什么是塑料太阳能电池?柔性太阳能电池有哪些类型?

太阳能电池，是重要的电池类型之一。对于太阳能电池，大家也都挺熟悉的。为增进大家对太阳能电池的认识，本文将对塑料太阳能电池和柔性太阳能电池的类型予以介绍。如果你对太阳能电池具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、塑料太阳能电池

2015年2月，德国爱德合温技术大学发现用’发酵粉‘提高了塑料电池的转换效率2-3倍的原因，这种新的了解，可使现在注意力集中在塑料太阳能电池的发展上。约十年前发现，在塑料太阳能电池生产过程中要添加溶剂才能提高它的转换效率，但不知其原因。爱的合温技术大学的研究人员经过研究生产过程的每个环节，搞清了，在生产过程的溶液蒸发前添加溶剂可使固化时的液滴变得细些，而使塑料太阳能电池的效率提高。其作用与添加'发酵粉‘相当。

塑料太阳能电池，也指有机电池，是用高聚物代替硅将太阳光转换为电能，这可降低太阳能电池的成本和重量，并令它们柔软，但塑料太阳能电池的转换效率只有约10%，比商业硅太阳能电池的效率15%-20%之间的低。

约十年前，偶然发现，在生产过程中，额外添加溶剂可使塑料太阳能电池的效率增加2-3倍。现在，所有塑料太阳能电池的生产都用额外添加溶剂。但谁也不清楚它为何有这种好作用的原因。

已知，塑料太阳能电池的结构形态和其效率有关，即混合的二种塑料成分的精确形态会影晌电子的移动。在生产过程中，将二种有机材料溶解，随后，蒸发和固化。秘密在溶液蒸发前要添加溶剂。

爱得合温技术大学的勒内·杨森(Rene Janssen)领导的研究人员利用光结合的技术去寻找对这问题的明确解析;当他们不加额外溶剂时，他们发现塑料混合体在硬化过程，形成大的液滴。这对电子输送是一种负面的效应。结果导致塑料太阳能电池的效率低下。在溶液中加入添加溶剂愈多，当达到某一特别量时，这些液滴会变得小些。

在硬化过程中有二种效应;一方面，溶液蒸发，高聚物形成折叠结构，而加入添加溶剂时，使这种折叠过程提早开始，这表示，最终不形成泡;添加溶剂起了一种“发酵粉”的作用。它改善了混合聚合物的结构;原用的剂量是不够的。爱得合温大学的研究人员希望，他们的发现对今后塑料太阳电池的发展更加有效。

二、柔性太阳能电池类型介绍

1.非晶硅

非晶硅(amorphous silicon, a -Si)柔性电池的厚度是晶体硅电池的1/300，可以进一步地降低原材料 成本。非晶硅柔性电池的一个突破时 1997 年提出的三结叠层电池结构，提高了转换效率和稳定性，稳定后的转换效率达到8 .0%-8.5%。

以美国 United Solar Ovonic 公司的非晶硅柔性电池为例，非晶硅三结叠层电池结构包含了三层不同带隙的 p -n 结吸收层。顶电池用 1 .8eV 带隙的非晶硅 a -Si，吸收蓝光。中间电池用 1 .6eV 带隙的硅锗合金 a -SiGe，吸收绿光，Ge 的含量为 10%-15%。底电池用 1 .4eV 带隙的硅锗合金 a -SiGe, 为 40%-50%吸收红光和红外光，Ge 的含量较高。太阳光依次通过三层半导体吸收层后，还有一部分没有 被吸收的光线，经过 Al/ZnO 的背反射层反射后，回到三层半导体吸收层，再进行一次吸收过程，背反射 层起到陷光作用。这样非晶硅柔性电池可以更有效地吸收入射光，提高了转换效率和输出功率，在低入射光和散射光的条件下，性能更好。

截止2016年国内只有迅力光能在生产非晶硅柔性薄膜电池及组件，转换效率为8-10%，整体厚度仅为1.5mm。在产品应用上，除了卷对卷式的柔性薄膜组件外，还有折叠式充电包，扩展了柔性非晶硅的应用。

2.铜铟镓硒

20 世纪70 年代中期，人们开始研究铜铟镓硒(copper indium gallium diselenide,Cu(In,Ga)Se2,CIGS)薄膜电池。CIGS 薄膜属于黄铜矿结构(chalcopyrite)晶体，其带 隙可以调节。由于太阳能电池对带隙的要求是1~1.7eV，通过改变 III 族阳离子 In、Ga、Al 和 VI 族阴 离子 Se、S 的含量，可以按照需要调节CIGS 的带隙。和非晶硅相比，CIGS 晶体内部缺陷少，性能 更稳定，组件寿命达 25 年。在组件使用过程中，铜离子的移动可以修复缺陷，因此组件性能会不断地提高，这和非晶硅的光致衰退效应或S -W 效应(Staebler-Wronskieflect)恰恰相反。

3.有机

在有机太阳电池(organic photovoltaic, OPV)中，有机半导体吸收介质通常由施主材料和受主材料混合而成。施主材料善于给出电子、吸收空穴，混合后具有正电性，共轭聚合物(conjugated polymer)是典型的施主 材料。受主材料善于吸收电子、给出空穴，混合后具有负电性，富勒烯(fullerene，C 60)是典型的受主材料。

激子(excition)是被束缚的电子- 空穴对，是受激后的准离子(quasiparticle)。受激后，电子和空穴分离，但是电子- 空穴对仍然通过静电的库伦力互相吸引，由于库伦束缚而不能彻底分离，形成激子。激子有两种，瓦

尔尼- 模特激子(Wannier-Mottexcition)和弗伦克尔激子(Frenkel exciton)。瓦尔尼-模特激子存在于在晶体硅半导体中，被激发到导带中的电子和价带中的空穴形成束缚态，库伦力较弱，在 0.01eV 左右。弗伦克尔激子存在 于有机介质的施主材料中，之间的库伦力较强，在0.3eV 左右。

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