貝郎斯蓄電池（自動(dòng)化）有限公司

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一、硅太陽能蓄電池   
硅太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)，它的核心結(jié)構(gòu)是n型硅/p型硅構(gòu)成的活性層。通過特殊工藝向硅晶體中摻入少量的三價(jià)硼(一般107個(gè)原子•cm-3～1019個(gè) 原子•cm-3)就可以構(gòu)成p(positive)型硅。未摻雜的硅晶體中，每個(gè)硅原子通過共價(jià)鍵與周圍4個(gè)硅原子相連。摻入少量硼后，硼原子取代某些硅 原子的位置，并且在這些硅原子的位置上也與周圍4個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵。因?yàn)榕鹪又挥?個(gè)價(jià)電子，與周圍4個(gè)硅原子成鍵時(shí)缺少1個(gè)電子，它需要從硅晶體中 獲取1個(gè)電子才能形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。結(jié)果，硼原子變成負(fù)離子，硅晶體中形成空穴(空穴帶一個(gè)單位的正電荷)。如果向硅晶體中摻入少量五價(jià)磷或者砷就構(gòu)成了 n(negative)型硅，例如摻入磷(107個(gè)原子•cm-3～1019個(gè)原子•cm-3)。

太陽能膠體蓄電池?fù)饺氲牧自油瑯尤〈柙拥奈恢茫⑴c周圍的4個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵。因?yàn)榱自佑?個(gè)價(jià)電子，成鍵后剩下1個(gè)價(jià)電子，這個(gè)電子受到的束 縛力比共價(jià)鍵上的電子小得多，很容易脫離磷原子，成為自由電子，結(jié)果該磷原子成為正離子。需要說明的是，p型和n型硅都是電中性的。當(dāng)把p型硅與n型硅通 過一定方式結(jié)合在一起時(shí)，發(fā)生如圖2所示的pn結(jié)形成過程。在n區(qū)(n型硅一側(cè))與p區(qū)(p型硅一側(cè))的交界面附近，n區(qū)的自由電子較多空穴較少，p區(qū)則 是空穴較多自由電子較少，這樣在p區(qū)和n區(qū)之間出現(xiàn)空穴和自由電子的濃度差。濃度差導(dǎo)致空穴從p區(qū)向n區(qū)擴(kuò)散，自由電子從n區(qū)向p區(qū)擴(kuò)散，二者在界面附近 復(fù)合。
p區(qū)界面附近帶正電荷的空穴離開后，留下帶負(fù)電荷的硼，因此形成1個(gè)負(fù)電荷區(qū)。同理，太陽能蓄電池在n區(qū)界面附近出現(xiàn)1個(gè)正電荷區(qū)。通常把交界面附近的這 種正、負(fù)電荷區(qū)域叫做空間電荷區(qū)。空間電荷區(qū)中的正、負(fù)電荷產(chǎn)生1個(gè)由n區(qū)指向p區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)。在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，空穴和電子發(fā)生漂移，方向與它們各自 的擴(kuò)散方向相反，即電子從p區(qū)漂移到n區(qū)，空穴從n區(qū)漂移到p區(qū)。顯然，內(nèi)建電場(chǎng)同時(shí)又起著阻礙電子和空穴繼續(xù)擴(kuò)散的作用。隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，空間電荷逐漸 增多，內(nèi)建電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，空穴和電子的漂移也逐漸增強(qiáng)，但空穴和電子的擴(kuò)散卻逐漸變?nèi)酢o外界影響時(shí)，空穴和電子的擴(kuò)散和漂移最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

機(jī)聚合物太陽能蓄電池具有多種結(jié)構(gòu)類型,但都呈夾心式,基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。電池的頂部一般為透明的玻璃基底,上面鍍有可透光的金屬薄層作為前電極,一 般為銦錫氧化物(ito)。與前電極接觸的是有機(jī)半導(dǎo)體層,它連接一層不透明的金屬作為背電極。當(dāng)外部負(fù)載通過金屬導(dǎo)線與兩個(gè)電極相連時(shí),就形成一個(gè)太陽 能電池,它的光伏效應(yīng)區(qū)是有機(jī)半導(dǎo)體層。按照有機(jī)半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu),有機(jī)聚合物太陽能電池可以劃分為三大類,即單層結(jié)構(gòu)(單一有機(jī)或共軛聚合物材料)、雙層 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。太陽能蓄電池對(duì)于聚合物雙層異質(zhì)結(jié)太陽能電池,其有機(jī)半導(dǎo)體雙層由共軛聚合物(電子給體,類似于p型硅)和富勒烯或其衍生物 (電子受體,類似于n型硅)構(gòu)成,厚度常為100～200nm。常見的電子給體有聚噻吩、聚對(duì)苯乙烯撐及其衍生物,其中p3ht(聚3-己基噻吩)在目前 應(yīng)用最為普遍。常見的電子受體是pcbm,它是c60的一種可溶性衍生物。這兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示于。通常,ito電極和有機(jī)半導(dǎo)體層之間還夾一層透明導(dǎo)電聚 合物修飾層,厚度為30～60nm,以提高電池的性能。當(dāng)光透過ito電極照射到有機(jī)半導(dǎo)體層上時(shí),層中的電子給體p3ht吸收光子,發(fā)生如圖6所示的過 程。在光子的激發(fā)下,p3ht最高占據(jù)軌道上的價(jià)電子躍遷到空軌道上,最高占據(jù)軌道留下空穴,形成電子空穴對(duì)。由于電子給體p3ht空軌道的能量 比電子受體pcbm空軌道的能量高,所以躍遷電子從p3ht的空軌道轉(zhuǎn)移到pcbm的空軌道上,最終被金屬負(fù)極收集。同時(shí),空穴向ito正極 轉(zhuǎn)移,并被收集。這樣就實(shí)現(xiàn)了電子和空穴的分離,產(chǎn)生光電流和光電壓。有機(jī)聚合物單層太陽能電池的結(jié)構(gòu),可以簡(jiǎn)單地看做是雙層異質(zhì)結(jié)太陽能電池除去電子受 體層。與雙層異質(zhì)結(jié)太陽能電池相比,單層太陽能電池存在電子、空穴復(fù)合率更高等缺點(diǎn),因此電池轉(zhuǎn)化效率較低。