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第Ⅱ部分鎢在新能源電池市場的介紹
第十一章鎢在太陽能電池中的應(yīng)用

鎢作為一種具有優(yōu)異性能的材料，在太陽能電池制造中有著廣泛的應(yīng)用。據(jù)中鎢在線了解，光伏用鎢絲是這幾年在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用中較火的一種產(chǎn)品，它不僅能有效提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率，還能降低光伏硅片的損耗。

中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究報告圖片

中鎢在線銷售30微米光伏用鎢絲圖片

除了鎢絲能應(yīng)用于太陽能電池中外，鎢薄膜、氧化鎢、二硫化鎢、二硒化鎢、鎢酸鹽（如鎢酸鎘）、鎢基合金等鎢產(chǎn)品也能很好應(yīng)用于太陽能電池中。其中，鎢薄膜具有高透過率、高反射率和良好的導(dǎo)電性能等特點，能夠有效地提高太陽能電池的光吸收效率和光電轉(zhuǎn)換效率。鎢基合金具有高強度、高熔點和高耐腐蝕性等特點，能夠在惡劣環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能，因此被用作太陽能電池邊框和連接材料。

中鎢在線氧化鎢圖片

太陽能電池，也稱為光伏電池，是一種能夠直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是由半導(dǎo)體材料制成的，其核心是將太陽光的能量轉(zhuǎn)換為電能。它的輸出功率取決于其制造材料、工藝和環(huán)境條件。

太陽能電池的工作原理基于光伏效應(yīng)，即當太陽光照射在半導(dǎo)體材料上時，光子的能量會激發(fā)電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生電子-空穴對。電子和空穴分別被半導(dǎo)體材料的負極和正極收集，形成電流。具體來說，太陽光照射在太陽能電池上時，光子的能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度時，電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對。電子和空穴分別被半導(dǎo)體材料的負極和正極收集，形成電流。此電流就是我們通常所說的“光伏電流”。

太陽能電池的優(yōu)點：（1）可再生能源：太陽能是一種可再生能源，使用太陽能電池可以減少對化石燃料的依賴，降低環(huán)境污染。（2）無噪音：太陽能電池工作時沒有機械運動，不會產(chǎn)生噪音，對周圍環(huán)境無影響。（3）壽命長：太陽能電池的壽命一般在20年以上，使用中不需要特別的維護，節(jié)省了維修費用。（4）節(jié)能環(huán)保：生產(chǎn)太陽能電池的過程不需要燃燒燃料，不排放污染物，符合環(huán)保要求。（5）適用范圍廣：除了大規(guī)模幷網(wǎng)發(fā)電外，太陽能電池還可以用于太陽能路燈、光伏電站、太陽能熱水器等領(lǐng)域。

太陽能電池圖片

太陽能電池的缺點：（1）受天氣影響：太陽能電池的發(fā)電量受天氣影響較大，陰雨天或冬季陽光不足時發(fā)電量會明顯降低。（2）占地面積大：為了獲得足夠的電量，需要大面積安裝太陽能電池板，占地面積較大。（3）成本高：目前太陽能電池的成本仍較高，尤其是高效能晶體硅電池。（4）能量密度低：相對于其他能源形式，太陽能的能量密度較低，需要較大的面積才能獲得足夠的能量。（5）需要傾斜安裝：為了更好地接收太陽光，太陽能電池需要安裝在傾斜的支架上，增加了安裝難度和成本。（6）儲能困難：由于太陽能的不穩(wěn)定性和間歇性，儲能技術(shù)尚不成熟，難以實現(xiàn)穩(wěn)定供電。

