高效太陽能電池1內容提綱一、動機與背景二、Si基太陽電池的效率現狀與提高途徑三、提高太陽電池效率的幾種方法四、展望2一、動機與背景能源枯竭的嚴重性尋求新能源的主要途徑自然能-風力、熱力、水力生物能-儲能植物的開發光學能-集光技術光化學能-光分解與光合成光電能-光電池3Si基光伏電池的重要性光電能的優勢環保、綠色安全，直接使用占地面積小，不受地理位置限制可借用微電子成熟的半導體工藝品類豐富，效率不一，最高的III-V族疊層效率已到41.6%，c-Si

25%。Si基光伏電池的重要性：低成本、綠色化、資源豐富資源豐富：地殼中含量27%，居第二位（CIGS中In屬稀缺資源）綠色化：本身無毒無害，環境友好（CdTe薄膜中Cd有毒）低成本：Si的器件制作工藝相當成熟問題：每度電實際成本約1元，為常規煤電（0.6-0.7元）的2倍解決途徑提高效率：解決紫外、紅外約2/3光能的利用。降低Si的消耗：薄膜化、柔性化4太陽電池基本原理

UNSWPERL晶硅太陽電池，效率25%，面積20×20mm2電子、空穴輸運：沒有pn結！電子傳輸靠光陽極（納米網絡電極）和電解質，空穴留在染料上不動。人工制造的“樹葉”模擬葉綠體的光合作用，dreamintoreality敏化劑（葉綠素）+納米半導體網絡結構（類囊體，磷酸類酯膜）+氧化－還原電解質光合作用模擬光合作用人工制造的“樹葉”傳統材料三位一體:集光吸收、光生載流子分離、輸運于一體。DSC材料三權分立，單載流子輸運：光吸收（染料）電子、空穴分離與電子傳輸（納米晶半導體網絡電極）：電子注入到納米晶中，空穴留在染料表面，晶界阻擋電子與空穴的復合電子傳輸通道（固體電解質，氧化還原反應）陽光驅動的“電子泵”敏化劑分子吸收可見光，躍遷到激發態激發態不穩定性，敏化劑分子與TiO2表面相互作用，電子注入到TiO2導帶，隨后進入導電膜，輸出光電流。（帶有空穴）處于氧化態的染料分子被電解質中的碘離子I-還原回到基態，而I-被氧化為I-3I-3被從陰極進入的電子還原成I-，得到再生，構成了一個循環。整個過程：表觀上化學物質沒有發生變化，而光能轉化成了電能不同顏色的染料敏化電池柔性襯底上的染料敏化電池（Graetzel的結果）最好的單個DSC電池結果二、Si基太陽電池的效率現狀與提高途徑Si太陽電池的能帶圖，物理過程132.三類Si基太陽能電池：c-Si，poly-Si，a-Si141.吸收的光子2.低能光子：無法吸收3.高能光子：熱電子弛豫損失類型研究水平產業水平文獻出處C-Si25%14-17%SolarCellEfficiencyTables(Version34)，2009Poly-Si18%13-15%a-Si15.39%初始，13%穩定a-Si:H/a-SiGe:H/nc-Si:H4-9%Shockley-Queisser效率極限

Efficiencyandcostprojectionsforfirst-,second-andthirdgenerationphotovoltaictechnology(wafers,thin-films,andadvancedthin-films,respectively)Source:UniversityofNewSouthWalesFirstgenerationPVtechnology–SiWaferSecondgenerationPVtechnology-ThinfilmsThirdgenerationofPVtechnology–Advancedthinfilms&Nanotech.高效率，低成本4.1疊層提高太陽電池轉換效率的五種方法4.1疊層日本Sharp35.8%(2009年10月)提高太陽電池轉換效率的五種方法提高太陽電池轉換效率的五種方法4.1疊層硅量子點疊層4.1疊層疊層的變形－分光提高太陽電池轉換效率的五種方法4.2聚光聚光的優點：1節省電池2性能提高提高太陽電池轉換效率的五種方法4.2聚光疊層數量1234∞1個太陽31.0%42.5%48.6%52.5%68.2%聚光40.8%55.5%63.2%67.9%86.8%提高太陽電池轉換效率的五種方法提高太陽電池轉換效率的五種方法4.2聚光需求：跟蹤，散熱，高性能電池4.2聚光41.6%240個太陽美國波音Spectrolab實驗室2009年8月提高太陽電池轉換效率的五種方法4.3中間帶吸收提高太陽電池轉換效率的五種方法4.3中間帶吸收A摻雜提高太陽電池轉換效率的五種方法提高太陽電池轉換效率的五種方法4.3中間帶吸收B量子阱量子點4.3中間帶吸收C高失配合金提高太陽電池轉換效率的五種方法提高太陽電池轉換效率的五種方法4.4熱載流子利用熱載流子電池(理論高效86％）提高太陽電池轉換效率的五種方法4.4熱載流子利用多激子產生單結理論效率44%提高太陽電池轉換效率的五種方法4.4熱載流子利用多激子產生提高太陽電池轉換效率的五種方法4.4熱載流子利用多激子產生硅納米晶提高太陽電池轉換效率的五種方法4.5光子上轉換提高太陽電池轉換效率的五種方法4.5光子下轉換380nm激發451nm激發提高太陽電池轉換效率的五種方法疊層最成熟，目前最實用，但成本高聚光中間帶吸收研究最多，突破可能大熱載流子利用難度大光子上下轉換目前效率相當低，電池應用上受其它限制多五種方法研究現狀總結六、展望全光譜響應的實現，Si基太陽電池有望在10年內達到50%的光電轉換效率，部分替代常規的電力供應，大范圍地滿足社會的需求。>50%的轉換效率<1mm的薄膜結構

無盡豐富的Si資源(地球上含量>27%)

成熟的Si微電子工藝盡可能采用無排放的物理工藝