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鈣鈦礦太陽能電池基本原理

時(shí)間:2023-03-11來源:www.maisondekeyser.com太陽能電池原理太陽能電池

鈣鈦礦太陽能電池是目前比較熱門的研究對(duì)象,國內(nèi)外很多課題組從事于這方面的研究。該類型電池的光吸收層材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu),因此被命名為鈣鈦礦太陽能電池。材料的禁帶寬度可以通過改變組成物質(zhì)的種類及比例來調(diào)控,能覆蓋的光譜吸收范圍寬至紅外波段,同時(shí)具備載流子擴(kuò)散距離長和遷移率高的優(yōu)點(diǎn)。器件的光電轉(zhuǎn)換效率從2009年報(bào)道的3.8%到如今的最高25.2%。在生產(chǎn)工藝上,能通過溶液旋涂法進(jìn)行低溫制備,整體制造成本較低,并且可以制備柔性器件。兼具上述優(yōu)勢,鈣鈦礦電池憑借其無比卓越的光電性質(zhì)和前景巨大的發(fā)展空間得到了全世界的研究人員的認(rèn)可,可以說是站在了太陽能電池舞臺(tái)的中央。

柔性鈣鈦礦太陽能電池原理

 

鈣鈦礦太陽能電池基本原理是光生伏特效應(yīng),器件的工作機(jī)制總體可以被劃分為五個(gè)過程:


1、光子吸收過程:受到太陽光輻射時(shí),電池的光吸收層材料吸收光子產(chǎn)生受庫侖力作用束縛的電子-空穴對(duì),即激子。

 

2、激子擴(kuò)散過程:激子產(chǎn)生后不會(huì)停留在原處,會(huì)在整個(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。激子的擴(kuò)散長度足夠長,激子在運(yùn)動(dòng)過程發(fā)生復(fù)合的幾率較小,大概率可以擴(kuò)散到界面處。

 

3、激子解離過程:鈣鈦礦材料的激子結(jié)合能小,在鈣鈦礦光吸收層與傳輸層的界面處,激子在內(nèi)建電場的作用下容易發(fā)生解離,其中電子躍遷到激發(fā)態(tài),進(jìn)入LUMO能級(jí),解除束縛的空穴留在HOMO能級(jí),進(jìn)而成為自由載流子。

 

4、載流子傳輸過程:激子解離后形成的自由載流子,其中自由電子通過電子傳輸層向陰極傳輸,自由空穴通過空穴傳輸層向陽極傳輸。

 

5、電荷收集過程:自由電子通過電子傳輸層后被陰極層收集,自由空穴通過空穴傳輸層后被陽極層收集,兩極形成電勢差。電池與外加負(fù)載構(gòu)成閉合回路,回路中形成電流。