Chapter10 太陽能光伏發(fā)電

太陽能電池材料的研究進(jìn)展其其煤石油天然氣其他中國石油煤天然氣其他世界中國和世界的能源結(jié)構(gòu)

能源枯竭

石油：42年，天然氣：67年，煤：200年。環(huán)境污染

每年排放的二氧化碳達(dá)210萬噸，并呈上升趨勢，造成全球氣候變暖；空氣中大量二氧化碳，粉塵含量己嚴(yán)重影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境。

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

CxHy+O2H2O+CO2+SO2+NOx

同國外相比，我國的能源系統(tǒng)更加不具備可持續(xù)發(fā)展特點

能源枯竭的威脅可能來的更早

人口多，人均資源占有量僅及世界的一半，石油和天然氣資源僅占世界人均量的17.1％和13.2％；加之能源利用技術(shù)落后，效率低下，能耗高，枯竭速度可能會比國外更加迅速，能源匱乏的威脅可能來的更早

能源供需缺口將越來越大

2020年全國需求量27億噸TOE，尚缺4.8億噸標(biāo)煤；2050年一次需求量達(dá)到40億噸標(biāo)煤，缺口達(dá)10億噸標(biāo)煤，短缺25％以上

過度依賴煤炭，環(huán)境影響更加嚴(yán)重

煤炭幾乎滿足了我國一次能源需求的70％，66％的城市大氣顆粒物的含量和22％的城市的二氧化硫含量均超過國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，在冬季這些污染物的濃度更大，通常為夏季的2倍。環(huán)境專家估計，大氣中90％的二氧化硫和70％的煙塵來自于燃煤

煤廢料的處理仍是問題

煤炭開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的大量的矸石、腐蝕性水、煤泥、灰渣和飛灰等，已構(gòu)成對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的危害，成為制約所在地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一個制約因素

石油短缺，對外依存度加大

1993年我國成為石油凈進(jìn)口國，2001年進(jìn)口依存度已經(jīng)達(dá)到34％，隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，石油進(jìn)口量占整體石油需求量中的份額進(jìn)一步增長，預(yù)計到2020年將達(dá)到50％。太陽能風(fēng)能屬于本地資源，通過一定的工藝技術(shù)，不僅可轉(zhuǎn)換為電力，還可以直接、間接地轉(zhuǎn)換為液體燃料，如乙醇燃料、生物柴油和氫燃料，為各種移動設(shè)備提供能源。

可再生能源：

風(fēng)能；水能；地?zé)幔怀毕惶柲艿?/p>

潔凈能源：與石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，也不會造成環(huán)境污染

太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽能電池！資源豐富：40分鐘照射地球輻射的能量＝全球人類一年的能量需求

使用方便：同水能、風(fēng)能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。太陽能電池已成為各國實施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇日本----93年實施“新陽光計劃”，涵蓋74年的“陽光計劃”、78年的“月光計劃”和89年的“地球環(huán)境技術(shù)開發(fā)計劃”；97年宣布7萬太陽能光伏屋頂計劃，計劃到2010年安裝7600MWp太陽能電池日本利用其電子技術(shù)優(yōu)勢，大力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)品，其產(chǎn)量已經(jīng)相當(dāng)于全球產(chǎn)量的50%以上。英、荷、日、美等國企業(yè)基本壟斷了全球的光伏發(fā)電產(chǎn)品市場，其出口額占世界的貿(mào)易額的80%以上。美國----提出了逐步提高綠色電力的發(fā)展計劃。主要是通過風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能源發(fā)電等來達(dá)到目標(biāo)，其中太陽光伏發(fā)電預(yù)計到2020年將占美國屆時發(fā)電裝機(jī)增量的15%左右，累計安裝量達(dá)到36GW，保持美國在光伏發(fā)電技術(shù)開發(fā)、制造水平的世界領(lǐng)先地位。

