钙钛矿半导体的激子光谱研究(2)

菜单

单晶硅和多晶硅太阳能电池是常说的第一代太阳能电池 [1]。虽然硅材料存在各种各样的问题，例如原材料昂贵、效率较低等，但由于其技术最成熟，目前太阳能市场的主要供应原料仍然是硅。

第二代太阳能电池是以薄膜材料为基础研制而成的。薄膜太阳能电池技术优点众多，例如原料需求少，制备方法简单，且能够大规模生产，更加适应市场的需要。非晶硅薄膜电池及多晶硅薄膜电池等都属于薄膜电池[2]。

具备薄膜化、转换效率高、原料丰富与无毒的特点的太阳能电池成为第三代太阳能电池[3]，主要有叠层太阳能电池和多带隙太阳能电池等新型电池。

研究人员经过三个阶段以来几十年的研究，极大的降低了硅电池的使用成本。但是与传统化石能源相比，由于太阳能电池前期投入成本太高，很大程度上限制了太阳能产业的发展。所以，在能源日益枯竭的今天，为了更有效的利用太阳能，研制出高效率、低成本的太阳能电池势在必行。

1.2.2 太阳能电池的分类

太阳能电池多为半导体材料制造，几十年以来，已经有丰富多彩的种类，且形式多样。以材料来分，太阳能电池主要分为以下三类：硅太阳能电池、化合物太阳能电池及有机半导体太阳能电池[4]。

硅太阳能电池：指以硅为基体材料的太阳能电池，主要有单晶硅、多晶硅以及非晶硅薄膜太阳能电池。其中值得一提的是非晶硅电池采用的硅为α-Si[5]，基本结构为PIN结构而非一般的PN结构。

化合物太阳能电池：指由两种或两种以上元素组成的、具有半导体特性的化合物半导体材料所制成的太阳能电池，主要成分为无机盐，可分为：III-V 族化合物（如GaAs）太阳能电池、II-VI 族化合物（如CdS/CdTe）太阳能电池和三元（I-III-VI 族）化合物（如CuInSe2）太阳能电池。

有机半导体太阳能电池[6]：指含有一定数量的C-C键、导电能力在金属和绝缘体之间的半导体材料制成的太阳能电池。本文论述的钙钛矿半导体太阳能电池就属于其中的平面异质结型器件。器件可以分为双层异质结型和体异质结型器件。

1.2.3 太阳能电池的工作原理

太阳能电池的工作原理的基础就是半导体 PN 结的光生伏特效应[7源]自\751|文}论(文]网[www.751com.cn]。法国物理学家Becquerel在1839年发现了光生伏特效应。英国科学家Adams等人于1876年发现，当阳光照射硒半导体时，会有电流产生。

当有光照射到 PN 结上时，会产生电子--空穴对。在半导体内部 PN 结处产生的载流子，没有被复合到达空间电荷区，而是受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，造成 n区存在了过剩电子、p区存在了过剩空穴的现象产生。过剩载流子又会导致在 PN 结处附近形成同势垒方向相反的光生电场[8]。光生电场除了一部分抵消势垒电场的作用，还会使P区带正电，N区带负电，由此，在N区和P区之间的范围就产生光生电动势，即光能转换成为电能[17]。