贝郎斯蓄电池（自动化）有限公司

贝郎斯蓄电池（自动化）有限公司

贝郎斯蓄电池（自动化）有限公司

一、硅太阳能蓄电池   
硅太阳能电池的基本结构，它的核心结构是n型硅/p型硅构成的活性层。通过特殊工艺向硅晶体中掺入少量的三价硼(一般107个原子•cm-3～1019个 原子•cm-3)就可以构成p(positive)型硅。未掺杂的硅晶体中，每个硅原子通过共价键与周围4个硅原子相连。掺入少量硼后，硼原子取代某些硅 原子的位置，并且在这些硅原子的位置上也与周围4个硅原子形成共价键。因为硼原子只有3个价电子，与周围4个硅原子成键时缺少1个电子，它需要从硅晶体中 获取1个电子才能形成稳定结构。结果，硼原子变成负离子，硅晶体中形成空穴(空穴带一个单位的正电荷)。如果向硅晶体中掺入少量五价磷或者砷就构成了 n(negative)型硅，例如掺入磷(107个原子•cm-3～1019个原子•cm-3)。

太阳能胶体蓄电池掺入的磷原子同样取代硅原子的位置，并与周围的4个硅原子形成共价键。因为磷原子有5个价电子，成键后剩下1个价电子，这个电子受到的束 缚力比共价键上的电子小得多，很容易脱离磷原子，成为自由电子，结果该磷原子成为正离子。需要说明的是，p型和n型硅都是电中性的。当把p型硅与n型硅通 过一定方式结合在一起时，发生如图2所示的pn结形成过程。在n区(n型硅一侧)与p区(p型硅一侧)的交界面附近，n区的自由电子较多空穴较少，p区则 是空穴较多自由电子较少，这样在p区和n区之间出现空穴和自由电子的浓度差。浓度差导致空穴从p区向n区扩散，自由电子从n区向p区扩散，二者在界面附近 复合。
p区界面附近带正电荷的空穴离开后，留下带负电荷的硼，因此形成1个负电荷区。同理，太阳能蓄电池在n区界面附近出现1个正电荷区。通常把交界面附近的这 种正、负电荷区域叫做空间电荷区。空间电荷区中的正、负电荷产生1个由n区指向p区的内建电场。在内建电场的作用下，空穴和电子发生漂移，方向与它们各自 的扩散方向相反，即电子从p区漂移到n区，空穴从n区漂移到p区。显然，内建电场同时又起着阻碍电子和空穴继续扩散的作用。随着扩散的进行，空间电荷逐渐 增多，内建电场逐渐增强，空穴和电子的漂移也逐渐增强，但空穴和电子的扩散却逐渐变弱。无外界影响时，空穴和电子的扩散和漂移最终达到动态平衡。

机聚合物太阳能蓄电池具有多种结构类型,但都呈夹心式,基本结构如图4所示。电池的顶部一般为透明的玻璃基底,上面镀有可透光的金属薄层作为前电极,一 般为铟锡氧化物(ito)。与前电极接触的是有机半导体层,它连接一层不透明的金属作为背电极。当外部负载通过金属导线与两个电极相连时,就形成一个太阳 能电池,它的光伏效应区是有机半导体层。按照有机半导体层的结构,有机聚合物太阳能电池可以划分为三大类,即单层结构(单一有机或共轭聚合物材料)、双层 异质结结构和体异质结结构。太阳能蓄电池对于聚合物双层异质结太阳能电池,其有机半导体双层由共轭聚合物(电子给体,类似于p型硅)和富勒烯或其衍生物 (电子受体,类似于n型硅)构成,厚度常为100～200nm。常见的电子给体有聚噻吩、聚对苯乙烯撑及其衍生物,其中p3ht(聚3-己基噻吩)在目前 应用最为普遍。常见的电子受体是pcbm,它是c60的一种可溶性衍生物。这两种物质的结构示于。通常,ito电极和有机半导体层之间还夹一层透明导电聚 合物修饰层,厚度为30～60nm,以提高电池的性能。当光透过ito电极照射到有机半导体层上时,层中的电子给体p3ht吸收光子,发生如图6所示的过 程。在光子的激发下,p3ht最高占据轨道上的价电子跃迁到空轨道上,最高占据轨道留下空穴,形成电子空穴对。由于电子给体p3ht空轨道的能量 比电子受体pcbm空轨道的能量高,所以跃迁电子从p3ht的空轨道转移到pcbm的空轨道上,最终被金属负极收集。同时,空穴向ito正极 转移,并被收集。这样就实现了电子和空穴的分离,产生光电流和光电压。有机聚合物单层太阳能电池的结构,可以简单地看做是双层异质结太阳能电池除去电子受 体层。与双层异质结太阳能电池相比,单层太阳能电池存在电子、空穴复合率更高等缺点,因此电池转化效率较低。