(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，光電化學電池 ，比如:染料敏化太陽電池，有機薄膜電池等。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。為了克服這種負面效應，發(fā)展了 nc-Si ， μ c-Si 和 poly-Si 薄膜電池以及多疊層電池 。 如何高速生長均勻穩(wěn)定的晶化硅薄膜成為國際上研究的熱點和難點 。 此外 ， 為了實現(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限制性能的提高，成為需要解決的重點問題。此外，研究氣源分解、淀積、成膜機制 ，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匹配等問題 。 并已經(jīng)取得很大進展 ， 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驗室效率達到 16% 以上，但如果作為大規(guī)模生產(chǎn)與應用的光伏器件，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今多晶及非晶薄膜太陽電池研究的最高紀錄。如何提高光伏材料性能和穩(wěn)定性是 CIGS 研究的重點;另外 ，將其推向大規(guī)模生產(chǎn)應用的光伏市場 ， 還必須要深入研究貴金屬銦的供給是否會發(fā)生短缺等問題。光電化學電池面臨的問題是對太陽光吸收大的窄帶半導體在電解液中穩(wěn)定性差 。 解決這個問題的一種有效途徑是染料敏化太陽電池( DSSC )，利用可以有效吸收太陽光的染料來對寬帶隙的氧化物半導體進行敏化 。 1991 年瑞士洛桑高等工業(yè)學院 Gratzel 教授等首次將納米晶多孔 TiO2 膜作半導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 7.1% 。由于染料敏化太陽電池制作工藝簡單，成本低廉，引起了各國科研工作者的廣泛關注，但這種電池的效率和穩(wěn)定性仍然需要進一步提高。有機物太陽電池生產(chǎn)成本極低 ， 容易制作 ， 材料來源廣泛 ， 同時具有柔性 ， 可以大大拓寬太陽電池的應用范圍 。 在材料研究方面 ， 主要是改善有機材料對太陽光譜的吸收 、 調(diào)節(jié)吸收材料的帶隙 、 同時提高其載流子遷移率 。 如何獲得低 HOMO 能級的窄帶隙有機材料是一大難題 。

 

目前 ， 有機太陽電池的實驗室效率已經(jīng)達到了 6% 以上 。 提高效率和穩(wěn)定性是以后的研究重點。需要進一步開發(fā)高性能的光電新材料，以及電池新結(jié)構。除此之外，光伏材料的研究還包括氧化物體系，比如 Cu2O ， ZnO 等;無機納米晶材料 ， 比如 CdTe 納米晶等 ; 以及有機無機雜化材料等 。 在這些材料的制備和性能改進方面都有進展，但仍然都不成熟。

(III) 低維納米材料:納米微結(jié)構材料的晶粒尺寸與載流子的散射長度是同數(shù)量級的 ，散射速率減小 ， 增長了載流子的收集效率 ; 微結(jié)構可以調(diào)節(jié)能帶結(jié)構 ， 控制微結(jié)構尺寸可以吸收特定能量范圍的光子 ; 利用納米微結(jié)構開發(fā)疊層電池 ， 可以實現(xiàn)對太陽光譜的全譜吸收 ;量子阱超晶格中的微帶效應 ， 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間比能量弛豫時間短 ， 可以以此開發(fā)熱載流子電池 ; 量子點陣列的量子隧道效應 ， 可以避免很多材料性能對載流子輸運產(chǎn)生的限制，抑制載流子復合，提高載流子輸運效率。正因如此 ， 低維納米材料 ， 特別是量子點材料被認為可以用來開發(fā)超高效太陽電池 。 特別是 ， 上面提高 的MEG 效應，更是指出了量子點材料在高效太陽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 ， 盡管近年來已經(jīng)成為了研究熱點 ， 但還沒有真正開發(fā)出具有實用價值的器件。

作者：納米能源 來源：快資訊 責任編輯：jianping