薄膜太陽(yáng)能電池原理 薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn)

薄膜太陽(yáng)能電池原理

在化學(xué)電池中，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。負(fù)極活性物質(zhì)由電位較負(fù)并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳?xì)浠衔锏取Ｕ龢O活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類(lèi)，含氧酸及其鹽類(lèi)等。

電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機(jī)或無(wú)機(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，兩極之間雖然有電位差(開(kāi)路電壓)，但沒(méi)有電流，存儲(chǔ)在電池中的化學(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)外電路閉合時(shí)，在兩電極電位差的作用下即有電流流過(guò)外電路。

同時(shí)在電池內(nèi)部，由于電解質(zhì)中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)遷移。電荷在電解質(zhì)中的傳遞也要由離子的遷移來(lái)完成。因此，電池內(nèi)部正常的電荷傳遞和物質(zhì)傳遞過(guò)程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時(shí)，電池內(nèi)部的傳電和傳質(zhì)過(guò)程的方向恰與放電相反；電極反應(yīng)必須是可逆的，才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過(guò)程的正常進(jìn)行。

因此，電極反應(yīng)可逆是構(gòu)成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應(yīng)自由能增量(焦)；F為法拉第常數(shù)=96500庫(kù)=26.8安·小時(shí)；n為電池反應(yīng)的當(dāng)量數(shù)。這是電池電動(dòng)勢(shì)與電池反應(yīng)之間的基本熱力學(xué)關(guān)系式，也是計(jì)算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力學(xué)方程式。實(shí)際上，當(dāng)電流流過(guò)電極時(shí)，電極電勢(shì)都要偏離熱力學(xué)平衡的電極電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為極化。電流密度（單位電極面積上通過(guò)的電流）越大，極化越嚴(yán)重。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三：①由電池中各部分電阻造成的極化稱(chēng)為歐姆極化；②由電極－電解質(zhì)界面層中電荷傳遞過(guò)程的阻滯造成的極化稱(chēng)為活化極化；③由電極－電解質(zhì)界面層中傳質(zhì)過(guò)程遲緩而造成的極化稱(chēng)為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應(yīng)面積、減小電流密度、提高反應(yīng)溫度以及改善電極表面的催化活性。

薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn)

薄膜型太陽(yáng)能電池由于使用材料較少，就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽(yáng)能電池有著明顯的減少，制造程序上所需的能量也較堆積型太陽(yáng)能電池來(lái)的小，它同時(shí)也擁有整合型式的連接模塊，如此一來(lái)便可省下了獨(dú)立模塊所需在固定和內(nèi)部連接的成本。

未來(lái)薄膜型太陽(yáng)能電池將可能會(huì)取代現(xiàn)今一般常用硅太陽(yáng)能電池，而成為市場(chǎng)主流。非晶硅太陽(yáng)能電池與單晶硅太陽(yáng)能電池或多晶硅太陽(yáng)能電池的最主要差異是材料的不同，單晶硅太陽(yáng)能電池或多晶硅太陽(yáng)能電池的材料都疏，而非晶硅太陽(yáng)能電池的材料則是SiH4，因?yàn)椴牧系牟煌狗蔷Ч杼?yáng)能電池的構(gòu)造與晶硅太陽(yáng)能電池稍有不同。

SiH4最大的優(yōu)點(diǎn)為吸光效果及光導(dǎo)效果都很好，但其電氣特性類(lèi)似絕緣體，與硅的半導(dǎo)體特性相差甚遠(yuǎn)，因此最初認(rèn)為SiH4是不適合的材料。但在1970年代科學(xué)家克服了這個(gè)問(wèn)題，不久后美國(guó)的RCA制造出第一個(gè)非晶硅太陽(yáng)能電池。雖然SiH4吸光效果及光導(dǎo)效果都很好，但由于其結(jié)晶構(gòu)造比多晶硅太陽(yáng)能電池差，所以懸浮鍵的問(wèn)題比多晶硅太陽(yáng)能電池還嚴(yán)重，自由電子與電洞復(fù)合的速率非常快；此外SiH4的結(jié)晶構(gòu)造不規(guī)則會(huì)阻礙電子與電洞的移動(dòng)使得擴(kuò)散范圍變短。

基于以上兩個(gè)因素，因此當(dāng)光照射在SiH4上產(chǎn)生電子電洞對(duì)后，必須盡快將電子與電洞分離，才能有效產(chǎn)生光電效應(yīng)。所以非晶硅太陽(yáng)能電池大多做得很薄，以減少自由電子與電洞復(fù)合。由于SiH4的吸光效果很好，雖然非晶硅太陽(yáng)能電池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。

非晶硅太陽(yáng)能電池最大的優(yōu)點(diǎn)為成本低，而缺點(diǎn)則是效率低及光電轉(zhuǎn)換效率隨使用時(shí)間衰退的問(wèn)題。因此非晶硅太陽(yáng)能電池在小電力市場(chǎng)上被廣泛使用，但在發(fā)電市場(chǎng)上則較不具競(jìng)爭(zhēng)力。