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太陽能儲能鋰電池的結(jié)構(gòu)和工作原理

2023-02-10




光可以分為不同的波長,我們可以透過彩虹看到。由于入射到電池上的光的光子能量范圍非常寬,一些光子沒有足夠的能量來形成電子-空穴對。它們只是穿過電池,就像電池是透明的一樣。但其他一些光子非常有能量。只有當(dāng)達(dá)到一定的能量(電子伏特(eV),這取決于電池材料(約1.1eV的晶體硅))時,電子才能逃逸。我們稱這個能量值為材料的帶隙能量。如果光子的能量大于所需的能量,則多余的能量將丟失(除非光子的能量是所需能量的兩倍,這可以產(chǎn)生多個電子-空穴對,但這種效應(yīng)并不重要)。僅這兩種效應(yīng)將導(dǎo)致電池中約70%的輻射能量損失。


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為了使用更多的光子,我們?yōu)槭裁床贿x擇一種帶隙非常低的材料呢?不幸的是,帶隙也決定了電場強度(電壓)。如果帶隙太低,在增加電流(通過吸收更多電子)的同時,會損失一定的電壓。記住,功率是電壓和電流的乘積。佳帶隙能量必須能夠平衡這兩種效應(yīng)。對于由單一材料制成的電池,該值約為1.4電子伏特。




我們還有其他能量損失。電子必須通過外部電路從電池的一側(cè)流向另一側(cè)。我們可以在電池底部鍍上一層金屬,以確保良好的導(dǎo)電性。然而,如果我們用金屬完全覆蓋電池頂部,光子將無法通過不透明導(dǎo)體,從而失去所有電流(在某些電池中,透明導(dǎo)體僅在頂部表面使用,而不是在所有位置)。如果我們只在電池的兩側(cè)設(shè)置觸點,電子需要經(jīng)過很長的距離才能到達(dá)觸點。要知道,硅是一種半導(dǎo)體,它的電流傳輸性能不如金屬。其內(nèi)部電阻(稱為串聯(lián)電阻)相當(dāng)高,高電阻意味著高損耗。為了大限度地減少這些損失,電池被金屬接觸網(wǎng)覆蓋,這可以縮短電子移動的距離,只覆蓋電池表面的一小部分。即使如此,一些光子也會被網(wǎng)格阻擋。電網(wǎng)不能太小,否則其電阻會太高。




在實際使用電池之前,還需要采取其他幾個步驟。硅是一種有光澤的材料,這意味著它具有良好的反射財產(chǎn)。反射的光子不能被電池使用。因此,電池頂部的抗反射涂層可以將反射損耗降低到5%以下。


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