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1、太阳能电池发电原理2009-02-16 14:51太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源， 不产生任何的环境污染。 在太阳能的有效利用当中； 大阳能光电利用是近些年来发展最快， 最具活力的研究领域， 是其中最受瞩 目的项目之一。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V 化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。一、硅太阳能电池1. 硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理
2、主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：ZMX zlx kui©' ®丿0 F _ _ - w ©©©I _ 亠 _ _ - T、©' D?-®-e- I- -力if 0_©_ w ®*&图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参 照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子,因为硼原子周围只有 3个电子，所以就
3、会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不 稳定，容易吸收电子而中和，形成P( positive )型半导体。同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N(negative )型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如下图。出CD<3 ©N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导 体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层），界面的P型 一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于 P型半导体多 空
4、穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到 N区，一旦扩散就形成了一个由 N指向P的内电场”从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往 P型区移动，而P型区中的电子往 N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在 PN结中形成电势差，这就形成了电源。（如下图所示）SunlightN-type(P+)P-type silicon (B -)Back electrode (+)CO_ J CurrentFront electrode (-)Anti-reHection C
5、Mttrtg由于半导体不是电的良导体，电子在通过pn结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p n结（如图梳状电极），以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。2 硅太阳能电池的生产流程通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350450卩m的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或
6、浇铸的硅锭上锯割而成。衣阳傩电池極事隔琏芯片社片上述方法实际消耗的硅材料更多。 为了节省材料，目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法， 包括低压化学气相沉积（LPCVD和等离子增强化学气相沉积（PECVD工艺。此外，液相外延法（LPPE 和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以 SiH2Cl2、SiHCh、SiCl4或SiW,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成 硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，
7、再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再 结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电 池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转 换效率明显提高。三、纳米晶化学太阳能电池在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。以染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCS为例，这种
8、电池主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底， 染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。.FTO/glassPt/glass(counter etectrode)Q TiOj electrolyte: Qye electronTO 膜)阳极：染料敏化半导体薄膜（阴极：镀铂的导电玻璃电解质：Ml -如图所示，白色小球表示 Ti02,红色小球表示染料分子。染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的Td导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TQ导带中的电于最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定
9、的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/51/10 .寿命能达到20年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。四、染料敏化TiO2太阳能电池的手工制作1.制作二氧化钛膜(1) 先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨(2) 接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜(3) 把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结1015分钟，然后冷却2. 利用天然染料为二氧化钛着色如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧 化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5
10、分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。3. 制作正电极膜层）构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断, 导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上+',然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。4.加入电解质利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。如图所示，在二氧化把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面6.电池的测试在室外太阳光下，检测你的太阳能电池是否可以产生电流。Whe
11、 n you are old and grey and full of sleep,And no ddi ng by the fire, take dow n this book,And slowly read, and dream of the soft lookYour eyes had once, and of their shadows deep;How many loved your mome nts of glad grace,And loved your beauty with love false or true,But one man loved the pilgrim so
12、ul in you,And loved the sorrows of your cha nging face;And bending dow n beside the glow ing bars,Murmur, a little sadly, how love fledAnd paced upon the mountains overheadAnd hid his face amid a crowd of stars.The furthest dista nee in the worldIs not betwee n life and deathBut whe n I sta nd in fr
13、ont of youYet you don't know thatI love you.The furthest dista nee in the worldIs not whe n I sta nd in front of youYet you can't see my loveBut whe n un doubtedly knowing the love from bothYet cannot be together.The furthest dista nee in the worldIs not being apart while being in loveBut wh
14、e n I pla inly cannot resist the year ningYet prete nding you have n ever bee n in my heart.The furthest dista nee in the worldIs not struggli ng aga inst the tidesBut using on e's in differe nt heartTo dig an un crossable riverFor the one who loves you.倚窗远眺，目光目光尽处必有一座山，那影影绰绰的黛绿色的影，是春天的 颜色。周遭流岚升腾，没露出那真实的面孔。面对那流转的薄雾，我会幻想，那 里有一个世外桃源。在天阶夜色凉如水的夏夜，我会静静地，静静地，等待一场 流星雨的来临许下一个愿望，不乞求去实现，至少，曾经，有那么一刻，我那还未枯萎的， 青春的，诗意的心，在我最美的年华里，同星空做了一次灵魂的交流秋日里，阳光并不刺眼，天空是一碧如洗的蓝，点缀着飘逸的流云。偶尔， 一片飞舞的落叶，会飘到我的窗前。斑驳的印迹里，携刻着深秋的颜色。在一个 落雪的晨，这纷纷扬扬的雪，飘落着一如千年前的洁白。窗外，是未被污染的银 白色世界。我会去迎接，这人间的圣洁。在这流转的岁月里，有着流转的四季， 还有一颗流转的心，亘古不变的心。