the sun incident on the ground 978-1-4244-7739-5/10/$26.00 ?2010 IEEE

有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21%

有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21％ 电荷分离时存在0.4 eV能量损失的情况下，光电转换效率的理论极限值与太阳能电池可吸收的光能的最小值（光吸 收端能量）之间的关系。红线表示无机太阳能电池的理论极限值，蓝线表示有机太阳能电池的新的理论极限值 在作为新一代太阳能电池备受关注的“有机太阳能电池”方面，日本产业技术综合研究所（产综研）对这种电池将阳光转换成电力的能力——“光电转换效率”（以下简称转换效率）的理论极限进行了模拟计算，得出气数值约为21％。 日本正以产综研太阳能发电工学研究中心为核心，汇集环境能源、测量计量标准、纳米技术材料制造等多领域研究人员组成有机太阳能电池极限效率研讨会，开展有机太阳能电池转换效率的理论极限方面的研究。此次在理论上计算出的约21％的极限值高出目前所能实现的10～12％实际效率许多，表明今后通过选择及改进材料并优化结构，还有望使转换效率进一步提高。 目前主流的晶体硅太阳能电池等无机太阳能电池的转换效率理论极限已获知。此次便是以此为基础，并将无机太阳能电池与有机太阳能电池在吸收光后产生电力的机理方面的不同纳入考虑因素，计算出了有机太阳能电池的转换效率理论极限值。该成果有望成为有机太阳能电池的转换效率“能够提高到何种程度”的研发指南。上述成果将于近期在应用物理学会杂志《Applied Physics Letters》的在线版上公开。 有机太阳能电池拥有有机材料所特有的薄轻软柔特性，可安装在以往的晶体硅太阳能电池板难以设置的场所，作为新一代太阳能电池备受期待。不过，与晶体硅太阳能电池相比，有机太阳能电池在提高转换效率及耐久性方面还存在技术课题。但近年来其转换效率快速提高，有研究称已超过10％，达到了与非晶硅太阳能电池相当的水平。因此，业

量子点在太阳能电池中的应用进展

量子点在太阳能电池中的应用进展 摘要 本文介绍了量子点纳米晶体特殊的物理性质,多种制备方法,以及在太阳能电池材料中的应用. 关键词:量子点;制备;太阳能电池 引言 随着人口的急剧增长及工业化的快速发展与能源的大量使用,目前化石能源即将消耗殆尽,此时人们在积极寻找可替代化石能源的二次能源,太阳能作为其中不可忽视的一员,受到广泛瞩目.目前,占据市场主要份额的晶体硅基太阳能电池的光电转化效率已经高达10 %-20 %,但是原料高纯硅造价昂贵,这促使人们再次寻找可以替代硅的材料.研究发现通过量子点敏化提高金属氧化物对光的吸收,可有效的使光照射在量子点表面上产生的电子转移到金属氧化物上,理论研究表明其能量转化效率的极限值可达66％左右,大大改善其光学性能. 本文主要介绍了量子点的多种制备方法及其独特的光学和电学性质在太阳能电池材料上的应用.其制备方法包括: 金属有机化合物热分解法,均匀沉淀法,溶胶-凝胶法,连续离子层吸附反应(SILAR)法,化学浴沉积法(CBD)和电沉积法(EPD)等. 一.量子点的特性 量子点是一种0维的纳米材料,由于自身体积小与普通材料,物理性质也不同于普通大尺寸材料. 量子限域效应,是指当颗粒尺寸减小到与电子的De Broglie波长和激子玻尔半径相近时,电子在三维空间内的运动受到限制,使得电子的输运不能顺利进行,相互干扰性会增强,电子的能级由连续的能级变为分立的能级,能级之间的带隙变宽。随着尺寸的减小,能隙会变宽,出现激子强吸收,激子也会蓝移,即由最低能量向高能方向移动,并引起吸收光谱向短波方向移动.半导体纳米粒子与体材料相比,在吸收光谱上由原来宽的吸收变为窄而高的特征吸收峰.由于量子尺寸效应的影响,随着的尺寸减小,它的能级发生改变,带隙会变宽,纳米颗粒发

柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究

第39卷第5期 人 工 晶 体 学 报 V o.l 39 N o .5 2010年10月 J OURNAL O F S YNTHET IC CRY STA LS O c tober ,2010 柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究 刘 成,周丽华,叶晓军,钱子勍,陈鸣波 (上海空间电源研究所,上海200233) 摘要:通过对微晶硅太阳电池量子效率的测量,结合微区拉曼光谱和电学特性测试,讨论了本征层的硅烷浓度和等离子体辉光功率对太阳电池量子效率的影响。发现本征层硅烷浓度增加时,电池的长波响应变差,材料结构由微晶相演变成非晶相;等离子体辉光功率的增加造成了电池短波响应的变化。同时发现测量微晶硅太阳电池时使用掩膜板所得短路电流密度与量子效率积分获得的短路电流密度相差不大。将优化后的沉积参数应用于不锈钢柔性衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,获得了9.28%(AM 0,1353W /m 2)和11.26%(AM 1.5,1000W /m 2)的光电转换效率。关键词:太阳电池;量子效率;柔性衬底;微晶硅;非晶硅/微晶硅中图分类号:O484;TK 514 文献标识码:A 文章编号:1000 985X (2010)05 1161 05 Study on Quantu m Effici enci es ofM icrocrystalli ne Silicon Solar Cells on Flexi ble Substrates LI U Cheng,Z HOU L i hua,Y E X iao j u n,QI AN Z i qing,C HEN M i n g bo (Shanghai Institute of Space Po w er sou rces ,Shanghai200233,Ch i na) (R eceive d 22M arc h 2010,acce p t ed 21Jul y 2010) Abstract :W it h the m easure m ent o f quant u m efficienc ies ,Ra m an spectra and e lectrical characteristics ,the effects of silane concentrations and p las m a d i s charge po w ers on quantum efficiencies of m i c rocrysta lline silicon solar ce lls had been discussed .It is found that the long w avelength responses o f so l a r cells decrease w hen silane concentrations i n crease ,and the shortw aveleng t h responses o f solar cells changesw hen plas m a discharge powers i n crease .It is also found that the short circu it current density are al m ost the sa m e bet w een m easured by ill u m i n ated J V w ith m asks and by quant u m effic iency .W ith the opti m ized deposition para m eters ,a m or phous silicon /m icr ocrystalli n e silicon tande m so lar ce lls on sta i n less steel flex i b le substratesw ith conversi o n efficiency of 9.28%(AM 0,1353W /m 2 )and 11.26%(AM 1.5,1000W /m 2 )w ere obta i n ed . K ey w ords :so lar cells ;quantu m efficienc ies ;flex i b le substrates ;m icr ocr ystalli n e silicon ;a morphous silicon /m icrocr ystalli n e silicon 收稿日期:2010 03 22;修订日期:2010 07 21 基金项目:上海市博士后科研资助计划项目(08R21420200);上海市引进技术的吸收与创新计划项目(07X I 2 016) 作者简介:刘 成(1980 ),男,湖南省人,博士后。E m ai :l thomas .li u cheng @g m ai.l com 1 引 言 量子效率(Quantum efficiency ,简称QE)的定义为:当太阳光照射到太阳电池上,在内建电场作用下产生的光生载流子数目与入射的光子数的比值。它是一个小于1的无量纲的数。量子效率分为内量子效率和外量子

量子点太阳能电池

量子点太阳能电池 摘要：量子点太阳能电池属于第三代太阳电池，优异的特性使其保持器件性能的同时能大幅降低太阳能电池的制造成本，因而已成为当前的前沿和热点课题之一。本文就量子点太阳能电池的基本原理，发展历史以及性能优化方案做了简单介绍，并对量子点敏化太阳能电池的发展做了阐述。 关键词：太阳能电池、量子点、性能优化、敏化 太阳能电池是很有前景的可再生能源，有望解决日益加剧的能源危机。一般来讲，太阳能电池基本上是一种大面积的不施加偏压的pn结器件。当太阳光照射这种pn结器件时光能便转化为电能。太阳能电池的主要参数包括短路电流（J SC)、开路电压（V OC)、填充因子（Fill Factor，FF)、量子效率（Quantum Efficiency)、串联电阻（R S）和并联电阻（R Sh)等。 光能转化为电能的过程简单来讲大体包括载流子的光产生、载流子分离和载流子输运等三个主要阶段。当一个光子碰撞太阳能电池有源层时，若光子能量小于有源层材料的禁带宽度时，光子从太阳能电池有源层中透射而过；当光子能量等于或大于有源层材料的禁带宽度时，光子被太阳能电池的有源层吸收，多余的能量将会转化为热能。在太阳能电池中，载流子的分离存在两种主要方式：(1)载流子在电池内建电场作用下的漂移运动；(2)载流子在电池中由于浓度梯度的存在