太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域：（1）幷網(wǎng)發(fā)電：將太陽能電池與電網(wǎng)相連，將產(chǎn)生的電能直接輸送到電網(wǎng)中供用戶使用。這是目前應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。（2）獨立發(fā)電：在沒有電網(wǎng)供電的地區(qū)或特殊場合（如衛(wèi)星、遠洋平臺等），使用太陽能電池進行發(fā)電，為用戶提供電能。（3）光伏電站：將大量太陽能電池板集中安裝在一個地方，形成光伏電站，用于大規(guī)模幷網(wǎng)發(fā)電。（4）分布式能源系統(tǒng)：將太陽能電池與儲能設(shè)備相結(jié)合，形成分布式能源系統(tǒng)，在電力需求高峰時釋放存儲的能量供用戶使用。（5）通訊設(shè)施：太陽能電池可以為通訊設(shè)施提供電力，如衛(wèi)星、氣象觀測站、遠程無線通訊設(shè)備等。（6）農(nóng)業(yè)應(yīng)用：太陽能電池在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，如太陽能灌溉系統(tǒng)、太陽能溫室、太陽能殺蟲燈等，為農(nóng)業(yè)提供可持續(xù)發(fā)展的解決方案。（7）環(huán)保與城市景觀：太陽能電池還可以用于環(huán)保和城市景觀建設(shè)，如太陽能路燈、太陽能公園座椅、太陽能垃圾處理設(shè)施等，既滿足城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求，又實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。（8）能源儲存：結(jié)合儲能技術(shù)，太陽能電池可以將白天收集的能量儲存起來，用于夜間或陰雨天的電力供應(yīng)，保證能源的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。

太陽能電池圖片

隨著全球氣候變化和能源危機的加劇，可再生能源的開發(fā)和利用越來越受到重視。太陽能電池作為一種重要的可再生能源技術(shù)，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。目前，光伏發(fā)電已成為全球增長速度最快的能源行業(yè)之一。中國的太陽能電池產(chǎn)業(yè)在全球市場中占據(jù)重要地位，國內(nèi)光伏發(fā)電裝機容量持續(xù)增長，技術(shù)水平不斷提高，成本逐漸降低。同時，各國政府也紛紛出臺相關(guān)政策，鼓勵和支持太陽能電池的應(yīng)用和研發(fā)。

未來，隨著技術(shù)的進步和成本的降低，太陽能電池的應(yīng)用前景將更加廣闊。一方面，光伏發(fā)電的效率和可靠性將得到進一步提升，能夠更好地滿足不同領(lǐng)域和場景的能源需求；另一方面，太陽能電池的儲能技術(shù)將得到改進和完善，能夠?qū)崿F(xiàn)更長時間和更大規(guī)模的能源儲存，提高能源利用效率和穩(wěn)定性。此外，隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，太陽能電池將與各種能源形式相互補充，形成多元化的能源供應(yīng)體系，為全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

11.1 氧化鎢在太陽能電池中的應(yīng)用

氧化鎢（WOx）是一種無機化合物，是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有直接帶隙，這意味著它能夠高效地將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能。此外，氧化鎢還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，使其能夠在惡劣的環(huán)境條件下保持性能。

中鎢在線氧化鎢圖片

在太陽能電池中，氧化鎢的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）高光吸收系數(shù)：氧化鎢對可見光和近紅外光具有高吸收系數(shù)，這意味著它可以有效地吸收太陽光，幷將其轉(zhuǎn)換為電能。

（2）寬帶隙：氧化鎢的寬帶隙使得它能夠在高溫條件下工作，幷且能夠有效防止光致衰退，從而提高太陽能電池的穩(wěn)定性。

中鎢在線氧化鎢圖片

（3）透明導(dǎo)電性：氧化鎢具有較高的光學(xué)透過率和良好的導(dǎo)電性能，使得它可以用作窗口層材料，既能夠讓太陽光透過，又能夠收集電流。

（4）化學(xué)穩(wěn)定性：氧化鎢不易受環(huán)境中的水分、氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)的影響，使其成為一種非常穩(wěn)定的材料，能夠在各種環(huán)境條件下保持性能。

（5）低制造成本：與傳統(tǒng)的硅基太陽能電池相比，使用氧化鎢作為光吸收層的太陽能電池可以采用溶液法等方法制備，成本較低。

總之，氧化鎢在太陽能電池中具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷進步和研究的深入開展，相信氧化鎢會在未來的太陽能電池領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

中鎢在線氧化鎢圖片

11.1.1 太陽能電池正面銀漿用三氧化鎢

11.1.2 太陽能電池用氧化鎢薄膜

11.1.3 太陽能電池用氧化鎢的挑戰(zhàn)