美國百萬屋頂計劃的內(nèi)容與目標(biāo)太陽能電電池的發(fā)發(fā)展1954年美國貝貝爾實驗驗室制成成了世界界上第一一個實用用的太陽陽能電池池，效率率為4%，于1958年應(yīng)用到到美國的的先鋒1號人造衛(wèi)衛(wèi)星上。。由于材料料、結(jié)構(gòu)構(gòu)、工藝藝等方面面的不斷斷改進(jìn)，，太陽能能電池逐逐漸由航航天等特特殊的用用電場合合進(jìn)入到到地面應(yīng)應(yīng)用中?！，F(xiàn)在太太陽能電電池的價價格不到到20世紀(jì)70年代的1%。預(yù)期10年內(nèi)太陽陽能電池池能源在在美國、、日本和和歐洲的的發(fā)電成成本將可可與火力力發(fā)電競競爭。目目前，年年均增長長率35%，是能源源技術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域發(fā)展展最快的的行業(yè)。。辦公樓與與玻璃幕幕墻一體體化的PV太陽能屋屋頂系統(tǒng)統(tǒng)無機(jī)太陽陽能電池池光生伏特特效應(yīng)光子入射射：造成成躍遷產(chǎn)產(chǎn)生空穴穴－電子子對。電荷運(yùn)動的勢勢壘：p-n結(jié)區(qū)內(nèi)形成的的內(nèi)建電場。。阻礙電子從從n區(qū)向p區(qū)運(yùn)動，空穴穴從p區(qū)向n區(qū)運(yùn)動。光電池：空穴穴、電子通過過外電路復(fù)合合，在電路中中產(chǎn)生電流。。半導(dǎo)體中可以以利用各種勢勢壘如pn結(jié)、肖特基勢勢壘、異質(zhì)結(jié)結(jié)等形成光伏伏效應(yīng)。當(dāng)太陽能電池池受到陽光照照射時，光與與半導(dǎo)體相互互作用可以產(chǎn)產(chǎn)生光生載流流子，所產(chǎn)生生的電子-空穴對靠半導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)形成的的勢壘分開到到兩極，正負(fù)負(fù)電荷分別被被上下電極收收集。由電荷荷聚集所形成成的電流通過過金屬導(dǎo)線流流向電負(fù)載。。太陽能電池結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)換效率（h)＝入射在電池表表面的陽光的的功率負(fù)載中消耗的的功率太陽能電池材材料主要材料半導(dǎo)體表面涂層電極封裝單晶硅、多晶晶硅非晶硅、、GaAs有機(jī)半導(dǎo)體金屬氧化物、、導(dǎo)電聚合物物金屬導(dǎo)體玻璃、有機(jī)玻玻璃對材料的基本本要求①能充分利用用太陽能輻射射，即半導(dǎo)體體的禁帶不能能太寬；②有較高的光光電轉(zhuǎn)換效率率；③材料本身對對環(huán)境不造成成污染；④材料便于工工業(yè)化生產(chǎn)，，材料的性能能穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)濟(jì)無機(jī)太陽能電電池的性能及及應(yīng)用硅材料工業(yè)硅（又稱：結(jié)晶晶硅或金屬硅硅）半導(dǎo)體用硅材材料含硅化合物（（SiHCl3,SiH4）太陽能用硅材材料半導(dǎo)體用多晶晶硅太太陽能用用多晶硅（又稱：高純純硅或超純硅硅）(Solargradesilicon)單晶硅錠單單晶晶硅錠多多晶硅錠錠各種硅片單單晶硅片多多晶硅硅片各種半導(dǎo)體器器件單晶硅太陽能能電池多晶硅太陽能能電池各種太陽能電電池的市場份份額2004年太陽能電池產(chǎn)產(chǎn)量1,194.7MW，增長60.6%，其中：產(chǎn)量比例%增長%mc-Si669.1556.046.8sc-Si343.4528.771.3a-Si64.605.449.2a-Si/scSi60.005.0100Ribbon41.003.4502.9CdTe13.001.1333.3CIS3.00.3-25.0太陽能用硅材材料的生產(chǎn)工工藝1-1單晶錠1-1-1CZ法1-1-2FZ法1-2多晶錠1-2-1鑄造多晶硅1-2-1EMC多晶硅1-3非晶硅太陽能用硅材材料的生產(chǎn)工工藝CZ法來源：CGS太陽能用硅材材料的生產(chǎn)工工藝CZ法1熔化2穩(wěn)定3引晶4縮徑5放肩6等徑來源：：CGS太陽能能用硅硅材料料的生生產(chǎn)工工藝FZ法FZ來源：：CGS太陽陽能能用用硅硅材材料料的的生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝多晶晶澆澆注注法法由于于鑄鑄錠錠中中采采用用低低成成本本的的坩坩堝堝及及脫脫模模涂涂料料，，對對硅硅錠錠的的材材質(zhì)質(zhì)仍仍會會造造成成影影響響。。近近年年來來電電磁磁法法（（EMC）被用來進(jìn)進(jìn)行鑄錠錠試驗，，方法是是投爐硅硅料從上上部連續(xù)續(xù)加到熔熔融硅處處，而熔熔融硅與與無底的的冷坩堝堝通過電電磁力保保持接觸觸，同時時固化的的硅被連連續(xù)地向向下拉。。目前該該工藝已已鑄出截截面為220mmX220mm的長硅錠錠，鑄錠錠的材質(zhì)質(zhì)純度比比常規(guī)硅硅錠高。。我國可生生產(chǎn)出220mmX220mmX140mm的硅錠。。太陽能用用硅材料料的生產(chǎn)產(chǎn)工藝多晶澆注注設(shè)備HEMDSS太陽能用用硅材料料的生產(chǎn)產(chǎn)工藝方法比較較Method

