(II) 薄膜材料 :薄膜化是降低電池成本的有效手段。這些材料的研究是和電池同步進(jìn)行的。目前發(fā)展的薄膜電池主要有:硅基薄膜電池，多元化合物薄膜電池，光電化學(xué)電池 ，比如:染料敏化太陽(yáng)電池，有機(jī)薄膜電池等。硅薄膜電池是這其中最成功的薄膜電池。最初采用的是 a-Si:H 材料，但與體硅相 比a-Si:H 電池效率較低。而且， a-Si:H 材料微結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)態(tài)屬性決定了其具有光致不穩(wěn)定性 ，即 S-W 效應(yīng)。為了克服這種負(fù)面效應(yīng)，發(fā)展了 nc-Si ， μ c-Si 和 poly-Si 薄膜電池以及多疊層電池 。 如何高速生長(zhǎng)均勻穩(wěn)定的晶化硅薄膜成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn) 。 此外 ， 為了實(shí)現(xiàn)帶隙調(diào)節(jié)，還往里引入了碳組分或者鍺組分。目前，初始效率達(dá)到 15% 以上的高效硅薄膜電池就是 a-Si/a-SiGe/a-SiGe 三疊層電池。在材料研究方面，硅基薄膜材料引入的界面缺陷會(huì)限制性能的提高，成為需要解決的重點(diǎn)問題。此外，研究氣源分解、淀積、成膜機(jī)制 ，提高氣源利用率是急待解決的重要方向。

多元化合物薄膜太陽(yáng)電池主要包括砷化鎵等 Ⅲ - Ⅴ 族化合物 、 硫化鎘 、 碲化鎘及銅銦鎵硒( CIGS )系薄膜電池等。比如 GaAs 能量轉(zhuǎn)換效率通常都比較高，但由于這種高效電池采用 MOCVD 外延工藝制造，成本高，主要用在聚光系統(tǒng)中。人們一直致力于解決各種不同組分層之間的晶格匹配及熱力學(xué)匹配等問題 。 并已經(jīng)取得很大進(jìn)展 ， 小面積多結(jié) GaAs 電池的效率已超過 40% 。目前碲化鎘系電池實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到 16% 以上，但如果作為大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用的光伏器件，則必須考慮環(huán)境污染問題。銅銦鎵硒( CIGS )是極具潛力的制備低成本電池的薄膜材料 ， 其能量轉(zhuǎn)換效率 、 使用壽命和抗輻射性能力均超過當(dāng)今多晶及非晶薄膜太陽(yáng)電池研究的最高紀(jì)錄。如何提高光伏材料性能和穩(wěn)定性是 CIGS 研究的重點(diǎn);另外 ，將其推向大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的光伏市場(chǎng) ， 還必須要深入研究貴金屬銦的供給是否會(huì)發(fā)生短缺等問題。光電化學(xué)電池面臨的問題是對(duì)太陽(yáng)光吸收大的窄帶半導(dǎo)體在電解液中穩(wěn)定性差 。 解決這個(gè)問題的一種有效途徑是染料敏化太陽(yáng)電池( DSSC )，利用可以有效吸收太陽(yáng)光的染料來(lái)對(duì)寬帶隙的氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行敏化 。 1991 年瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院 Gratzel 教授等首次將納米晶多孔 TiO2 膜作半導(dǎo)體電極引入染料敏化電極中，在 AM1.5 條件下的光電轉(zhuǎn)換率可達(dá) 7.1% 。由于染料敏化太陽(yáng)電池制作工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，引起了各國(guó)科研工作者的廣泛關(guān)注，但這種電池的效率和穩(wěn)定性仍然需要進(jìn)一步提高。有機(jī)物太陽(yáng)電池生產(chǎn)成本極低 ， 容易制作 ， 材料來(lái)源廣泛 ， 同時(shí)具有柔性 ， 可以大大拓寬太陽(yáng)電池的應(yīng)用范圍 。 在材料研究方面 ， 主要是改善有機(jī)材料對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收 、 調(diào)節(jié)吸收材料的帶隙 、 同時(shí)提高其載流子遷移率 。 如何獲得低 HOMO 能級(jí)的窄帶隙有機(jī)材料是一大難題 。

 

目前 ， 有機(jī)太陽(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)室效率已經(jīng)達(dá)到了 6% 以上 。 提高效率和穩(wěn)定性是以后的研究重點(diǎn)。需要進(jìn)一步開發(fā)高性能的光電新材料，以及電池新結(jié)構(gòu)。除此之外，光伏材料的研究還包括氧化物體系，比如 Cu2O ， ZnO 等;無(wú)機(jī)納米晶材料 ， 比如 CdTe 納米晶等 ; 以及有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料等 。 在這些材料的制備和性能改進(jìn)方面都有進(jìn)展，但仍然都不成熟。

(III) 低維納米材料:納米微結(jié)構(gòu)材料的晶粒尺寸與載流子的散射長(zhǎng)度是同數(shù)量級(jí)的 ，散射速率減小 ， 增長(zhǎng)了載流子的收集效率 ; 微結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)能帶結(jié)構(gòu) ， 控制微結(jié)構(gòu)尺寸可以吸收特定能量范圍的光子 ; 利用納米微結(jié)構(gòu)開發(fā)疊層電池 ， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光譜的全譜吸收 ;量子阱超晶格中的微帶效應(yīng) ， 可大大提高光電轉(zhuǎn)換效率 ; 低維材料熱載流子輻射收集時(shí)間比能量弛豫時(shí)間短 ， 可以以此開發(fā)熱載流子電池 ; 量子點(diǎn)陣列的量子隧道效應(yīng) ， 可以避免很多材料性能對(duì)載流子輸運(yùn)產(chǎn)生的限制，抑制載流子復(fù)合，提高載流子輸運(yùn)效率。正因如此 ， 低維納米材料 ， 特別是量子點(diǎn)材料被認(rèn)為可以用來(lái)開發(fā)超高效太陽(yáng)電池 。 特別是 ， 上面提高 的MEG 效應(yīng)，更是指出了量子點(diǎn)材料在高效太陽(yáng)電池制備中的巨大潛力。但是，這方面的研究仍然屬于前沿技術(shù) ， 盡管近年來(lái)已經(jīng)成為了研究熱點(diǎn) ， 但還沒有真正開發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的器件。

作者：納米能源 來(lái)源：快資訊 責(zé)任編輯：jianping