11.2 二硫化鎢在太陽能電池中的應(yīng)用

11.2.1 太陽能電池光活性層用二硫化鎢

太陽能電池的光活性層是直接參與光電轉(zhuǎn)換的區(qū)域，其作用是將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。光活性層通常位于太陽能電池的頂部，能夠吸收太陽光幷產(chǎn)生光生載流子（電子和空穴）。這些載流子隨后被收集幷傳輸?shù)诫姌O，形成電流。

太陽能電池圖片

來自日本東北大學(xué)的一組研究團隊利用氧化銦錫（ITO）作為透明電極和二硫化鎢（WS2）作為光活性層創(chuàng)造了一種近乎看不見的太陽能電池板。

WS2是過渡金屬二氯化物（TMD）材料家族的一員，科學(xué)家們聲稱，由于其在可見光范圍內(nèi)可接受的帶隙和單位厚度上最大的吸收共效率，它是近乎看不見的太陽能電池的最佳選擇。據(jù)《光伏雜志》報道，ITO-WS2的連接是通過將ITO濺射到石英襯底上，幷使用化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)生長WS2單層而形成的。

中鎢在線二硫化鎢圖片

通過在ITO（Mx/ITO）上面涂抹各種薄金屬幷在Mx/ITO和單層二硫化鎢之間引入一層薄的WO3，調(diào)整了WS2和ITO之間的接觸屏障。結(jié)果，肖特基勢壘高度急劇增加（高達220 meV），有可能提高肖特基型太陽能電池中電荷載流子分離的效率。

研究人員發(fā)現(xiàn)，采用優(yōu)化電極（WO3/Mx/ITO）的太陽能電池的電力轉(zhuǎn)換效率比采用普通ITO電極的裝置高出1000多倍。研究人員計算出，一個具有極高的平均可見光透射值（79%）的1cm2太陽能電池，通過在這個具有適量串聯(lián)和幷聯(lián)的優(yōu)化單元裝置上重復(fù)實驗，其總功率可能提高到420pW。

此外，二硫化鎢作為光活性層材料在太陽能電池中還具有許多優(yōu)點：（1）高光電轉(zhuǎn)換效率：WS2具有直接帶隙，能夠高效地將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能。其寬帶隙特性使其在可見光和近紅外光范圍內(nèi)具有高吸收系數(shù)，從而提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。（2）穩(wěn)定性：WS2具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能夠在各種環(huán)境條件下保持性能。它不易受空氣中的水分、氧氣和其他化學(xué)物質(zhì)的影響，能夠在長時間內(nèi)保持性能的穩(wěn)定性。（3）高光學(xué)透過率：WS2具有高光學(xué)透過率，允許太陽光有效地穿透光活性層幷被吸收。這有助于提高太陽能電池的光吸收能力，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。（4）可調(diào)帶隙：通過改變WS2的合成條件，可以調(diào)整其帶隙，從而優(yōu)化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。這種可調(diào)性使得WS2成為一種靈活的材料，可以應(yīng)用于不同類型和結(jié)構(gòu)的太陽能電池。

中鎢在線二硫化鎢圖片

總之，二硫化鎢作為太陽能電池的光活性層材料具有許多優(yōu)點，包括高光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性、高光學(xué)透過率、可調(diào)帶隙、低成本以及與其他材料的兼容性。這些優(yōu)點使得WS2成為一種有前途的光活性層材料，有助于推動太陽能電池技術(shù)的進一步發(fā)展。

為了實現(xiàn)二硫化鎢在太陽能電池中的最佳應(yīng)用，還需要對其光活性層的設(shè)計和制備工藝進行深入研究。例如，優(yōu)化WS2的晶體結(jié)構(gòu)和形貌可以提高其光電性能；探索與其他材料的復(fù)合方式可以進一步增強光活性層的性能。此外，對WS2在太陽能電池中的長期穩(wěn)定性和耐候性也需要進行評估和改進。

隨著技術(shù)的不斷進步和研究的深入開展，相信二硫化鎢作為光活性層材料在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用將得到進一步拓展。這有望為太陽能電池技術(shù)的發(fā)展帶來新的突破，促進清潔能源的廣泛應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。

中鎢在線二硫化鎢圖片

11.2.2 太陽能電池空穴傳輸層用二硫化鎢納米膜

11.2.3 太陽能電池用二硫化的挑戰(zhàn)