Width（cm）Weight(kg)Growth

Rate(mm/min)GrowthRate(kg/h)Throughput(m2/day)EnergyUse(kWh/kg)EnergyUse(kWh/m2)Efficiency

(Typical,best)

FZ1550

2-4480

30

36<18,24

CZ15

50

0.6-1.2

1.530

18-4021-48

<15,20DS(定向結(jié)晶)69

240

0.1-0.6

3.5

70

8-15

9-17

<14,18EMC(電磁鑄造)35

400

1.5-2

30

600

12

35

<14,16

太陽能用用硅材料料的生產(chǎn)產(chǎn)工藝硅片切割割常規(guī)的硅硅片切割割采用內(nèi)內(nèi)圓切片片機(jī)，其其刀損為為0.3一0.35mm，使晶體硅切切割損失較大大，且大硅片片不易切得很很薄。近幾年年，多線切割割機(jī)的使用對對晶體硅片的的成本下降具具有明顯作用用。多線切割割機(jī)采用鋼絲絲帶動碳化硅硅磨料來進(jìn)行行切割硅片，，切損只有0.22mm，硅片可切薄薄到0.2mm，且切割的損損傷小。圓切割技術(shù)與與線切割技術(shù)術(shù)在實際應(yīng)用用中互為補(bǔ)充充而存在（1）在新建硅圓圓片加工生產(chǎn)產(chǎn)線上，規(guī)模模在年產(chǎn)量達(dá)達(dá)50噸以上硅單晶晶加工生產(chǎn)線線，并且圓片片品種主要針針對較大數(shù)量量集成電路用用硅圓片時，，切割設(shè)備選選型可定位在在線切割機(jī)上上，同時大規(guī)規(guī)模、單一硅硅圓片品種（（主要指圓片片的厚度規(guī)格格品種）的太太陽能級圓片片加工，切割割設(shè)備選型也也可定位在線線切割機(jī)上。。厚度規(guī)格品品種的多少，，直接關(guān)系到到線切割機(jī)排排線導(dǎo)輪備件件的多少。該該排線導(dǎo)輪目目前國內(nèi)無法法配套，國外外供應(yīng)商配套套，價格較高高。頻繁更換換排線導(dǎo)輪增增加了輔助時時間，還會增增加線絲的浪浪費(fèi)。（2）生產(chǎn)規(guī)模模較小的生生產(chǎn)單位或或多品種硅硅圓片生產(chǎn)產(chǎn)并具有較較大規(guī)模的的生產(chǎn)單位位，在設(shè)備備選型上，，應(yīng)首先考考慮選用內(nèi)內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)。蘭州瑞德集集團(tuán)X07150-1型多線鋸切切割機(jī)上海日進(jìn)下壓式NWS6X2多線鋼絲切切割機(jī)下壓壓式NWS6X2多線鋼絲切切割機(jī)可同同時并列切切割二支Φ6"×9"（φ152mm×230mm）硅晶棒，，切割晶片片最薄厚度度為0.2mm。技術(shù)進(jìn)展直徑變化技術(shù)進(jìn)展薄片技術(shù)技術(shù)進(jìn)展帶硅用硅量是是常規(guī)工藝藝的?無須切片成本下降>30%R&D同時拉制2條或4條帶硅厚度＜150μm太陽陽能能電電池池的的分分類類晶體體硅硅太太陽陽能能電電池池的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢mc-Si比例例總總體體上上升升趨趨勢勢，，但但04年有有所所下下降降，，從從03年的的61.3%下降降至至56%；sc-Si比例例止住了了下降降趨趨勢勢，，由由03年的26.9%上升升至至28.7%。