納米結(jié)構(gòu)材料及其技術(shù)在太陽能電池中的應(yīng)用

田舒臣(北京科技大學(xué)，北京 100083)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)研究的逐漸深入，現(xiàn)如今為了能夠滿足人們的實(shí)際需求，減少石油資源的消耗，維護(hù)生態(tài)平衡，減少石油消耗對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，太陽能電池得到日益的關(guān)注并且發(fā)揮著極其重要的作用，現(xiàn)如今太陽能電池材料以及技術(shù)得到極其廣泛的應(yīng)用。納米結(jié)構(gòu)材料以及技術(shù)在太陽能電池當(dāng)中的作用非常的顯著，能夠提高太陽能電池的效果，促進(jìn)太陽能電池的進(jìn)一步發(fā)展。

1 染料敏化太陽電池材料的應(yīng)用

染料敏化電池也可以被稱為DSC，與其他太陽能電池材料相比，染料敏化太陽能電池技術(shù)的研究是非常成功的。這種太陽能電池的效率非常高。當(dāng)光能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)，效率可達(dá)到11.3%。此外，與傳統(tǒng)太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池效率高，在制作的過程當(dāng)中需要花費(fèi)比較少的材料，導(dǎo)致成本比較低，并且材料的來源非常的豐富，在制作的過程當(dāng)中所需要的工藝也非常簡(jiǎn)單，性能非常的穩(wěn)定，能夠保證電力的可持續(xù)運(yùn)用[1]。

除此之外，染料敏化太陽能電池也屬于一種比較復(fù)雜的復(fù)合體系，主要是由有機(jī)以及無機(jī)所構(gòu)成。該類太陽能電池的電極是由納米晶半導(dǎo)體多孔膜作為的，為了能夠更好的制作該電極，提高電極的效果，便可以采取水熱反應(yīng)法和絲網(wǎng)印刷法制作電極[2]?，F(xiàn)如今對(duì)太陽能電池的研究也逐漸的深入，在研究的過程當(dāng)中，研究最廣泛的內(nèi)容便是納晶多孔薄膜。在研究的過程當(dāng)中，利用溶膠凝膠法制做出所需要的納米膠粒，將已經(jīng)制作完成的納米膠粒涂抹在能夠?qū)щ姷牟Ａ?，最后進(jìn)行燒結(jié)形成納晶薄膜，在對(duì)薄膜進(jìn)行電解的過程當(dāng)中，可以選擇光照的方向，光照方向不同所電解的效果也不同，在選擇前照明電解液時(shí)，前照明電解液的電流小于后照明電解液的電流。在這種情況下，可以通過改變TiCl4和HCl來提高光電性能。根據(jù)研究,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)表面態(tài)密度降低和提高電子傳輸通道,可以有效地提高光電性能的主要方法是把一個(gè)致密層二氧化鈦薄膜在光電陽極導(dǎo)電玻璃基板上,并把它在氧氣氛。通過采取不同的溫度，我們可以防止光電子的再結(jié)合。通過對(duì)納米晶半導(dǎo)體氧化物的研究，可以發(fā)現(xiàn)納米晶結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。納米晶結(jié)構(gòu)材料在太陽能電池中的應(yīng)用具有生產(chǎn)成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在電能轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換效率較高[3]。

2 有機(jī)聚合物太陽能電池材料的應(yīng)用

在太陽能電池的生產(chǎn)過程中，也可以使用有機(jī)聚合物太陽能電池材料。有機(jī)聚合物太陽能電池材料的關(guān)鍵部件是聚合物光伏器件，它可以有效地完成光電的相互轉(zhuǎn)換和傳輸，能夠更好的將太陽能光照轉(zhuǎn)化為電能，滿足人們的用電需求，此外，在應(yīng)用過程中可通過溶液或絲網(wǎng)印刷形成可溶聚合物膜[4]。

此外，當(dāng)聚合物太陽能電池中聚集大量聚合物材料時(shí)，可形成可溶聚合物膜，能夠借助化學(xué)分子進(jìn)行修飾并且摻雜，從而能夠?qū)Σ牧系碾妼?dǎo)性進(jìn)行調(diào)整，降低代謝，提高太陽光所吸收的效率。比如在有機(jī)聚合物太陽能電池材料當(dāng)中MEH-PPV聚合材料具有非常高的吸收系數(shù)，能夠?qū)μ柟饽苓M(jìn)行有效地吸收，當(dāng)吸收的系數(shù)達(dá)到最高值的時(shí)候，聚合物薄膜所吸入的太陽能光源能夠超過95%[5]。聚合物太陽能除了具備共軛聚合物之外同時(shí)也包括富勒烯族材料，富勒烯族材料在聚合物光伏電池當(dāng)中的應(yīng)用研究也非常的廣泛，并且得到極其廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著積極有效的效果，與其他的材料相比有機(jī)聚合物的材料也具備比較多的優(yōu)勢(shì)，比如該材料的柔性比較好，體重比較輕，在制作的過程當(dāng)中會(huì)花費(fèi)比較少的成本，制作工藝比較簡(jiǎn)單，材料的來源比較豐富，對(duì)此將有機(jī)聚合物太陽能電池材料應(yīng)用到太陽能電池制作的過程當(dāng)中，具有極其重要的意義，從而為人類提供更加穩(wěn)定的電能，減少資源的浪費(fèi)[6]。

