可见光响应型太阳能电池项目投资立项报告可研报告

多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。

德国费莱堡太阳能研究所采用区熔再结晶技术在衬底上制得的多晶硅电池转换效率为，日本三菱公司用该法制备电池，效率达。

液相外延法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。

美国公司采用制备的电池效率达。

我国光电发展技术中心的陈哲良教授采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称之为硅粒太阳能电池，但有关性能方面的报道还未见到。

从石英砂制备单晶硅和多晶硅太阳能电池的工艺流程如下图所示。

图从石英砂到晶硅太阳能电池的工艺流程非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池的优势是硅资源消耗少生产成本低，近年来发展迅速。

目前非晶硅单结电池的最高效率已可达到左右，大量生产的可达到左右。

叠层电池的最高效率可达到。

比较代表性的非晶硅电池生产厂家有德国，日本和美国。

由于非晶硅对太阳光的吸收系数大，因而非晶硅太阳能电池可以做得很薄，通常硅膜厚度仅为，是单晶硅或多晶硅电池厚度左右的，所以制作非晶硅电池资源消耗少。

非晶硅太阳能电池般是用高频辉光放电等方法使硅烷气体分解沉积而成的。

由于分解沉积温度低左右，因此制作时能量消耗少，成本比较低，且这种方法适于大规模生产，单片电池面积可以做得很大例如，整齐美观。

非晶硅电池的另特点是对蓝光响应好，在般的荧光灯下也能工作，因此被广泛用作电子计算器和手掌电脑的电源，估计全世界使用量达到每月千万片左右。

非晶硅中由于原子排列缺少结晶硅中的规则性，往往在单纯的非晶硅结构中存在缺陷，隧道电流占主导地位，无法制备太阳能电池。

因此要在层与层之间加入较厚的本征层，以扼制其隧道电流，所以非晶硅太阳能电池般具有结构。

如果制成的多层结构便形成叠层结构，在提高非晶硅太阳能电池的转换效率和改善稳定性方面，叠层太阳能电池是个重要的发展方向。

非晶硅由于其内部结构的不稳定性和大量氢原子的存在，具有光疲劳效应效应，故非晶硅太阳能电池经过长期工作稳定性存在问题。

近年来经努力研究，虽有所改善，但尚未彻底解决问题，故作为电力电源，尚未大量推广。

非晶硅太阳能电池的研究，现在主要着重于改善非晶硅膜本身性质，以减少缺陷密度，精确设计电池结构和控制各层厚度，改善各层之间的界面状态，以求得高效率和高稳定性。

化合物半导体太阳能电池化合物半导体太阳能电池突破了由硅原料硅锭硅片太阳能电池的工艺路线，采用直接由原材料到太阳能电池的工艺路线，发展了薄膜太阳能技术，这适应了太阳能电池的高效率低成本大规模生产化发展的要求。

目前，化合物半导体薄膜太阳能电池的主要类型有系太阳能电池系太阳能电池系列太阳能电池太阳能电池系列太阳能电池和系列太阳能电池。

上述电池中，尽管多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。

及系列薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。

属于族化合物半导体材料，其能隙为，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池材料。

等化合物薄膜电池的制备主要采用和技术，其中方法制备薄膜电池受衬底位错反应压力比率总流量等诸多参数的影响。

除外，其它化合物如等电池材料也得到了开发。

年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的太阳能电池转换效率为，为欧洲记录。

首次制备的究与开发，至今已有二十多年的历史。

在这期间，南开大学取得了项研究成果并获得实用新型专利项获得国家科委国家教委非晶硅太阳电池中试线重大科技成果奖项。

并成功地建设了非晶硅太阳能电池试验线和中试线。

为其产业化奠定了技术基础。

四川大学太阳能材料与器件研究所在冯良桓教授的带领下，率先在我国开展了碲化镉薄膜太阳能电池的研究。

在九五期间，承担了科技部资助的科技攻关计划课题ⅡⅥ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制。

现在承担的碲化镉薄膜太阳电池的制造技术及中试生产线是国家计划中的重点课题之，再次创造我国碲化镉电池转换效率的新纪录，也创造了我国各种新型太阳能电池的新纪录。

专家们认为，这项纪录是在没有使用减反射膜的情况下得到的，实际上已接近世界领先水平。

目前，该项目已申请和获得了项中国发明专利，所提供的成果既包含全套大面积碲化镉薄膜太阳能电池组件的制造技术，还包含万元以上的关键设备。

单晶硅太阳能电池由于制作工艺复杂，使得生产成本很高，远不能达到大规模推广应用的要求。

多晶硅非晶硅及镉碲化合物半导体太阳能电池中光的吸收和电子空穴的分离几乎是同时进行的，为了避免电子空穴的复合，所用材料必需具有高纯度而且没有结构缺陷，这样造成了半导体材料的高成本。

同时像等还有毒性，这些因素限制了这类液结半导体太阳能电池的进步发展。

世纪年代以来，人们直在探索高比表薄膜的制备方法，并用光敏化材料对其敏化以提高光电转换特性，但是转换效率低，单色光的光电转换效率直低于。

年，瑞士的等人提出了种以羧酸联吡啶钌Ⅱ配合物染料敏化纳米薄膜为光阳极，选用含ⅠⅠ等低挥发性盐作电解质制成的纳米晶化学太阳能电池简称电池取得了模拟太阳光下的光电能转换效率。