而而且且同同比比增增長長（（71%），超過mc-Si（46.8%）。如果包括a-Si/scSi，則比例達(dá)到32.1%,同比增長75%。Ribbon比例由03年的0.9%,提高至3.4%，同比增長502.9%；晶體硅（包括mc-Si,sc-Si,a-Si/scSi和Ribbon）的比例近4年來變化不大大，在91.1%——93.1%之間；國內(nèi)太陽能電電池用硅材料料現(xiàn)狀硅硅單晶產(chǎn)產(chǎn)量2004年單晶硅產(chǎn)量量（噸）單晶總產(chǎn)量1700太陽能單晶產(chǎn)量1200太陽能單晶生產(chǎn)能力2000近年來我國硅硅單晶產(chǎn)量注：單晶硅產(chǎn)產(chǎn)量及生產(chǎn)能力估估算見附件1國內(nèi)現(xiàn)狀趨勢勢及分析和國外情況不不同，我國太太陽能用單晶晶硅的比例大大大高于多晶晶硅。形成的原因是是：國內(nèi)廉價價單晶爐設(shè)備備優(yōu)勢；半導(dǎo)導(dǎo)體硅單晶生生產(chǎn)有一定基基礎(chǔ)；技術(shù)門門檻低。國內(nèi)太太陽能能硅材材料產(chǎn)產(chǎn)業(yè)存存在的的主要要問題題是：：1硅材料料的發(fā)發(fā)展偏偏重于于單晶晶硅，，而且且是單單晶硅硅錠。。硅片片加工工能力力嚴(yán)重重不配配套。。企業(yè)業(yè)價值值鏈過過短，，缺乏乏企業(yè)業(yè)發(fā)展展所必必需的的獨(dú)立立性和和自主主性，，使企企業(yè)的的增值值能力力受到到嚴(yán)重重影響響；多多晶硅硅材料料處于于起步步階段段。2產(chǎn)業(yè)價值值鏈仍存存在嚴(yán)重重脫節(jié)。。單晶硅硅絕大部部分出口口；缺乏乏切片能能力；電電池片企企業(yè)所需需大量硅硅片幾乎乎都以賴賴進(jìn)口。。作為一一個企業(yè)業(yè)其價值值鏈的長長短雖然然重要，，但要根根據(jù)企業(yè)業(yè)的具體體財力、、技術(shù)能能力和管管理能力力而定。。而作為為國家則則必須考考慮。國內(nèi)太陽陽能硅片片加工環(huán)環(huán)節(jié)十分分薄弱除保定英英利新能能源浙江江精功光光電配套套多晶硅硅片加工工外，太太陽能單單晶生產(chǎn)產(chǎn)企業(yè)中中只有晶晶龍有少少量多線線切割能能力專業(yè)硅片片加工企企業(yè)目前前僅一家家，即鎮(zhèn)鎮(zhèn)江環(huán)太太硅科技技有限公公司。切割能力力約為1000萬片/年保定英利新能源有限公司6浙江精功光電有限公司2我國多晶晶硅片生產(chǎn)能力力（MW）保定英利利新能源源有限公公司垂直集成成型，目目前公司司具有6MW多晶硅片片、10MW電池片、、50MW電池組件件的生產(chǎn)產(chǎn)能力。。二期投資資完成后后,硅片的年年生產(chǎn)能能力將達(dá)達(dá)到70MW，將新增DSS多晶硅鑄鑄錠機(jī)20臺,破錠機(jī)3臺,多線切割割機(jī)5臺。浙江精功功光電有有限公司司（前身為為浙江中中意太陽陽能有限限公司））原為中方方與意大大利ENITECHNOLOGIE合資企業(yè)業(yè)，多晶晶硅片生生產(chǎn)能力力2MW。有擴(kuò)大生生產(chǎn)規(guī)模模至20MW的計劃。在建和籌籌建的多多晶錠、、片企業(yè)業(yè)精功紹興興太陽能能技術(shù)有有限公司司（籌建建）精功集團(tuán)團(tuán)與德國國布萊斯斯-戴姆勒集集團(tuán)(Preiss-Daimler)共同投資資興建。。