納米結構材料及其技術在太陽能電池中的應用

田舒臣(北京科技大學，北京 100083)

0 引言

隨著科學技術研究的逐漸深入，現如今為了能夠滿足人們的實際需求，減少石油資源的消耗，維護生態平衡，減少石油消耗對生態環境的污染，太陽能電池得到日益的關注并且發揮著極其重要的作用，現如今太陽能電池材料以及技術得到極其廣泛的應用。納米結構材料以及技術在太陽能電池當中的作用非常的顯著，能夠提高太陽能電池的效果，促進太陽能電池的進一步發展。

1 染料敏化太陽電池材料的應用

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的研究是非常成功的。這種太陽能電池的效率非常高。當光能轉化為電能時，效率可達到11.3%。此外，與傳統太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池效率高，在制作的過程當中需要花費比較少的材料，導致成本比較低，并且材料的來源非常的豐富，在制作的過程當中所需要的工藝也非常簡單，性能非常的穩定，能夠保證電力的可持續運用[1]。

除此之外，染料敏化太陽能電池也屬于一種比較復雜的復合體系，主要是由有機以及無機所構成。該類太陽能電池的電極是由納米晶半導體多孔膜作為的，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法和絲網印刷法制作電極[2]。現如今對太陽能電池的研究也逐漸的深入，在研究的過程當中，研究最廣泛的內容便是納晶多孔薄膜。在研究的過程當中，利用溶膠凝膠法制做出所需要的納米膠粒，將已經制作完成的納米膠粒涂抹在能夠導電的玻璃上，最后進行燒結形成納晶薄膜，在對薄膜進行電解的過程當中，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，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。根據研究,可以發現,當表面態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致密層二氧化鈦薄膜在光電陽極導電玻璃基板上,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合。通過對納米晶半導體氧化物的研究，可以發現納米晶結構材料已經得到了廣泛的應用。納米晶結構材料在太陽能電池中的應用具有生產成本低、穩定性好等優點。在電能轉換時，轉換效率較高[3]。

2 有機聚合物太陽能電池材料的應用

在太陽能電池的生產過程中，也可以使用有機聚合物太陽能電池材料。有機聚合物太陽能電池材料的關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換和傳輸，能夠更好的將太陽能光照轉化為電能，滿足人們的用電需求，此外，在應用過程中可通過溶液或絲網印刷形成可溶聚合物膜[4]。

此外，當聚合物太陽能電池中聚集大量聚合物材料時，可形成可溶聚合物膜，能夠借助化學分子進行修飾并且摻雜，從而能夠對材料的電導性進行調整，降低代謝，提高太陽光所吸收的效率。比如在有機聚合物太陽能電池材料當中MEH-PPV聚合材料具有非常高的吸收系數，能夠對太陽光能進行有效地吸收，當吸收的系數達到最高值的時候，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也包括富勒烯族材料，富勒烯族材料在聚合物光伏電池當中的應用研究也非常的廣泛，并且得到極其廣泛的應用，發揮著積極有效的效果，與其他的材料相比有機聚合物的材料也具備比較多的優勢，比如該材料的柔性比較好，體重比較輕，在制作的過程當中會花費比較少的成本，制作工藝比較簡單，材料的來源比較豐富，對此將有機聚合物太陽能電池材料應用到太陽能電池制作的過程當中，具有極其重要的意義，從而為人類提供更加穩定的電能，減少資源的浪費[6]。

進入上世紀80年代以來，現如今人們越來越重視太陽能電池的研究，從而注意到生態穩定對于社會經濟發展的重要性，經過長時間的研究以及發展，研究學者對于太陽能電池材料的研究逐漸的深入，我們取得了非常有效的成效。可以發現，有機聚合物太陽能電池的光電轉換效率非常高，可以達到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聚合物等等。在采用該類電池進行光電轉換的時候需要保證存在于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，該類電池材料的發展方向非常的廣闊，能夠更好的發揮自身的作用。

3 光伏發電電池材料

現如今對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，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能。但是，使用這種方法進行光電轉換時，會損失一部分輸入電壓，這就需要應用新材料。

為了提高光電轉換效率，便需要采取理想的材料，在實際當中很難保證晶體結構當中所形成的缺陷準確無誤地出現在所需要的地方，對此為了能夠達到該目的，許多科學家便會在單晶硅當中摻入稀土金屬元素來制造太陽電池，從而研究光伏發電對于光電轉化效率的影響，采用光伏電池材料進行太陽能電池制作，能夠有效的降低價格，減少硅材料的用量，創造更多的經濟收益。

4 多元化合物太陽電池材料

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

多元化合物半導體太陽電池與傳統的太陽能電池相比突破了傳統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，促進了薄膜太陽能技術的研究。化合物半導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，能夠擴大太陽能吸收光譜的范圍，具有較大范圍內的太陽光譜響應特性。使用多元化合物材料制作太陽電池能夠僅僅依靠幾個微米厚的材料吸收陽光的絕大部分，對此多元化合物是制作薄膜太陽電池的最佳材料。

根據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會消耗大量的成本，脆性比較大，對此，在使用該類化合物材料制作太陽電池的時候可以將太陽能電池作為薄膜形式，克服重量上的弊端，提高光電的轉化率。

5 結語

隨著社會經濟的不斷發展，對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，光電轉換的效率比較高，提高光電轉換效率，在選擇太陽能電池材料時，一般采用硅材料，但技術還不成熟，在應用過程中面臨很多問題。為了滿足人們對能源凈化的需求，硅凈化技術更加簡單。此外，我們還需要研究新的太陽能電池材料，以促進太陽能電池產業的進一步發展，有效提升太陽能電池的穩定性。