太阳能电池的原理及制作<2>

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2．硅太阳能电池的生产流程
通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350~450μm的高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成.

上述方法实际消耗的硅材料更多.为了节省材料,目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法,包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺.此外,液相外延法(LPPE)和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池.
化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上,衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等.但研究发现,在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙.解决这一问题办法是先用 LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层,再将这层非晶硅层退火,得到较大的晶粒,然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜,因此,再结晶技术无疑是很重要的一个环节,目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法.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.

三、纳米晶化学太阳能电池
在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的,但由于成本居高不下,远不能满足大规模推广应用的要求.为此,人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索,而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视.
以染料敏化纳米晶体太阳能电池(DSSCs)为例,这种电池主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底,染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分.

阳极:染料敏化半导体薄膜(TiO2膜)
阴极:镀铂的导电玻璃
电解质:I3-/I-

如图所示,白色小球表示TiO2,红色小球表示染料分子.染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态,激发态不稳定,电子快速注入到紧邻的TiO2导带,染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿,进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流.
纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能.其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1/5~1/10．寿命能达到20年以上.但由于此类电池的研究和开发刚刚起步,估计不久的将来会逐步走上市场.

四、染料敏化TiO2太阳能电池的手工制作
1.制作二氧化钛膜
(1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨

(2)接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜

(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结10~15分钟,然后冷却

2.利用天然染料为二氧化钛着色
如图所示,把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶,加一汤匙的水并进行挤压,然后把二氧化钛膜放进去进行着色,大约需要5分钟,直到膜层变成深紫色,如果膜层两面着色的不均匀,可以再放进去浸泡5分钟,然后用乙醇冲洗,并用柔软的纸轻轻地擦干.

3.制作正电极
由染料着色的TiO2为电子流出的一极(即负极).正电极可由导电玻璃的导电面(涂有导电的SnO2膜层)构成,利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的,利用手指也可以做出判断,导电面较为粗糙.如图所示,把非导电面标上‘+’,然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨.

4.加入电解质
利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质,它主要用于还原和再生染料.如图所示,在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质即可.

5.组装电池
把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上,在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质,然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上.把两片玻璃稍微错开,用两个夹子把电池夹住,两片玻璃暴露在外面的部分用以连接导线.这样,你的太阳能电池就做成了.

6.电池的测试
在室外太阳光下,检测你的太阳能电池是否可以产生电流.