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基本信息

項(xiàng)目名稱:
一種新型納米材料基太陽(yáng)能電池
小類:
能源化工
簡(jiǎn)介:
我們通過(guò)碳納米管薄膜覆蓋在單根硒化鎘納米帶上組成的肖特基異質(zhì)結(jié),制備了開路電壓為0.5-0.6 V,光電轉(zhuǎn)換效率為0.45-0.72 %,在空氣中具有良好穩(wěn)定性可雙面工作的太陽(yáng)能電池。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),碳納米管和硒化鎘納米帶之間的肖特基結(jié)是該太陽(yáng)能電池激子產(chǎn)生、電子-空穴分離、傳輸?shù)暮诵牟糠?。該電池結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,而且其中的碳納米管薄膜和硒化鎘納米帶都可以分別與其他材料組合制備太陽(yáng)能電池。
詳細(xì)介紹:
利用納米技術(shù),制備具有納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié),是實(shí)現(xiàn)電子與空穴分離、傳輸,進(jìn)而開發(fā)新型太陽(yáng)能電池的有效手段。碳納米管和硒化鎘納米材料因其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)而備受廣大學(xué)者的關(guān)注。這兩種納米材料復(fù)合物的制備以及它們之間的電子相互作用已被廣泛研究,但是基于這兩種材料的太陽(yáng)能電池研究很少。我們通過(guò)碳納米管薄膜覆蓋在單根硒化鎘納米帶上組成的肖特基異質(zhì)結(jié),成功制備了開路電壓為0.5-0.6 V,光電轉(zhuǎn)換效率為0.45-0.72 %,在空氣中具有良好穩(wěn)定性可雙面工作的太陽(yáng)能電池。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),碳納米管和硒化鎘納米帶之間的肖特基結(jié)是該太陽(yáng)能電池激子產(chǎn)生、電子-空穴分離、傳輸?shù)暮诵牟糠帧T撾姵亟Y(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,而且其中的碳納米管薄膜和硒化鎘納米帶都可以分別與其他材料組合制備太陽(yáng)能電池。由于硒化鎘為直接帶隙半導(dǎo)體,這樣硒化鎘更利于吸光,可以降低薄膜厚度,節(jié)省材料,降低成本。由于硒化鎘納米帶具有一定的柔性,從而具有制備柔性太陽(yáng)能電池的潛力。總之,該電池是一種具有新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,很容易擴(kuò)展到其他材料,而且制備方法簡(jiǎn)便,在空氣中能長(zhǎng)期穩(wěn)定,可雙面照射工作,適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

該電池是一種具有新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,很容易擴(kuò)展到其他材料,節(jié)省材料,降低成本,而且制備方法簡(jiǎn)便,在空氣中能長(zhǎng)期穩(wěn)定,可雙面照射工作,適宜大規(guī)模生產(chǎn)。由于硒化鎘納米帶具有一定的柔性,從而具有制備柔性太陽(yáng)能電池的潛力。碳納米管薄膜與硒化鎘納米帶組成的肖特基異質(zhì)結(jié)是該電池的關(guān)鍵,可以得到開路電壓為0.5-0.6 V,光電轉(zhuǎn)換效率為0.45-0.72 %,的太陽(yáng)能電池。

科學(xué)性、先進(jìn)性

利用納米技術(shù),制備具有納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié),是實(shí)現(xiàn)電子與空穴分離、傳輸,進(jìn)而開發(fā)新型太陽(yáng)能電池的有效手段。這兩種納米材料復(fù)合物的制備以及它們之間的電子相互作用已被廣泛研究,但是基于這兩種材料的太陽(yáng)能電池研究很少。我們首次合成了毫米量級(jí)的硒化鎘納米帶,并將其與碳納米管薄膜構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié),進(jìn)而開發(fā)了一種新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。我們還將這種太陽(yáng)能電池?cái)U(kuò)展到其他材料(如石墨烯、n-Si)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

暫無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

普通許可

作品可展示的形式

圖片、樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

在構(gòu)建了我們的太陽(yáng)能電池之后,通過(guò)銀膠分別從硒化鎘和碳納米管分別引出導(dǎo)線,作為連接外電路電極。在使用時(shí),將碳納米管端作為正極,硒化鎘端作為負(fù)極,與工作器件相連,在太陽(yáng)光照射下,通過(guò)硒化鎘和碳納米管的異質(zhì)結(jié),將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作器件的驅(qū)動(dòng)。 我們首次開發(fā)了碳納米管覆蓋在硒化鎘納米帶上的新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池,我們這種的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單,空氣穩(wěn)定性好,對(duì)制備設(shè)備、工藝條件要求不高,適宜大規(guī)模生產(chǎn)。而且由于硒化鎘為直接帶隙半導(dǎo)體,更利于吸光,可以降低薄膜厚度,節(jié)省材料,降低成本。由于硒化鎘納米帶具有一定的柔性,從而具有制備柔性太陽(yáng)能電池的潛力。

同類課題研究水平概述

太陽(yáng)能是清潔的可再生能源,利用和轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的一條重要途徑,而開發(fā)太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)能最有效的方法之一。單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高,技術(shù)成熟,但受到成本較高、材料純度和制備工藝的限制,其大規(guī)模的普及應(yīng)用受到一定程度的制約。 開發(fā)利用納米材料制備光伏器件是簡(jiǎn)化制備工藝、提高效率和降低成本的有效途徑。很多半導(dǎo)體納米材料已經(jīng)被用于制備結(jié)構(gòu)新穎的新型異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池,如核/殼結(jié)構(gòu)的硅納米線和有機(jī)物/氧化鋅復(fù)合納米線、以及層狀結(jié)構(gòu)的CdSe/CdTe納米棒等,都能形成異質(zhì)結(jié),產(chǎn)生光伏效應(yīng)。碳納米管(CNT)和硒化鎘(CdSe)納米材料因其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)而備受廣大學(xué)者的關(guān)注。最近,CNT因其高的載流子遷移率和大的比表面積已經(jīng)被應(yīng)用到有機(jī)太陽(yáng)能電池和敏化太陽(yáng)能電池中,作為填充物增加導(dǎo)電性或者透明電極。而且,CNT可以與其他半導(dǎo)體材料,如:Si、GaAs、ZnS等,形成異質(zhì)結(jié),具有整流效應(yīng)?;贑NT與n-Si異質(zhì)結(jié)的太陽(yáng)能電池效率已經(jīng)達(dá)到7.4%。 CdSe具有1.74 eV的帶寬,是太陽(yáng)能電池中很好的吸光材料。例如:在薄膜太陽(yáng)能電池中,CdSe/CdTe納米棒太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到3%。在顆粒敏化太陽(yáng)能電池中,CdSe納米材料也被廣泛用作吸光材料。CNT的表面負(fù)載納米顆粒構(gòu)成復(fù)合物是最近研究的熱點(diǎn),研究發(fā)現(xiàn),這兩種材料之間存在很強(qiáng)的電子相互作用。CdSe和CNT的復(fù)合物在光照時(shí),電荷在兩者之間發(fā)生轉(zhuǎn)移,電子-空穴對(duì)在CdSe中產(chǎn)生,電子從CdSe傳遞到CNT,使CNT中空穴濃度降低。電子的轉(zhuǎn)移,使得CdSe和CNT的界面上形成內(nèi)建電場(chǎng),這是產(chǎn)生光伏效應(yīng)的關(guān)鍵。
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