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太阳能电池的原理及制造

本站为您提供的太阳能电池的原理及制作,   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

   太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生动力。也是清洁动力,不发作任何的环境污染。在太阳能的有用运用傍边;大阳能光电运用是近些年来开展最快,最具生机的研讨范畴,是其间最受注目的项目之一。

制造太阳能电池首要是以半导体资料为根底,其作业原理是运用光电资料吸收光能后发作光电于转化反响,依据所用资料的不同,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资料的电池;3、功用高分子资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.硅太阳能电池作业原理与结构

太阳能电池发电的原理首要是半导体的光电效应,一般的半导体首要结构如下:



  图中,正电荷表明硅原子,负电荷表明围绕在硅原子周围的四个电子。
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,它的构成能够参照下图:


   


  图中,正电荷表明硅原子,负电荷表明围绕在硅原子周围的四个电子。而黄色的表明掺入的硼原子,因为硼原子周围只要3个电子,所以就会发作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安稳,简略吸收电子而中和,构成P(posiTIve)型半导体。
    相同,掺入磷原子今后,因为磷原子有五个电子,所以就会有一个电子变得十分活泼,构成N(negaTIve)型半导体。黄色的为磷原子核,赤色的为剩余的电子。如下图。


   
    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,就会在接触面构成电势差,这便是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构成一个特别的薄层),界面的P型一侧带负电,N型一侧带正电。这是因为P型半导体多空穴,N型半导体多自由电子,呈现了浓度差。N区的电子会分散到P区,P区的空穴会分散到N区,一旦分散就构成了一个由N指向P内电场,然后阻挠分散进行。到达平衡后,就构成了这样一个特别的薄层构成电势差,这便是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,然后构成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中构成电势差,这就构成了电源。(如下图所示)

    因为半导体不是电的良导体,电子在经过p-n结后假如在半导体中活动,电阻十分大,损耗也就十分大。但假如在上层悉数涂上金属,阳光就不能经过,电流就不能发作,因而一般用金属网格掩盖p-n结(如图 梳状电极),以添参加射光的面积。
  别的硅外表十分亮光,会反射掉许多的太阳光,不能被电池运用。为此,科学家们给它涂上了一层反射系数十分小的维护膜(如图),将反射丢失减小到5%乃至更小。一个电池所能供给的电流和电压究竟有限,所以人们又将许多电池(一般是36个)并联或串联起来运用,构成太阳能光电板。


2.硅太阳能电池的生产流程

    一般的晶体硅太阳能电池是在厚度350~450μm的高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。


 

    上述方法实践耗费的硅资料更多。为了节约资料,现在制备多晶硅薄膜电池多选用化学气相堆积法,包含低压化学气相堆积(LPCVD)和等离子增强化学气相堆积(PECVD)工艺。此外,液相外延法(LPPE)和溅射堆积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。

    化学气相堆积首要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,为反响气体,在必定的维护气氛下反响生成硅原子并堆积在加热的衬底上,衬底资料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研讨发现,在非硅衬底上很难构成较大的晶粒,而且简略在晶粒间构成空地。处理这一问题方法是先用 LPCVD在衬底上堆积一层较薄的非晶硅层,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堆积厚的多晶硅薄膜,因而,再结晶技能无疑是很重要的一个环节,现在选用的技能首要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除选用了再结晶工艺外,别的选用了简直一切制备单晶硅太阳能电池的技能,这样制得的太阳能电池转化功率明显提高。

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开展最老练的,但因为本钱居高不下,远不能满意大规模推广应用的要求。为此,人们一向不断在工艺、新资料、电池薄膜化等方面进行探究,而这傍边新近开展的纳米TIO2晶体化学能太阳能电池遭到国内外科学家的注重。

    以染料敏化纳米晶体太阳能电池(DSSCs)为例,这种电池首要包含镀有通明导电膜的玻璃基底,染料敏化的半导体资料、对电极以及电解质等几部分。



      

     


      阳极:染料敏化半导体薄膜(TIO2膜)

      阴极:镀铂的导电玻璃

      电解质:I3-/I-


 

    如图所示,白色小球表明TiO2,赤色小球表明染料分子。染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态,激发态不安稳,电子快速注入到紧邻的TiO2导带,染猜中失掉的电子则很快从电解质中得到补偿,进入TiO2导带中的电于终究进入导电膜,然后经过外回路发作光电流。


    纳米晶TiO2太阳能电池的长处在于它廉价的本钱和简略的工艺及安稳的功能。其光电功率安稳在10%以上,制造本钱仅为硅太阳电池的1/5~1/10.寿数能到达20年以上。但因为此类电池的研讨和开发刚刚起步,估量不久的将来会逐渐走上商场。

四、染料敏化TiO2太阳能电池的手艺制造

1.制造二氧化钛膜

(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10~15分钟,然后冷却
   


2.运用天然染料为二氧化钛上色


    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揉捏,然后把二氧化钛膜放进去进行上色,大约需求5分钟,直到膜层变成深紫色,假如膜层双面上色的不均匀,能够再放进去浸泡5分钟,然后用乙醇冲刷,并用柔软的纸轻轻地擦干。

   

3.制造正电极

    由染料上色的TiO2为电子流出的一极(即负极)。正电极可由导电玻璃的导电面(涂有导电的SnO2膜层)构成,运用一个简略的万用表就能够判别玻璃的那一面是能够导电的,运用手指也能够做出判别,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。


   


4.参加电解质

    运用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质,它首要用于复原和再生染料。如图所示,在二氧化钛膜外表上滴加一到两滴电解质即可。

   


5.拼装电池

    把上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。把两片玻璃略微错开,用两个夹子把电池夹住,两片玻璃露出在外面的部分用以衔接导线。这样,你的太阳能电池就做成了。


   
6.电池的测验

    在室外太阳光下,检测你的太阳能电池是否能够发作电流。

     

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