基本信息
- 项目名称：
- 一种新型纳米材料基太阳能电池
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我们通过碳纳米管薄膜覆盖在单根硒化镉纳米带上组成的肖特基异质结，制备了开路电压为0.5-0.6 V，光电转换效率为0.45-0.72 %，在空气中具有良好稳定性可双面工作的太阳能电池。通过对比实验研究发现，碳纳米管和硒化镉纳米带之间的肖特基结是该太阳能电池激子产生、电子-空穴分离、传输的核心部分。该电池结构非常简单，而且其中的碳纳米管薄膜和硒化镉纳米带都可以分别与其他材料组合制备太阳能电池。
- 详细介绍：
- 利用纳米技术，制备具有纳米结构的异质结，是实现电子与空穴分离、传输，进而开发新型太阳能电池的有效手段。碳纳米管和硒化镉纳米材料因其独特的电学和光学性质而备受广大学者的关注。这两种纳米材料复合物的制备以及它们之间的电子相互作用已被广泛研究，但是基于这两种材料的太阳能电池研究很少。我们通过碳纳米管薄膜覆盖在单根硒化镉纳米带上组成的肖特基异质结，成功制备了开路电压为0.5-0.6 V，光电转换效率为0.45-0.72 %，在空气中具有良好稳定性可双面工作的太阳能电池。通过对比实验研究发现，碳纳米管和硒化镉纳米带之间的肖特基结是该太阳能电池激子产生、电子-空穴分离、传输的核心部分。该电池结构非常简单，而且其中的碳纳米管薄膜和硒化镉纳米带都可以分别与其他材料组合制备太阳能电池。由于硒化镉为直接带隙半导体，这样硒化镉更利于吸光，可以降低薄膜厚度，节省材料，降低成本。由于硒化镉纳米带具有一定的柔性，从而具有制备柔性太阳能电池的潜力。总之，该电池是一种具有新结构的太阳能电池，结构简单、体积小，很容易扩展到其他材料，而且制备方法简便，在空气中能长期稳定，可双面照射工作，适宜大规模生产。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 该电池是一种具有新结构的太阳能电池，结构简单、体积小，很容易扩展到其他材料，节省材料，降低成本，而且制备方法简便，在空气中能长期稳定，可双面照射工作，适宜大规模生产。由于硒化镉纳米带具有一定的柔性，从而具有制备柔性太阳能电池的潜力。碳纳米管薄膜与硒化镉纳米带组成的肖特基异质结是该电池的关键，可以得到开路电压为0.5-0.6 V，光电转换效率为0.45-0.72 %，的太阳能电池。
科学性、先进性
- 利用纳米技术，制备具有纳米结构的异质结，是实现电子与空穴分离、传输，进而开发新型太阳能电池的有效手段。这两种纳米材料复合物的制备以及它们之间的电子相互作用已被广泛研究，但是基于这两种材料的太阳能电池研究很少。我们首次合成了毫米量级的硒化镉纳米带，并将其与碳纳米管薄膜构成平面结构的异质结，进而开发了一种新结构的太阳能电池。我们还将这种太阳能电池扩展到其他材料（如石墨烯、n-Si）。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 普通许可
作品可展示的形式
- 图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 在构建了我们的太阳能电池之后，通过银胶分别从硒化镉和碳纳米管分别引出导线，作为连接外电路电极。在使用时，将碳纳米管端作为正极，硒化镉端作为负极，与工作器件相连，在太阳光照射下，通过硒化镉和碳纳米管的异质结，将太阳能转化为电能，从而实现对工作器件的驱动。 我们首次开发了碳纳米管覆盖在硒化镉纳米带上的新结构的太阳能电池，我们这种的太阳能电池结构简单、工艺简单，空气稳定性好，对制备设备、工艺条件要求不高，适宜大规模生产。而且由于硒化镉为直接带隙半导体，更利于吸光，可以降低薄膜厚度，节省材料，降低成本。由于硒化镉纳米带具有一定的柔性，从而具有制备柔性太阳能电池的潜力。
同类课题研究水平概述
- 太阳能是清洁的可再生能源，利用和转换太阳能是解决能源危机和环境污染的一条重要途径，而开发太阳能电池是利用太阳能最有效的方法之一。单晶硅太阳能电池的光电转换效率最高，技术成熟，但受到成本较高、材料纯度和制备工艺的限制，其大规模的普及应用受到一定程度的制约。 开发利用纳米材料制备光伏器件是简化制备工艺、提高效率和降低成本的有效途径。很多半导体纳米材料已经被用于制备结构新颖的新型异质结太阳能电池，如核/壳结构的硅纳米线和有机物/氧化锌复合纳米线、以及层状结构的CdSe/CdTe纳米棒等，都能形成异质结，产生光伏效应。碳纳米管（CNT）和硒化镉（CdSe）纳米材料因其独特的电学和光学性质而备受广大学者的关注。最近，CNT因其高的载流子迁移率和大的比表面积已经被应用到有机太阳能电池和敏化太阳能电池中，作为填充物增加导电性或者透明电极。而且，CNT可以与其他半导体材料，如：Si、GaAs、ZnS等，形成异质结,具有整流效应。基于CNT与n-Si异质结的太阳能电池效率已经达到7.4%。 CdSe具有1.74 eV的带宽，是太阳能电池中很好的吸光材料。例如：在薄膜太阳能电池中，CdSe/CdTe纳米棒太阳能电池的效率达到3%。在颗粒敏化太阳能电池中，CdSe纳米材料也被广泛用作吸光材料。CNT的表面负载纳米颗粒构成复合物是最近研究的热点，研究发现，这两种材料之间存在很强的电子相互作用。CdSe和CNT的复合物在光照时，电荷在两者之间发生转移，电子-空穴对在CdSe中产生，电子从CdSe传递到CNT，使CNT中空穴浓度降低。电子的转移，使得CdSe和CNT的界面上形成内建电场，这是产生光伏效应的关键。
