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太阳能储能锂电池的结构和工作原理

2023-02-10




光可以分为不同的波长,我们可以透过彩虹看到。由于入射到电池上的光的光子能量范围非常宽,一些光子没有足够的能量来形成电子-空穴对。它们只是穿过电池,就像电池是透明的一样。但其他一些光子非常有能量。只有当达到一定的能量(电子伏特(eV),这取决于电池材料(约1.1eV的晶体硅))时,电子才能逃逸。我们称这个能量值为材料的带隙能量。如果光子的能量大于所需的能量,则多余的能量将丢失(除非光子的能量是所需能量的两倍,这可以产生多个电子-空穴对,但这种效应并不重要)。仅这两种效应将导致电池中约70%的辐射能量损失。


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为了使用更多的光子,我们为什么不选择一种带隙非常低的材料呢?不幸的是,带隙也决定了电场强度(电压)。如果带隙太低,在增加电流(通过吸收更多电子)的同时,会损失一定的电压。记住,功率是电压和电流的乘积。佳带隙能量必须能够平衡这两种效应。对于由单一材料制成的电池,该值约为1.4电子伏特。




我们还有其他能量损失。电子必须通过外部电路从电池的一侧流向另一侧。我们可以在电池底部镀上一层金属,以确保良好的导电性。然而,如果我们用金属完全覆盖电池顶部,光子将无法通过不透明导体,从而失去所有电流(在某些电池中,透明导体仅在顶部表面使用,而不是在所有位置)。如果我们只在电池的两侧设置触点,电子需要经过很长的距离才能到达触点。要知道,硅是一种半导体,它的电流传输性能不如金属。其内部电阻(称为串联电阻)相当高,高电阻意味着高损耗。为了大限度地减少这些损失,电池被金属接触网覆盖,这可以缩短电子移动的距离,只覆盖电池表面的一小部分。即使如此,一些光子也会被网格阻挡。电网不能太小,否则其电阻会太高。




在实际使用电池之前,还需要采取其他几个步骤。硅是一种有光泽的材料,这意味着它具有良好的反射财产。反射的光子不能被电池使用。因此,电池顶部的抗反射涂层可以将反射损耗降低到5%以下。


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