光照强度对太阳能电池特性影响的实验研究

阐述了太阳能电池特性的相关理论,用实验方法研究了太阳能电池开路电压、短路电流、最大输出功率、最佳负载电阻及填充因子与光照强度的关系,结果表明,太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率随光照强度的增强而增大,最佳负载电阻和填充因子随光照强度的增强而减小,其中随着光照强度减弱而最佳负载电阻增大并未发现有相关的理论分析或仿真结果的报道,其他结果与太阳能电池特性相关理论一致.     

缓冲夹层影响异质结有机光伏器件性能研究

制备了结构为CuPc/缓冲层/C60异质结的有机光伏器件,分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层,研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明,增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高,器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39V分别提高到0.58V、0.55V,转换效率从0.36%提高到0.44%,短路电流从1.92mA/cm2分别降低到1.77mA/cm2、1.81mA/cm2,填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大,当缓冲层厚度很小时,器件短路电流密度还有所增加,但随着缓冲层厚度的增加,短路电流密度逐渐减小,当缓冲层厚度为10nm时,器件短路电流密度减少到0.35mA/cm2.开路电压随着厚度的增加逐渐增加,从1nm时的0.43V增加10nm时0.63V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因,为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.     

灰尘对硅系列太阳能电池性能的影响

搭建了基于灰尘覆盖的太阳能电池特性测试系统,研究了灰尘覆盖对单晶硅、多晶硅和非晶硅3种硅太阳能电池的光电转换特性的影响.结果表明:3种硅太阳能电池的光电转换性能在灰尘均匀覆盖后均下降,但I-V曲线的形状未改变.随着灰尘面密度的增大,3种太阳能电池的最大输出功率、短路电流、开路电压和转换效率指数下降,短路电流下降较快,开路电压下降缓慢,转换效率在电池覆盖0.1g灰尘相比于未覆盖灰尘时下降了约30%;填充因子变化受灰尘影响较小,仅非晶硅太阳能电池的填充因子略有浮动.     

缓冲夹层影响异质结有机光伏器件性能研究

制备了结构为CuPc/缓冲层/C₆₀异质结的有机光伏器件,分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层,研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明,增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高,器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39 V分别提高到0.58 V、0.55 V,转换效率从0.36%提高到0.44%,短路电流从1.92 mA/cm²分别降低到1.77 mA/cm²、1.81 mA/cm²,填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大,当缓冲层厚度很小时,器件短路电流密度还有所增加,但随着缓冲层厚度的增加,短路电流密度逐渐减小,当缓冲层厚度为10 nm时,器件短路电流密度减少到0.35 mA/cm².开路电压随着厚度的增加逐渐增加,从1 nm时的0.43 V增加10 nm时0.63 V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因,为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.     

辐照强度及温度对双层异质结有机光伏器件性能的影响

制备了基于CuPc/C60双层异质结有机光伏器件,研究不同光辐照强度及温度对器件性能的影响.测试结果表明:辐照强度直接决定器件的短路电流大小,但对开路电压影响不大;器件的短路电流对温度依赖性不强,但随着温度的降低,器件的开路电压逐渐增大.结合实验数据从理论上解释了光辐照强度及温度与有机光伏器件短路电流密度和开路电压的关...     

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.     

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明:等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.     

载流子迁移率对有机太阳能电池性能影响的模拟研究

通过器件模拟的方法研究了载流子迁移率对有机太阳能电池性能的影响。研究发现载流子迁移率同时影响光生电子-空穴对的解离和载流子的输运过程,电子和空穴的迁移率都有一个最佳值。大于最佳值会导致短路电流的微小上升和开路电压的大幅下降;小于最佳值会降低光生电子-空穴对的解离效率,进而使短路电流和填充因子明显下降。     

灰尘对太阳能电池组件特性参数的影响

主要介绍了太阳能电池组件表面灰尘对其开路电压、短路电流和输出功率的等特性参数的影响.实验结果显示:灰尘主要影响电池板短路电流的大小,其短路电流会随着灰尘的质量的增加而迅速减小,而开路电压减小相对较慢.     