这种染料敏化的仅在个带上产生载流子，即阳极发生敏化后，电子注入纳米导带，而空穴仍留在表面的染料上，因此电荷的重新复合受到抑制，从而可以使用纯度不高的材料，成本大为降低。

此后，电池引起了各国科学家的广泛关注。

我国无论在电池的科学研究和产业化研究上都取得了不少阶段性的成果。

在科学研究上，北京大学黄春晖教授领导的研究组在纯有机染料电极材料的修饰以及多联吡啶钌染料的优化都取得了较好的结果中科院化学研究所的肖绪瑞教授，林原教授等人在凝胶复合染料和半固态电解质等方面取得了定的结果中科院物理所表面物理国家重点实验室孟庆波教授等人在固态电解质和紧凑有序阵列电极等方面有所创新中科院等离子所戴松元教授等人对染料敏化太阳能电池组件及封装技术做出了较系统的研究，浙江大学东南大学大连理工大学和华侨大学对染料敏化纳米晶太阳能电池研究也取得较好的成果，在染料敏化剂纳米薄膜修饰和电池光电效率上都与国际水平相接近，且在该领域具有定的影响。

在产业化研究上，经过国家重点基础研究发展规划项目和中国科学院知识创新项目的资助，现已在中国科学院等离子体物理研究所建成产业化初步实验线，并接近中试规模。

其中，单片大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的光电转换效率稳定在以上，并通过拼装的方式组装成实用的太阳能电池板，面积达到以上，室外测试电池效率达到以上，接近未来实用化水平，为目前国际较高水平，并已突破染料敏化纳米薄膜太阳能电池在电极密封和连接等应用瓶颈，近期，在实验室小批量实用化生产和技术研究上取得重大进展，建成瓦规模的小型示范电站，其电池方阵面积为平方米，光电转换效率达到。

年，中国科学院物理研究所孟庆波研究员和陈立泉院士等合作，合成了种新型的具有单碘离子输运特性的有机合成化合物固态电解质，研制的固态复合电解质纳米晶染料敏化太阳能电池效率达到了。

这些工作都为电池的最终产业化，知识产权国产化奠定了坚实的基础。

但对电池来说，目前还存在着以下些制约因素。

现在公认使用效果最好的的制备过程比较复杂，而钌本身又是稀有金属，因而价格比较昂贵，来源也较困难。

另外，二氧化钛易使染料光解，从而导致接触不好。

因此，寻找低成本而性能良好的染料成为当前研究的个热点。

在电池研制过程中，染料光敏化剂的光谱吸收特性和稳定性是很重要的因素，若能找到具有更宽吸收范围的染料光敏化剂，有助于提高光电能量转换率。

大量的实验表明，染料的多层吸附是不可取的，因为只有非常靠近二氧化钛表面的敏化剂分子才能把激发态的电子顺利注入到二氧化钛导带中去，多层敏化剂的存在反而会阻碍电子的输送，导致光电能量转换率下降。

为使单层吸附的效率提高，可以采取以下方法使用高比表面的多孔膜来代替平整膜提高染料在电极表面的吸附能力，因为染料的激发态寿命很短，只有与电极紧密结合的染料才有可能将能量及时传递给电极，所以染料最好能化学吸附在电极上。

另外，设计更多更有效的多吡啶钌化合物，或者其他替代物也是重要的努力方向。

第三章低成本高性能可见光响应型太阳能电池可见光响应型太阳能电池研究的重大意义近年来太阳能电池发展很快，年以来，每年的发展速度都在以上，年全球产量更是达到，可谓发展迅速。

即便如此，世界太阳能电池产量仍然供不应求，尤其是德国实行了新的并网电价后，光伏发电在德国成了很有前途的产业，吸引德国民众踊跃参与，更是加剧了这种供应紧张趋势。

这种现象并不是暂时的，需求量尚未达到最高峰，随着欧美日本等发达国家和些发展中国家包括中国继续实施庞大的光伏屋顶计划，对太阳能电池的需求会更加迫切。

不过与目前的常规能源相比，太阳能电池的使用成本还是很高。

通过改进现有的制造工艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率是太阳能电池研发的主要方向。

许多科研工作者在这些方面进行了大量的研究工作，南京大学用可见光响应型光电极制备的太阳能电池作为新代太阳能电池，这是世界上首次的研究，其具有明显的原创性，结果表明有广泛的实用化前景。

它实际上是种新型的纳米晶太阳能电池，不用或少用染料敏化剂，进步降低了生产成本，方便大规模生产，具有很强的竞争力。

因此，发展可见光响应型太阳能电池具有重要的意义。

可见光响应型太阳能电池的结构可见光响应型太阳能电池主要由透明导电基片多孔纳米晶氧化物半导体薄膜染料光敏化剂电解质溶液含超敏化剂和透明电极组成，每层厚度不大于，导电玻璃层除外。

其工作原理是，染料分子吸收太阳光能后跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的氧化物半导体导带，而且氧化物半导体本身价带上的电子也能被激发到导带。

半导体和染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入氧化物半导体导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。

图可见光响应型太阳能电池的结构注组是国际标准，是指在每平方厘米上有相当于的太阳能照射。

可见光响应