引進(jìn)GTSola設(shè)備和技技術(shù)。一一期10MW，二期將達(dá)達(dá)20MW。力諾太陽陽能基地地項目（（濟(jì)南）太陽能多多晶硅片片2500萬片，太太陽能電電池片50MW，太陽能電電池組件件50MW，太陽能電電站10MW。該項目第第一期是是利用現(xiàn)現(xiàn)有土地地和廠房房，購置置多晶硅硅鑄錠爐爐5臺，1臺破錠機(jī)機(jī)和1臺SD-B型線切割割機(jī)等主主要設(shè)備備。年產(chǎn)產(chǎn)量為多多晶硅片片500萬片,第二期1000萬片，第第三期2500萬片（新疆新新能源公公司20MW硅片項目目，資金金籌措中中）非晶硅太太陽電池池非晶硅太太陽電池池又稱““無定形形硅太陽陽電池””，簡稱稱“a—Si太陽電池池"。它是太太陽電池池發(fā)展中中的后起起之秀。。非晶硅硅太陽電電池的最最大特點點是薄，，不同于于單晶硅硅或多晶晶硅太極極電池需需要以硅硅片為底底村，而而是在玻玻璃或不不銹鋼帶帶等材料料的表面面鍍上一一層薄薄薄的硅膜膜，其厚厚度只有有單晶硅硅片的1/300。因此，，可以大大量節(jié)省省硅材料料，加之之可連續(xù)續(xù)化大面面積生產(chǎn)產(chǎn)，能耗耗也低，，成本自自然也低低。由于于電池本本身是薄薄膜型的的，太陽陽的光可可以穿透透，所以以還可做做成疊層層式的電電池，以以提高電電池的電電壓。通通常單晶晶硅太陽陽電池每每個單體體只有0．5伏左右的的電壓，，必須幾幾個單體體串聯(lián)起起來，才才能獲得得一定的的電壓。。非晶太太陽硅電電池一個個就能做做到幾伏伏電壓，，使用比比較方便便。非晶硅太太陽能電電池是最最理想的的一種廉廉價太陽陽電池。。作為一一種弱光光微型電電源使用用，如小小型計算算器、電電子手表表等。非非晶硅科科技已轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為一一個大規(guī)規(guī)模的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，世世界上總總組件生生產(chǎn)能力力每年在在50MW以上，組組件及相相關(guān)產(chǎn)品品銷售額額在10億美元以以上。應(yīng)應(yīng)用范圍圍小到手手表、計計算器電電源大到到10Mw級的獨(dú)立立電站。。其應(yīng)用涉涉及諸多多品種的的電子消消費(fèi)品、、照明和和家用電電源、農(nóng)農(nóng)牧業(yè)抽抽水、廣廣播通訊訊臺站電電源及中中小型聯(lián)聯(lián)網(wǎng)電站站等。a一Si太陽電池池成了光光伏能源源中的一一支生力力軍，對對整個潔潔凈可再再生能源源發(fā)展起起了巨大大的推動動作用。。太陽能電電池陣列列轉(zhuǎn)換效效率的提提高對于于空間系系統(tǒng)有十十分重要要的意義義‘它可可以降低低系統(tǒng)的的重量，，改善系系統(tǒng)的搭搭載能力力，減小小軌道運(yùn)運(yùn)行的阻阻力。還還可以降降低系統(tǒng)統(tǒng)的成本本。GaAs材料CuInSe2材料染料敏化化納米晶晶體太陽陽能電池池染料敏化化納米晶晶體太陽陽能電池池（DSSCs）（或稱稱Gr?tzel型光電化化學(xué)太陽陽能電池池）主要要包括鍍有透明明導(dǎo)電膜膜的玻璃璃基底，染料敏化化的半導(dǎo)導(dǎo)體材料料、對電極以及電解質(zhì)等幾部分分。陽極：染料敏化半導(dǎo)體薄膜陰極：鍍鉑的導(dǎo)電玻璃電解質(zhì)：I3-/I-

