CN101009335A - 一种新型太阳能发电结构系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型太阳能发电结构系统，它属于太阳光伏发电体系，本发明的太阳能发电结构系统分为光照部分和无光照部分，由窄禁带宽度的光敏纳米薄膜ZnFe2O4，绝缘云母板，Al∶Li合金箔与石墨构成，并在ZnFe2O4纳米薄膜与石墨的接触面掺杂Ag金属簇。由Al∶Li合金箔引出正极，石墨引出负极形成电流。本发明利用不同组成物功函数的差别以及光照及无光照条件下电荷因能量状态不同而进行的扩散产生电流，为一种新型太阳能发电结构系统，由于各种原材料成本较低，工业化制备较简单易行，便于加大太阳能发电的推广普及。

Description

一种新型太阳能发电结构系统

技术领域

本发明涉及光生伏打效应，是利用太阳光的照射进行发电的结构系统。

背景技术

目前，主要的太阳能光伏发电结构系统为单多晶硅太阳电池，非晶硅太阳电池，及染料敏化太阳电池。虽然具有较高的转化率，但是部分原料价格高，生产工艺要求高，成本居高不下，难以大范围推广。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种新型利用太阳光的照射进行发电的结构系统。利用本发明可以降低成本，加大太阳能发电的推广普及。

本太阳能发电结构系统主要利用各组成部分的作用机理得以实现：

1.ZnFe2O4纳米薄膜具有较好的可见光光电转化功能，可以较多地吸收波长在700nm以下的可见光，不易发生光腐蚀，耐酸碱，纳米膜具有大的比表面积和一定的导电性。

2.Al:Li合金箔反光较好，使入射光经过多级反射被充分吸收。

3.ZnFe2O4纳米薄膜与Al:Li合金箔结合处由于合金Al:Li功函数较小，电子从合金Al:Li向ZnFe2O4纳米薄膜流动，ZnFe2O4纳米薄膜与石墨结合处由于石墨功函数较大，电子从ZnFe2O4纳米薄膜向石墨流动.

4.Li-Li+扩散至ZnFe2O4纳米薄膜内，与导带电子形成Li+:e-偶极子，有助于膜表面或脱离表面的电荷传输。

5.ZnFe2O4纳米薄膜光照部分导带中的电子较多，浓度较高，能量状态较高，因而向无光照部分的ZnFe2O4纳米薄膜导带移动.

6.ZnFe2O4纳米薄膜表面掺杂Ag金属簇，起到电子库储运电荷的作用，使之与石墨接触面肖特基势垒阻挡层很薄得以形成隧道电流。

7.从Al:Li合金箔引出正极，石墨引出负极，实现电流输出。

8.在工业化生产中将其制作成为倒金字塔孔板结构，实现并联输出，更充分地利用入射光。

由于以上各种原材料成本较低，工业化制备较简单易行，便于加大太阳能发电的推广普及。

附图说明

图1是本太阳能发电结构系统各组成部分的作用原理图

图2是将该结构系统被制作成为倒金字塔孔板结构

具体实施方式

下面对具体实施作进一步的描述。

将整个系统分为光照部分和无光照部分。

1.制作复合材料多层板：

a)将约0.1mm厚度的Al:Li合金箔与2mm耐热云母板表面热熔复合，然后将该复合板用激光以多孔通透，孔径约为100nm，密度约为10的6次方个/平方厘米，从合金引出正极。

b)将上述复合板通过溶胶-凝胶方法在以上所制复合板上制备多层ZnFe2O4纳米薄膜并贯穿Al:Li合金箔与耐热云母板表面，使ZnFe2O4纳米薄膜在表面上的厚度约为2nm。

c)通过磁控溅射向与云母板结合的ZnFe2O4纳米薄膜掺杂Ag金属簇。

d)将上述掺杂Ag金属簇的ZnFe2O4纳米薄膜表面涂敷石墨并引出负极。

2.作用机理：

a)ZnFe2O4纳米薄膜存在大的比表面积，表面态分布较多，悬挂键较多，表面因电子集中而带负电，邻近表面附近带正电，形成表面势垒。当光照时，由于ZnFe2O4纳米薄膜可见光响应范围广，进入导带的光生电子数增加，在纳米膜表面由于导带费米能级高于表面能级，使更多电子进入表面能级，表面电子增加，导电性增强。

