光伏和太阳能电池

将光能转换成电能的小型太阳能电池的图示

太阳能光伏技术可在原子水平将光能转换成电能。光电效应可让特定半导体材料吸收太阳光粒子或光子,释放出电子。光伏电池利用可见光发电;而太阳能电池不仅吸收可见光,还会吸收全光谱太阳光,并将太阳辐射转换成可用能源。作为安全、可持续和高效的能源,从电动车(EVs)和太阳能屋顶,到泵水和脱盐淡化系统,光伏和太阳能电池系统可用于多种类型装置的并网或离网发电。

光伏电池使用层状半导体材料作为PN结,将光子形式的光能转换为电子形式的电流。PN结是p型半导体(电子受主材料)和n型半导体(电子施主材料)之间的交界面。n型半导体吸收光子后释放电子,产生游离电子和电子-空穴对。带负电的电子被p型材料吸引,而带正电的空穴被n型材料吸引。如果有闭合电路连接到电极,游离电子会流经电路形成电流和电压,直至与p型材料中的电子空穴重新结合。

光伏系统的效率因光伏电池技术和所用半导体材料类型而异。第一代太阳能电池由无机多晶和单晶材料构成。随着有机电子学和材料的飞跃发展,光伏技术随之大幅进步。

有机太阳能电池轻质柔性,可在在氧化铟锡(ITO)或氟掺杂氧化锡(FTO)等透明导电薄膜上,利用高性能聚合物给体富勒烯和非富勒烯受体(NFAs)通过低温溶液法经济地生产。有机空穴传输材料(HTMs)的出现,使得高性能钙钛矿太阳能电池成为更高效的替代太阳能采集方法。

钙钛矿太阳能电池通常使用有机无机杂化材料作为光活性层,凭借转换效率高、成本低和生产简便等优势成为发展最快的商用太阳能技术。铅卤化物钙钛矿的转换效率最高,是发展最快的太阳能电池技术。


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