28、基于锡的钙钛矿在光伏领域的应用与建筑采光节能研究

基于锡的钙钛矿在光伏领域的应用与建筑采光节能研究

1. 光伏技术基础原理

光伏电池，也就是我们熟知的太阳能电池，是一种能通过光伏效应将光能直接转化为电能的电气设备。当光线照射到电池上时，其电流、电压和电阻等特性会发生改变。太阳能电池的基本工作原理主要包括以下三个步骤：
- 吸收光线 ：当光子的能量等于或大于吸收材料的带隙能量时，电子会从价带被激发到导带，从而在原本的共价键网络中留下一个空穴，即产生了电子 - 空穴对。
- 分离电子和空穴 ：由于 pn 结两侧形成的内置电势，光生载流子会发生漂移，进而实现电荷载流子的分离。内置电势的大小取决于载流子密度或掺杂情况。
- 将电子/空穴传输到外部电路 ：在太阳能电池的两侧制作金属 - 半导体接触（电极），并将电极连接到外部负载。分离后的电子和空穴会通过导线被收集，直到它们到达半导体 - 金属接触处，在此之前它们不会发生复合。此时测量到的电压等于两个终端处准费米能级的差值。

2. 光伏材料与现象

能够有效吸收太阳能的材料种类繁多，其中半导体材料（如晶圆形式或薄膜形式）可以吸收照射在其上的光线。常见用于太阳能电池的半导体材料包括 Si、GaAs、InP、CIGS、CdTe、CZTS 等。当合适的光线（能量大于带隙）照射到吸收材料上时，电子会从低能态（基态）被激发到高能态（激发态）。在没有结的情况下，自由电子的运动是随机的；而在有结的情况下，会形成感应电场，从而实现激发（光生）电荷载流子的分离，最终电荷载流子（电子和空穴）会被收集到相应的电极上。

光伏技术主要分为三代：