進(jìn)入上世紀(jì)80年代以來，現(xiàn)如今人們?cè)絹碓街匾曁柲茈姵氐难芯?，從而注意到生態(tài)穩(wěn)定對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究以及發(fā)展，研究學(xué)者對(duì)于太陽能電池材料的研究逐漸的深入，我們?nèi)〉昧朔浅Ｓ行У某尚?。可以發(fā)現(xiàn)，有機(jī)聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率非常高，可以達(dá)到5.15%。

此外，這種太陽能電池的電子受體為非金屬材料，比如其他種類的有機(jī)聚合物等等。在采用該類電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的時(shí)候需要保證存在于D/A界面，在該界面上完成功能以及電能的相互轉(zhuǎn)換，與其他種類的電池相比，太陽能電池重量比較輕，并且體積比較小，更加便利。聚合物太陽能電池材料具有多功能的光電特性，該類電池材料的發(fā)展方向非常的廣闊，能夠更好的發(fā)揮自身的作用。

3 光伏發(fā)電電池材料

現(xiàn)如今對(duì)于太陽能電池材料的研究逐漸的深入，為了能夠更好的研究太陽能電池，提高太陽能電池的效果，通過在單晶硅中添加一些雜質(zhì)，能夠添加額外的缺陷，可以通過在光子晶體中添加一些缺陷來增加勢(shì)能。但是，使用這種方法進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)損失一部分輸入電壓，這就需要應(yīng)用新材料。

為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，便需要采取理想的材料，在實(shí)際當(dāng)中很難保證晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)中所形成的缺陷準(zhǔn)確無誤地出現(xiàn)在所需要的地方，對(duì)此為了能夠達(dá)到該目的，許多科學(xué)家便會(huì)在單晶硅當(dāng)中摻入稀土金屬元素來制造太陽電池，從而研究光伏發(fā)電對(duì)于光電轉(zhuǎn)化效率的影響，采用光伏電池材料進(jìn)行太陽能電池制作，能夠有效的降低價(jià)格，減少硅材料的用量，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。

4 多元化合物太陽電池材料

為了能夠提高太陽能光電轉(zhuǎn)換的效率，滿足人們對(duì)于電力資源的需求，便可以借助具有一定梯度帶隙的多元化合物半導(dǎo)體材料進(jìn)行太陽電池的制作，擴(kuò)大太陽能吸收光譜的范圍。采取該種材料制作的太陽電池，能夠提高光電轉(zhuǎn)換的效率。

多元化合物半導(dǎo)體太陽電池與傳統(tǒng)的太陽能電池相比突破了傳統(tǒng)的電池制造工藝路線，直接是由原材料所制成的太陽能電池，促進(jìn)了薄膜太陽能技術(shù)的研究?；衔锇雽?dǎo)體薄膜太陽電池主要包括銅銦硒、銅銦鎵硒等材料，以上材料都屬于直接帶隙的材料，能夠擴(kuò)大太陽能吸收光譜的范圍，具有較大范圍內(nèi)的太陽光譜響應(yīng)特性。使用多元化合物材料制作太陽電池能夠僅僅依靠幾個(gè)微米厚的材料吸收陽光的絕大部分，對(duì)此多元化合物是制作薄膜太陽電池的最佳材料。

根據(jù)多元化合物組份在元素周期表的位置，可以將多元化化合物分為Ⅳ-Ⅳ化合物，Ⅱ-Ⅵ化合物，Ⅲ-Ⅴ化合物。為了能夠增加光學(xué)帶隙，減少窗口層陽光吸收量，便可以選擇非晶碳化硅材料作為薄膜片電池的窗口存材料。硫化鎘屬于一種非常重要的直接帶隙的半導(dǎo)體材料，屬于Ⅱ-Ⅵ化合物材料，該類多元化合物太陽電池材料能夠滿足緩沖層材料的基本要求。Ⅲ-Ⅴ化合物材料主要包括砷化鎵，磷化鋁，磷化銦等，利用該種化合物作為光伏材料存在的主要問題便是在制作太陽能電池時(shí)會(huì)消耗大量的成本，脆性比較大，對(duì)此，在使用該類化合物材料制作太陽電池的時(shí)候可以將太陽能電池作為薄膜形式，克服重量上的弊端，提高光電的轉(zhuǎn)化率。

5 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于太陽能電池的研究逐漸的深入，太陽能電池材料也變得更加的豐富，在選擇太陽能電池材料的時(shí)候需要盡量的選擇體積比較小，來源比較豐富的材料，光電轉(zhuǎn)換的效率比較高，提高光電轉(zhuǎn)換效率，在選擇太陽能電池材料時(shí)，一般采用硅材料，但技術(shù)還不成熟，在應(yīng)用過程中面臨很多問題。為了滿足人們對(duì)能源凈化的需求，硅凈化技術(shù)更加簡(jiǎn)單。此外，我們還需要研究新的太陽能電池材料，以促進(jìn)太陽能電池產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，有效提升太陽能電池的穩(wěn)定性。