TiO2膜:5~20um,1~4mg/cm2導(dǎo)電玻璃：8~10Ω/□1991年，瑞士Gr?tzelM.以較低的的成本得得到了>7%的光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化效率率。1998年，采用固體體有機(jī)空穴穴傳輸材料料的全固態(tài)態(tài)DSSCs電池研制成成功，其單單色光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率達(dá)達(dá)到33%，從而引起起了全世界界的關(guān)注。。目前，DSSCs的光電轉(zhuǎn)化化效率已能能穩(wěn)定在10％以上上，，壽壽命命能能達(dá)達(dá)15～20年，，且且其其制制造造成成本本僅僅為為硅硅太太陽陽能能電電池池的的1/5～1/10。工作作原原理理Voc=1/q【【（Ef）TiO2－(E（R/R-）)】】當(dāng)太太陽陽光光照照射射到到電電池池表表面面時時，，吸吸附附在在二二氧氧化化鈦鈦光光電電極極表表面面的的染染料料分分子子受受到到激激發(fā)發(fā)由由基基態(tài)態(tài)S躍遷遷到到激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)S*,然后后將將一一個個電電子子注注入入到到二二氧氧化化鈦鈦導(dǎo)導(dǎo)帶帶內(nèi)內(nèi)，，此此時時染染料料分分子子自自身身轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉檠跹趸瘧B(tài)態(tài)S+.注入入到到二二氧氧化化鈦鈦層層的的電電子子富富集集到到導(dǎo)導(dǎo)電電基基底底，，并并通通過過外外電電路路流流向向?qū)﹄婋姌O極,形形成成電電流流.處于于氧氧化化態(tài)態(tài)的的染染料料分分子子氧氧化化溶溶液液中中的的電電子子給給體體(此此種種在在電電解解質(zhì)質(zhì)溶溶液液中中的的電電子子給給體體),自自身身恢恢復(fù)復(fù)為為還還原原態(tài)態(tài)，，使使染染料料分分子子得得到到再再生生。。被被氧氧化化的的電電子子給給體體擴(kuò)擴(kuò)散散至至對對電電極極,在在電電極極表表面面被被還還原原,從從而而完完成成一一個個光光電電化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)循循環(huán)環(huán)。。影響電電池光光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化效效率的的因素素采光效效率電子的的注入入收集效效率有機(jī)光光敏染染料的的光吸吸收性性能有機(jī)光光敏材材料與與納米米微晶晶半導(dǎo)導(dǎo)體材材料的的能級級的匹匹配電子在在薄膜膜中的的擴(kuò)散散性能能研究進(jìn)進(jìn)展敏化劑劑納米半半導(dǎo)體體材料料電解質(zhì)質(zhì)其他方方面……敏化劑劑吸收盡盡可能能多的的太陽陽光；；緊密吸吸附在在納米米晶網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)電電極表表面；；（－COOH,-SO3H,－PO3H2等）與相應(yīng)應(yīng)的納納米晶晶的能能帶相相匹配配；激發(fā)態(tài)態(tài)壽命命足夠夠長；；具有長長期的的穩(wěn)定定性………敏化化劑劑的的種種類類聯(lián)吡吡啶啶金金屬屬絡(luò)絡(luò)合合物物系系列列聯(lián)吡吡啶啶釕釕系系列列（（－－COOH,-SO3H,－PO3H2，多核聯(lián)吡吡啶等））羧酸多吡吡啶酞菁菁（Phthalocyanine）系列卟啉（Porphyrin）系列純有機(jī)染染料系列列無機(jī)化合合物系列列（窄帶帶隙半導(dǎo)導(dǎo)體材料料敏化））N3BlackdyeNazeeruddinM.K,etalJ.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382.NazeeruddinM.K,etalChem.Commun.,1997,1705-1706.聯(lián)吡啶金屬絡(luò)絡(luò)合物系列HagfeldtAandGr?tzelM,Acc.Chem.Res.,2000,33,269-277.Wavelength[nm]BlackdyeNazeeruddinMKandGratzelM,J.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382.HagfeldtAandGr?tzelM,Acc.Chem.Res.,2000,33,269.N3和BlackDye的性能比較多核吡啶釕絡(luò)合合物系列NazeeruddinMKandGratzelM,J.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382.HagfeldtAandGr?tzelM,Chim.Acta.,1990,73,778.X=H,CH3,Ph,COOH,C6H4SO3-卟啉系列和酞菁系列A.KayandM.Gratzel,etalJ.Phys.Chem.,1993,97,6272.M.M.ResslerandR.K.Panday,Chemtech.,1998,3,39.R=SO3-,OC5H11;M=H2,Zn,AlClSayamaK,etalChem.Commun.,2000,1173.Merocyaninederivative,Mb(18)-Nwithanoverallη=4.2%純有機(jī)染料系系列（半菁染料衍衍生物）HaraK,etalNewJ.Chem.,2003,27,783.NKX-2311NKX-2677純有機(jī)染料系系列（香豆素衍生生物）Cappedsemiconductor（殼合式結(jié)構(gòu)半半導(dǎo)體）Coupledsemiconductor（偶合式結(jié)構(gòu)半半導(dǎo)體）e-e-