11.3 二硒化鎢在太陽能電池中的應(yīng)用

11.3.1太陽能電池導(dǎo)電層用二硒化鎢

太陽能電池是一種利用光能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其工作原理主要是通過光生電效應(yīng)將太陽光轉(zhuǎn)化為直流電。在太陽能電池中，導(dǎo)電層是一個非常重要的組成部分，它主要起到傳輸電流的作用。

導(dǎo)電層的作用是將電池內(nèi)部的光生電流傳輸?shù)酵獠侩娐分校怨┦褂?。同時，導(dǎo)電層還需要能夠有效地反射太陽光，以減少光的吸收損失，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

為了滿足這些要求，導(dǎo)電層的材料需要具備高導(dǎo)電性和良好的光學(xué)性能。常用的導(dǎo)電層材料包括金屬導(dǎo)體（如金、銀、銅等）、本征半導(dǎo)體（如硅、鍺等）以及摻雜的半導(dǎo)體（如n型和p型硅）。這些材料在導(dǎo)電性能和光學(xué)性能方面各有優(yōu)缺點。

太陽能電池圖片

以金屬導(dǎo)體為例，它具有高導(dǎo)電性，但反射性能相對較差，容易吸收太陽光。而半導(dǎo)體材料雖然反射性能較好，但其導(dǎo)電性能相對較低。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的導(dǎo)電層材料。

當二硒化鎢作為導(dǎo)電層時，它表現(xiàn)出一些獨特的優(yōu)點。首先，WSe2具有較高的導(dǎo)電性能，能夠有效地傳輸電流。其次，WSe2的反射性能較好，可以減少光的吸收損失，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，WSe2還具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，能夠在各種環(huán)境條件下保持穩(wěn)定的性能。

與傳統(tǒng)材料相比，二硒化鎢作為導(dǎo)電層可以彌補其一些不足。例如，相對于金屬導(dǎo)體，WSe2的反射性能更好，可以減少光的吸收損失；相對于半導(dǎo)體材料，WSe2的導(dǎo)電性能更高，能夠更好地傳輸電流。此外，WSe2還具有較好的機械強度和韌性，可以在制造過程中實現(xiàn)更好的加工性能和穩(wěn)定性。

中鎢在線二硒化鎢圖片

四川大學(xué)王澤高等研究者（專利文檔序號30756717）提出了一種以二硒化鎢為導(dǎo)電層的柵極調(diào)控太陽能電池，所提供的二硒化鎢太陽能電池極具成為柔性太陽能電池的潛力，相較于現(xiàn)有的太陽能電池，具有更長的壽命、更高的穩(wěn)定性；比現(xiàn)有二硒化鎢太陽能電池操作更簡便、成本更低，具有更高的研發(fā)性價比。

四川大學(xué)研究者制作的二硒化鎢太陽能電池包括基底材料、二硒化鎢、頂柵介質(zhì)材料、頂柵電極、源電極和漏電極，WSe2導(dǎo)電層位于基底材料表面，源電極和漏電極位于WSe2兩端；該太陽能電池還包括頂柵介質(zhì)材料和頂柵電極，頂柵介質(zhì)材料位于WSe2上方幷覆蓋二硒化鎢、源電極和漏電極，頂柵電極位于頂柵介質(zhì)材料上方作為頂部。

四川大學(xué)研究者采用的技術(shù)手段是，對現(xiàn)有的局部柵極控制的二硒化鎢太陽能電池，采用具有厚度差的柵介質(zhì)層和透明頂柵電極，以取代含溝道的局部柵極。恰當?shù)剡x擇柵壓的方向和大小，能使同一塊WSe2產(chǎn)生不同類型的摻雜，形成p-n結(jié)。所以，采用的含厚度差的柵介質(zhì)層將起到絕緣和同時產(chǎn)生不同類型摻雜的雙重作用；采用的頂柵介質(zhì)材料為透明六方氮化硼，頂柵電極為透明石墨烯，使得頂柵電極和頂柵介質(zhì)材料盡可能小地對光照射造成阻礙，增加WSe2導(dǎo)電層對光的吸收量。

四川大學(xué)研究者制作的二硒化鎢太陽能電池的操作比現(xiàn)在有的二硒化鎢太陽能電池的操作更簡便，生產(chǎn)成本更低，這主要是由于溝道的制作不需要用到光刻機進行光刻。