b)初始状态下，在ZnFe2O4纳米薄膜与Al:Li合金箔紧密结合处，由于Al:Li合金功函数相对较小，对最外层电子的吸引作用小于ZnFe2O4晶体对其导带电子的吸引作用，其外围不饱和电子更易进入与之相连的纳米薄膜ZnFe2O4的表面能级，并进一步移向邻近表面的正电场，将ZnFe2O4表面的导带电子向与合金接触面相反方向推进，电子从Al:Li合金箔向ZnFe2O4纳米薄膜表面及膜内流动，ZnFe2O4纳米薄膜与Al:Li合金箔的接触表面因积累电子而产生负电场。

c)当光照时，ZnFe2O4晶体结构中产生光生电子和空穴对。

d)光生电子在ZnFe2O4与Al:Li合金接触表面的负电场作用下向与合金接触面相反方向移动，具体的行为可能是Fe3+外围轨道电子吸收光子后产生轨道杂化能级跃迁，从而更多地受到负电场的排斥和处在四面体中心的Zn2+电场吸引并向其移动，接近过程中在氧空位被捕捉，由于浓度增加便会向邻近的表面杂化电子的导带推移扩散。

e)同时由于Al:Li合金箔上有部分的Li-Li+扩散至ZnFe2O4内，将与导带电子形成Li+:e-偶极子，在膜表面或脱离表面传输.

f)光生空穴在ZnFe2O4表面态的负电场作用下向表面移动，在表面与电子复合，使接触电势平衡打破，电子继续从Al:Li合金向ZnFe2O4纳米薄膜表面及膜内流动。因而Al:Li合金带正电。

g)部分光生空穴被来自与合金接触面相反方向的电子复合，损失电流，但是由于ZnFe2O4与Al:Li合金接触表面负电场的作用，使来自与合金接触面相反方向的电子数量减少，从而减少复合的情况。

h)光照面ZnFe2O4纳米薄膜中浓度较大的导带电子和Li+:e-偶极子沿着ZnFe2O4纳米薄膜表面的导带和膜内向远端浓度较小处扩散，从光照部分较高的动能及负电场势能向无光照部分的低能量状态移动，到达远端的ZnFe2O4纳米薄膜与石墨紧密结合处。

i)初始状态下，在ZnFe2O4纳米薄膜与石墨的紧密接触处，ZnFe2O4纳米晶体的功函数相对较小，ZnFe2O4表面态电子集中区的电子流向相连的相同费米能级的石墨，ZnFe2O4表面态电子集中区的电子主要由ZnFe2O4纳米薄膜导带中的电子所提供，ZnFe2O4邻近表面的导带电子由于费米能级高于表面能级而补充进入表面能级，与石墨接触面的邻近处形成正电荷区阻挡层肖特基势垒，由于Ag金属簇对其表面的掺杂，使阻挡区很薄，容易被电子隧道贯穿。

j)大量电子到达ZnFe2O4与石墨的接触表面和表面附近的金属簇Ag，将使ZnFe2O4与石墨接触面邻近处形成的正电荷区阻挡层变薄甚至变负，使电子通过阻挡层进入石墨电极。因而石墨电极带负电。

k)Al:Li合金带正电，石墨电极带负电，形成电流输出。

以上利用不同组成物功函数的差别以及光照及无光照条件下电荷因能量状态不同而进行的扩散产生电流，为一种新型太阳能发电结构系统。

Claims (4)

1.一种新型太阳能发电结构系统，其特征是，所述的新型太阳能发电结构系统分为光照部分和无光照部分，光照部分由窄禁带宽度的光敏纳米薄膜ZnFe2O4纳米薄膜与多孔贯穿的复合在绝缘云母板上的Al:Li合金箔构成，无光照部分由ZnFe2O4纳米薄膜与石墨构成，并在ZnFe2O4纳米薄膜与石墨的接触面掺杂Ag金属簇，无光照部分的ZnFe2O4纳米薄膜与光照部分的ZnFe2O4纳米薄膜通过多孔的Al:Li合金箔复合绝缘云母板上下贯穿。由Al:Li合金箔引出正极，石墨引出负极。

2.根据权利要求1所述的新型太阳能发电结构系统，其特征是，所述的太阳能发电结构系统分为光照部分和无光照部分。

3.根据权利要求1所述的新型太阳能发电结构系统，其特征是，所述的太阳能发电结构系统的光照部分由窄禁带宽度的光敏纳米薄膜与多孔贯穿的复合在绝缘材料板上的金属箔构成。

4.根据权利要求1所述的新型太阳能发电结构系统，其特征是，所述的太阳能发电结构系统的无光照部分由窄禁带宽度的光敏纳米薄膜与石墨构成，并在窄禁带宽度的光敏纳米薄膜与石墨的接触面掺杂金属簇，无光照部分的光敏纳米薄膜与光照部分的光敏纳米薄膜通过多孔的金属箔复合绝缘材料板上下贯穿。