h+h+TiO2CdSABB-(a)A+hh無機(jī)化合物染染料系列h+TiO2CBVBe-e-h+h+A+A目前，聯(lián)吡啶啶釕系配合物物仍是性能最最好的染料敏敏化劑，用得得也最為廣泛泛。設(shè)計有特定結(jié)結(jié)構(gòu)的、強(qiáng)吸吸收的、穩(wěn)定的染料分子，獲獲得高的電荷荷傳輸效率也也是太陽能利利用的一個方方向。從微觀上認(rèn)識識光伏太陽能能電池及光催催化反應(yīng)的本本質(zhì)，開展原原位表征和超超快時間分辨辨技術(shù)研究光光生電子的遷遷移傳輸規(guī)律律，為人們設(shè)設(shè)計較高光電電轉(zhuǎn)換效率的的半導(dǎo)體材料料及染料敏化化劑提供理論論指導(dǎo)。納米半導(dǎo)體材材料金屬硫化物、、金屬硒化物物、鈣鈦礦以及及鈦、錫、鋅鋅、鎢、鋯、、鉿、鍶、、鐵、鈰等等的氧化物均均可用作DSSCs的中的半導(dǎo)體體材料.1999年,Guo報道了Nb2O5染料敏化的太太陽能電池.2000年,Poznyak等人還報道了了納米晶體In2O3薄膜電極的光電化學(xué)性性質(zhì).在國內(nèi),目前北京大學(xué)學(xué)的研究者們們對各種染料料敏化納米薄薄膜研究得較多。在在這些半導(dǎo)體體材料中,TiO2,ZnO和SnO2的性能較好.納米TiO2薄膜極材料制備方法：溶膠凝膠法；；水熱反應(yīng)法；；濺射法；醇鹽水解法；；濺射沉積法；；等離子噴涂法；絲網(wǎng)印刷法等等微觀結(jié)構(gòu)（孔徑氣孔孔率）液態(tài)電解質(zhì)存存在的缺點易導(dǎo)致敏化染染料的脫附;溶劑易揮發(fā),與敏化染料作作用導(dǎo)致染料料降解;密封工藝復(fù)雜雜;載流子遷移速速率很慢,在在高強(qiáng)度光照照時不穩(wěn)定;存在其他氧氧化還原反反應(yīng)……固態(tài)空穴傳輸材料Gr?tzel等人在1998年年用2,2’,7,7’’-四(N,N-二對甲氧基基苯基氨基基)-9,9’’-螺環(huán)二芴(OMeTAD,如下圖所示示)作為空空穴傳輸材材料,得到了單色色效率高達(dá)達(dá)33%的電池。BachU,LupoD,ComteP,etal.Nature,1998,395:583面臨的主要要問題染料問題（現(xiàn)在公認(rèn)認(rèn)使用效果果較好的N3制備過程較較復(fù)雜,因而而價價格格也也比比較較昂昂貴貴。。因因此此,尋找找低低成成本本而而性性能能良良好好的的染染料料成成為為當(dāng)當(dāng)前前研研究究的的一一個個熱熱點點））納米米材材料料（如如何何獲獲得得制制備備方方法法簡簡單單、、尺尺寸寸分分布布可可控控的的納納米米材材料料？？））