光伏發(fā)電中的熱載體太陽電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽能的使用。

太陽能電池按形態(tài)可分為剛性太陽能電池和柔性太陽能電池;按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形;按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形;根據(jù)所用材料的不同，還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池。其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。

來自美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和田納西大學(xué)的一個(gè)研究小組聲稱，他們已經(jīng)研發(fā)出一種可令傳播熱的聲波變慢的工藝，這種工藝有助于提高熱載體太陽能電池的效率。

目前，太陽能技術(shù)發(fā)展大致為三個(gè)階段：第一代太陽能電池主要指單晶硅和多晶硅太陽能電池，其在實(shí)驗(yàn)室的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)分別達(dá)到25%和20.4%;第二代太陽能電池主要包括非晶硅薄膜電池和多晶硅薄膜電池;第三代太陽能電池主要指具有高轉(zhuǎn)換效率的一些新概念電池, 如染料敏化電池、量子點(diǎn)電池以及有機(jī)太陽能電池、鈣鈦礦型太陽能電池等。

與傳統(tǒng)太陽能電池相比，熱載體太陽能電池能更有效的將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，可在光生載流子的能量轉(zhuǎn)化為熱能之前對其加以利用。

其中，鈣鈦礦型太陽能電池(perovskite solar cells)是第三代太陽能電池里面的佼佼者，它是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池。鈣鈦礦作為一種人工合成材料，迄今為止已被證明是最有前途的，現(xiàn)在已經(jīng)成功打破了玻璃天花板的效率。

二維太陽能材料可以提供一種從陽光中提取更多能量的方法。通過調(diào)整2D鈣鈦礦太陽能材料的結(jié)構(gòu)，來自KAUST和佐治亞理工學(xué)院的研究人員表明，它們可以延長光撞擊材料產(chǎn)生的高能熱載流子的壽命。該方法可以提供一種更有效地捕獲太陽能的方法。

研究人員解釋稱，當(dāng)陽光照射在太陽能電池的吸收材料上時(shí)，光子會在吸收材料上產(chǎn)生電荷載體電子和孔。在失去能量之前，熱載體太陽能電池可以迅速將電荷載體的能量轉(zhuǎn)化為電力。熱載體太陽能電池的效率可以達(dá)到傳統(tǒng)太陽能電池的兩倍，然而，熱損失是熱載體太陽能電池面臨的障礙。

單晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)主要包括正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結(jié)、P型層、背面電極等。單晶硅太陽能電池廣泛用于空間和地面，這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。將單晶硅棒切成片，經(jīng)過一系列的半導(dǎo)體工藝形成PN結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)工藝制成背電極，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。單體片即可按所需要的規(guī)格用串聯(lián)和并聯(lián)的方法組裝成太陽能電池組件(太陽能電池板)，構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架進(jìn)行封裝，將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池陣列。

熱載流子的形成是由于太陽光的能量范圍很廣，從低能譜的紅外線和紅光到高能譜的紫色和紫外線。

當(dāng)入射光將電子撞擊成激發(fā)態(tài)時(shí)，太陽能電池板會捕獲能量，但是即使是紅光也會將電子激發(fā)成導(dǎo)電帶。較高能量的光可以產(chǎn)生超激發(fā)的熱載流子，但它們散發(fā)出的多余能量要比傳統(tǒng)的太陽能材料捕獲它們快得多。

研究人員改變了光伏材料中的氫原子質(zhì)量以控制熱傳輸和電荷載體冷卻時(shí)間。這種增加電荷載體壽命的工藝是提高熱載體太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率的新策略。

多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽電池的工作原理與其它太陽電池一樣，是基于太陽光與半導(dǎo)體材料的作用而形成光伏效應(yīng)。

相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。