而产生的扩散运动。在较厚的太阳能电池中由于在有源区不存在电场，载流子的主要分离方式是扩散，从而对于这些电池来说少数载流子的扩散长度必须要能与电池厚度相当。在较薄的电池中，由于缺陷的大量存在少数载流子的扩散长度通常很短，因此载流子的主要分离方式是在内建电场作用下的漂移运动。太阳能电池的n型半导体端和P型半导体端通过金属-半导体欧姆接触的方式形成两端电极，电极与外部负载相连。在电子-空穴分离后，如果载流子还未到达两端电极，它们将主要通过扩散的方式在中性区运动。n型半导体端自身所产生的电子以及通过半导体"结"收集的电子会通过n端电极、外部导线、负载到达P端金属-半导体接触电极，然后与P端空穴复合。 太阳能电池的研发经历了三个阶段，目前正从第一代基于硅片技术的第一代太阳能电池向基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳 能电池过渡。但第二代太阳能电池效率较低，稳定性也比较差。因此第三代太阳能电池应运而生。第三代太阳能电池是太阳能电池技术发展的前沿领域，现在仍处于研究发展阶段。大体上来讲，第三代太阳能电池包含除了第一和第二代电池之外的所有太阳能电池技术，主要有有机半导体（聚合物或小分子）太阳能电池、量子点太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机/无机杂化太阳能电池、双结/多结太阳能电池、中间带太阳能电池和热载流子太阳能电池等，这些电池分类之间既彼此独立又互有重叠。第三代太阳能电池有望实现光电转换效率比第一代太阳能电池高的同时，保持第二代太阳能电池的低成本优势。

量子点太阳能电池---原理,技术最新介绍

Physica E14(2002)115– 120 https://www.wendangku.net/doc/c218113256.html,/locate/physe Quantum dot solar cells A.J.Nozik? National Renewable Energy Laboratory,Center for Basic Sciences,1617Cole Boulevard,Golden,CO80401,USA Abstract Quantum dot(QD)solar cells have the potential to increase the maximum attainable thermodynamic conversion e ciency of solar photon conversion up to about66%by utilizing hot photogenerated carriers to produce higher photovoltages or higher photocurrents.The former e ect is based on miniband transport and collection of hot carriers in QD array photoelectrodes before they relax to the band edges through phonon emission.The latter e ect is based on utilizing hot carriers in QD solar cells to generate and collect additional electron–hole pairs through enhanced impact ionization processes.Three QD solar cell con?gurations are described:(1)photoelectrodes comprising QD arrays,(2)QD-sensitized nanocrystalline TiO2,and (3)QDs dispersed in a blend of electron-and hole-conducting polymers.These high-e ciency con?gurations require slow hot carrier cooling times,and we discuss initial results on slowed hot electron cooling in InP QDs.?2002Elsevier Science B.V.All rights reserved. Keywords:Hot electrons;Quantum dots;(Ultra-high photovoltaic)conversion e ciency;Impact ionization;E ciency limits 1.Introduction The maximum thermodynamic e ciency for the conversion of unconcentrated solar irradiance into electrical free energy in the radiative limit assum-ing detailed balance and a single threshold absorber was calculated by Shockley and Queisser in1961 [1]to be about31%;this analysis is also valid for the conversion to chemical free energy[2,3].Since conversion e ciency is one of the most important parameters to optimize for implementing photovoltaic and photochemical cells on a truly large scale[4], several schemes for exceeding the Shockley–Queissar (S–Q)limit have been proposed and are under active investigation.These approaches include tandem ?Tel.:+1-303-384-6603;fax:+1-303-384-6655. E-mail address:anozik@https://www.wendangku.net/doc/c218113256.html,(A.J.Nozik).cells[5],hot carrier solar cells[6–8],solar cells producing multiple electron–hole pairs per photon through impact ionization[9,10],multiband and impu-rity solar cells[4,11],and thermophotovoltaic=thermo-photonic cells[4].Here,we will only discuss hot carrier and impact ionization solar cells,and the e ects of size quantization on the carrier dynamics that control the probability of these processes. The solar spectrum contains photons with ener-gies ranging from about0.5to3:5eV.Photons with energies below the semiconductor band gap are not absorbed,while those with energies above the band gap create electrons and holes with a total excess kinetic energy equal to the di erence between the photon energy and the band gap.This excess kinetic energy creates an e ective temperature for the carri-ers that is much higher than the lattice temperature; such carriers are called“hot electrons and hot holes”, and their initial temperature upon photon absorption 1386-9477/02/$-see front matter?2002Elsevier Science B.V.All rights reserved. PII:S1386-9477(02)00374-0