電解解質(zhì)質(zhì)及及基基體體材材料料（為為達(dá)達(dá)到到商商業(yè)業(yè)化化的的目目標(biāo)標(biāo)溶溶液液電電解解質(zhì)質(zhì)要要逐逐步步用用固固體體電電解解質(zhì)質(zhì)取取代代，，以以提提高高穩(wěn)穩(wěn)定定性性和和使使用用壽壽命命））電池池的的串串并并聯(lián)聯(lián)問問題題………第一一步步：：二二氧氧化化鈦鈦膜膜的的制制備備把二二氧氧化化鈦鈦膠膠體體涂涂敷敷在透透明明導(dǎo)導(dǎo)電電玻玻璃璃上上。。就象象二二氧氧化化鈦鈦膜膜一一樣樣，，透明導(dǎo)電電玻璃上上已經(jīng)事先鍍有有一層透透明導(dǎo)電膜（SnO2）一調(diào)制納納米二氧氧化鈦漿漿料二、在導(dǎo)導(dǎo)電玻璃璃片上涂涂膜三、用酒酒精燈烤烤干第二步：：利用天天然染料料把二氧氧化鈦膜膜著色把新鮮的的或冰凍凍的黑莓莓、山莓石榴榴籽或紅紅茶，用用一大湯匙匙的水進(jìn)進(jìn)行擠壓壓，然后把二二氧化鈦鈦膜放進(jìn)進(jìn)去進(jìn)行著著色，大大約需要要5分鐘，直直到膜層層變成深深紫色，，如果果膜層層兩面面著色的不不均勻勻，可可以再再放進(jìn)去浸浸泡5分鐘，，最后后用乙醇沖沖洗，，并用用柔軟軟的紙輕輕輕地擦擦干。。第三步步：制制作反反電極極電池既既需要要光陽陽極，，又要要一個個對電電極才才能工工作。。對電電極又又叫反反電極極，是是由涂涂有導(dǎo)導(dǎo)電的的SnO2膜層組組成的的，利利用一一個簡簡單的的萬用用表就就可以以判斷斷玻璃璃的哪哪一面面是導(dǎo)導(dǎo)電的的，利利用手手指也也可以以作出出判斷斷，導(dǎo)導(dǎo)電面面較為為粗糙糙。把把非導(dǎo)導(dǎo)電面面標(biāo)上上‘+’，然后后用鉛鉛筆在在導(dǎo)電電面上上均勻勻地涂涂上一一層石石墨。。第四步步：注注入電電解質(zhì)質(zhì)注入含含碘和和碘離離子的的溶液液作為為太陽陽電池池的電電解質(zhì)質(zhì)，它它主要要用于于還原原和再再生染染料。。第五步步：組組裝電電池把著色后的的二氧化鈦鈦膜面朝上上放在桌上上，在膜上上面滴一到到兩滴含碘碘和碘離子子的電解質(zhì)質(zhì)，然后把把反電極的的導(dǎo)電面朝朝下壓在二二氧化鈦膜膜上。把兩兩片玻璃稍稍微錯開，，以便利用用暴露在外外面的部分分作為電極極的測試用用。利用兩兩個夾子把把電池夾住住，這樣，，你的太陽陽能電池就就作成了。。在室外太太陽光下，，可以獲得得開路電壓壓0.43V，短路電流1mA/cm2。樣機(jī)我國