记录。首次制备的究与开发，至今已有二十多年的历史。在这期间，南开大学取得了项研究成果并获得实用新型专利项获得国家科委国家教委“非晶硅太阳电池中试线”重大科技成果奖项。并成功地建设了非晶硅太阳能电池试验线和中试线。为其产业化奠定了技术基础。四川大学太阳能材料与器件研究所在冯良桓教授的带领下，率先在我国开展了碲化镉薄膜太阳能电池的研究。在“九五”期间，承担了科技部资助的科技攻关计划课题“ⅡⅥ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制”。现在承担的“碲化镉薄膜太阳电池的制造技术及中试生产线”是国家计划中的重点课题之，再次创造我国碲化镉电池转换效率的新纪录，也创造了我国各种新型太阳能电池的新纪录。专家们认为，这项纪录是在没有使用减反射膜的情况下得到的，实际上已接近世界领先水平。目前，该项目已申请和获得了项中国发明专利，所提供的成果既包含全套大面积碲化镉薄膜太阳能电池组件的制造技术，还包含万元以上的关键设备。单晶硅太阳能电池由于制作工艺复杂，使得生产成本很高，远不能达到大规模推广应用的要求。多晶硅非晶硅及镉碲化合物半导体太阳能电池中光的吸收和电子空穴的分离几乎是同时进行的，为了避免电子空穴的复合，所用材料必需具有高纯度而且没有结构缺陷，这样造成了半导体材料的高成本。同时像等还有毒性，这些因素限制了这类液结半导体太阳能电池的进步发展。世纪年代以来，人们直在探索高比表薄膜的制备方法，并用光敏化材料对其敏化以提高光电转换特性，但是转换效率低，单色光的光电转换效率直低于。年，瑞士的等人提出了种以羧酸联吡啶钌Ⅱ配合物染料敏化纳米薄膜为光阳极，选用含ⅠⅠ等低挥发性盐作电解质制成的纳米晶化学太阳能电池简称电池取得了模拟太阳光下的光电能转换效率。这种染料敏化的仅在个带上产生载流子，即阳极发生敏化后，电子注入纳米导带，而空穴仍留在表面的染料上，因此电荷的重新复合受到抑制，从而可以使用纯度不高的材料，成本大为降低。此后，电池引起了各国科学家的广泛关注。我国无论在电池的科学研究和产业化研究上都取得了不少阶段性的成果。在科学研究上，北京大学黄春晖教授领导的研究组在纯有机染料电极材料的修饰以及多联吡啶钌染料的优化都取得了较好的结果中科院化学研究所的肖绪瑞教授，林原教授等人在凝胶复合染料和半固态电解质等方面取得了定的结果中科院物理所表面物理国家重点实验室孟庆波教授等人在固态电解质和紧凑有序阵列电极等方面有所创新中科院等离子所戴松元教授等人对染料敏化太阳能电池组件及封装技术做出了较系统的研究，浙江大学东南大学大连理工大学和华侨大学对染料敏化纳米晶太阳能电池研究也取得较好的成果，在染料敏化剂纳米薄膜修饰和电池光电效率上都与国际水平相接近，且在该领域具有定的影响。在产业化研究上，经过国家重点基础研究发展规划项目和中国科学院知识创新项目的资助，现已在中国科学院等离子体物理研究所建成产业化初步实验线，并接近中试规模。其中，单片大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的光电转换效率稳定在以上，并通过拼装的方式组装成实用的太阳能电池板，面积达到以上，室外测试电池效率达到以上，接近未来实用化水平，为目前国际较高水平，并已突破染料敏化纳米薄膜太阳能电池在电极密封和连接等应用“瓶颈”，近期，在实验室小批量实用化生产和技术研究上取得重大进展，建成瓦规模的小型示范电站，其电池方阵面积为平方米，光电转换效率达到。年，中国科学院物理研究所孟庆波研究员和陈立泉院士等合作，合成了种新型的具有单碘离子输运特性的有机合成化合物固态电解质，研制的固态复合电解质纳米晶染料敏化太阳能电池效率达到了。这些工作都为电池的最终产业化，知识产权国产化奠定了坚实的基础。但对电池来说，目前还存在着以下些制约因素。现在公认使用效果最好的的制备过程比较复杂，而钌本身又是稀有金属，因而价格比较昂贵，来源也较困难。另外，二氧化钛易使染料光解，从而导致接触不好。因此，寻找低成本而性能良好的染料成为当前研究的个热点。在电池研制过程中，染料光敏化剂的光谱吸收特性和稳定性是很重要的因素，若能找到具有更宽吸收范围的染料光敏化剂，有助于提高光电能量转换率。大量的实验表明，染料的多层吸附是不可取的，因为只有非常靠近二氧化钛表面的敏化剂分子才能把激发态的电子顺利注入到二氧化钛导带中去，多层敏化剂的存在反而会阻碍电子的输送，导致光电能量转换率下降。为使单层吸附的效率提高，可以采取以下方法使用高比表面的多孔膜来代替平整膜提高染料在电极表面的吸附能力，因为染料的激发态寿命很短，只有与电极紧密结合的染料才有可能将能量及时传递给电极，所以染料最好能化学吸附在电极上。另外，设计更多更有效的多吡啶钌化合物，或者其他替代物也是重要的努力方向。第三章低成本高性能可见光响应型太阳能电池可见光响应型太阳能电池研究的重大意义近年来太阳能电池发展很快，年以来，每年的发展速度都在以上，年全球产量更是达到，可谓发展迅速。即便如此，世界太阳能电池产量仍然供不应求，尤其是德国实行了新的并网电价后，光伏发电在德国成了很有前途的产业，吸引德国民众踊跃参与，更是加剧了这种供应紧张趋势。这种现象并不是暂时的，需求量尚未达到最高峰，随着欧美日本等发达国家和些发展中国家包括中国继续实施庞大的光伏屋顶计划，对太阳能电池的需求会更加迫切。不过与目前的常规能源相比，太阳能电池的使用成本还是很高。通过改进现有的制造工艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率是太阳能电池研发的主要方向。许多科研工作者在这些方面进行了大量的研究工作，南京大学用可见光响应型光电极制备的太阳能电池作为新代太阳能电池，这是世界上首次的研究，其具有明显的原创性，结果表明有广泛的实用化前景。它实际上是种新型的纳米晶太阳能电池，不用或少用染料敏化剂，进步降低了生产成本，方便大规模生产，具有很强的竞争力。因此，发展可见光响应型太阳能电池具有重要的意义。可见光响应型太阳能电池的结构可见光响应型太阳能电池主要由透明导电基片多孔纳米晶氧化物半导体薄膜染料光敏化剂电解质溶液含超敏化剂和透明电极组成，每层厚度不大于，导电玻璃层除外。其工作原理是，染料分子吸收太阳光能后跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的氧化物半导体导带，而且氧化物半导体本身价带上的电子也能被激发到导带。半导体和染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入氧化物半导体导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。图可见光响应型太阳能电池的结构注组是国际标准，是指在每平方厘米上有相当于的太阳能照射。可见光响应型太阳能电池的制备技术可见光响应型太阳能电池的制备工艺主要为丝网印刷。清洗并烘干玻璃衬底，用化学气相沉积法先在上面沉积层膜制成透明导电玻璃，然后在透明导电玻璃上镀层多孔纳米晶氧化物薄膜，热处理后吸附上起电荷分离作用的单层染料构成光电极，对电极由镀有催化剂如铂碳等的导电玻璃构成，中间充入具有氧化还原作用的电解液如含的有机溶剂，经密封剂封装后，从电极引出导线。关键技术的创新该课题组用已开发出的新型可见光响应型复合氧化物半导体制备光电极来开发新型可见光响应型太阳能电池，波长在以内的光能激发这种太阳能电池。在不使用有机染料条件下其太阳光转化率已达到从根本上解决了染料敏化太阳能电池寿命低且不稳定的弱点。该课题组最新研究结果表明，由多种新型可见光响应型复合氧化物半导体制备的光电极配以少量的染料来敏化电极可获得更高的电流和电压而不会影响新型可见光响应型太阳能电池的寿命。这是世界上第次可见光响应型太阳能电池的研究。用可见光响应型光电极制备的太阳能电池作为新代太阳能电池，这是世界上首次的研究，其具有明显的原创性，结果表明有广泛的实用化前景。本项目的创新之处是利用自己开发的可见光响应型电极材料制备太阳能电池，有效利用半导体和染料的光吸收，使二者在产生电流过程中相辅相成，有望更高的能量转化效率。该研究成果可以向市场提供高效率低价格的光电转换器件等系列新产品，用于民用及军事之目的。第章太阳能电池的现状及发展趋势太阳能电池的发展历程自从公元年意大利人伏特发明第个电池后，人类的生活就注定要与“电”结下密不可分的关系。年美国人爱迪生发明电灯，不仅点亮了黑暗的夜晚，更照亮了人类光明璀璨的历史文明。电的产生方式有很多种，包括石油瓦斯煤铀等。但是这些能源的储量有限，在人类高度的开发利用下，终有消耗殆尽的天。因此，世界各国无不积极地研发新的替代能源，太阳能电池就是种最佳的选择。太阳能电池又称光电池，光生伏打电池。是种将光能直接转换成电能的半导体器件。工作原理是基于半导体结的光生伏打效应。当电池表面受到光照时，在电池内部产生的光生电子空穴对扩散到结并受结电场影响而分开，电子移向区，空穴移向区，这样在区和区之间产生了光生电动势，当外电路连接起来时就有电流通过。目前太阳能电池已经在电力通讯电子产品及交通运输等方面，占有举足轻重的地位，尤其在太空及部分偏远地区，更是扮演无可取代的角色。第个太阳能电池是在年由美国贝尔实验室所制造出来的，当时是希望能替偏远地区的通讯系统提供电源很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积和等离子增强化学气相沉积工艺。此外，液相外延法和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池