光照强度对太阳能电池特性影响的实验研究

为研究光照强度对太阳能电池特性的影响,以改变光照距离的方法收集了相关数据,对太阳能电池的特性作了初步的分析和讨论,得出了太阳能电池开路电压、短路电流、内阻、最大输出功率、最佳负载电阻及填充因子与光照强度的关系,且发现一定光照下最佳负载电阻低于该光照下太阳能电池的内阻。     

基于卟啉化合物的异质结有机太阳能电池

采用混合溶剂制备了四苯基卟啉(TPP)及其铜配合物(TPPCu)和氯化对甲氧基四苯基铁卟啉(TMPPFeCl),将三种卟啉化合物和富勒烯的衍生物(PCBM)分别共混,制备异质结太阳能电池。器件结构是ITO/porphyrin∶PCBM/Al,研究此类电池的性能。结果显示基于TPP∶PCBM的器件性能最优,其短路电流密度(JSC)是0.98mA.cm-2,开路电压(VOC)是0.52V,填充因子(FF)为30.1%。TPP是三种卟啉化合物中最佳的给体材料。进而考察了TPP∶PCBM的不同浓度配比对器件性能的影响。TPP∶PCBM的最佳浓度配比为1∶1,增加或减少TPP的量都会使器件的短路电流和开路电压降低,对填充因子的影响不大。     

硅光电池实验设计

采用开放式的实验平台设计了硅光电池系列实验,测量了硅光电池在全暗和光照下的伏安特性,开路电压、短路电流和输出电压与光照强度的关系,以及短路电流和开路电压与温度的依赖关系.实验内容包含电学和光度学知识,学生可以掌握硅光电池的工作原理和基本特性.     

甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅太阳电池的研究

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术成功地制备了不同硅烷浓度和辉光功率条件下的微晶硅电池.电池的J-V测试结果表明：在实验的硅烷浓度和功率范围内，随硅烷浓度的降低和功率的加大，对应电池的开路电压逐渐变小；硅烷浓度的不同对电池的短路电流密 度有很大的影响，但功率的影响在实验研究的范围内不是很显著.对于微晶硅电池，N层最好 是非晶硅，这是因为一方面可以降低对电流的横向收集效应，另一方面也降低了电池的漏电概率，提高了电池的填充因子. 关键词： 微晶硅太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积     

活性层厚度对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响

制备了MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2′-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene])和PCBM (1-(3-mehyloxycarbonyl)propy1-phenyl[6,6]C₆₁)共混体系的聚合物太阳能电池。通过改变MEH-PPV∶PCBM(质量比为1∶4)混合溶液的浓度及旋涂时的转速来改变活性层的厚度,研究了器件性能随活性层厚度的变化。当旋涂速率小于4 000 r·min-1时随着厚度的减小,开路电压没有明显的变化,基本在0.8 V左右,但短路电流呈现单调上升的趋势,填充因子略有下降。当旋涂速率大于5 000 r·min-1时,开路电压和短路电流都开始下降。其中,开路电压从5 000 r·min-1时的0.78 V下降到8 000 r·min-1时的0.67 V,短路电流更是从5 000 r·min-1时的3.96 mA·cm-2下降到8 000 r·min-1 时的1.76 mA·cm-2。短路电流受光吸收和载流子传输两方面的共同影响,而活性层厚度的变化使得这两方面的影响产生相悖的效果。活性层越厚,光生激子数越多,但同时内建电场变弱,而且激子解离后得到的载流子传输到相应电极的距离越长,载流子被电极收集的概率减小。开路电压的降低则源于激子在MEH-PPV和PCBM与相应电极界面处解离比重的增加。     

高绒度掺硼氧化锌透明导电薄膜用作非晶硅太阳电池前电极的研究

将自行研制的具有优异陷光能力的掺硼氧化锌用作p-i-n型非晶硅太阳电池的前电极,并且将传统商业用U型掺氟二氧化锡作为对比电极.相比表面较为平滑的掺氟二氧化锡,掺硼氧化锌表面大类金字塔的绒面结构会在本征层生长过程中触发阴影效应,形成大量的高缺陷材料区和漏电沟道,进而恶化电池的开路电压和填充因子.在不修饰掺硼氧化锌表面形貌的情况下,通过调节非晶硅本征层的沉积温度来消弱高绒度表面形貌引起的这种不利影响,对应的电池开路电压和填充因子均出现提升.在仅有铝背电极的情况下,在本征层厚度为200 nm的情况下,以掺硼氧化锌为前电极的非晶硅太阳电池转换效率达7.34%(开路电压为0.9 V,填充因子为70.1%,短路电流密度11.7 mA/cm2).     

高效钙钛矿-有机本体异质结杂化串联太阳能电池

制备了一种有机铅卤钙钛矿-有机本体异质结杂化串联太阳能电池。采用紫外可见吸收光谱、原子力显微镜对薄膜形貌进行了表征。结果表明:有机本体异质结层可以有效改善钙钛矿的表面形貌, 增强了可见光的吸收。优化后的串联结构电池的短路电流可达19.14mA/cm², 开路电压为0.76V, 光电转换效率达到了6.54%。钙钛矿电池和有机本体异质结电池串联结构可以同时提高短路电流及填充因子, 二者具有较好的相容性和协同作用。     

Pt/BiFeO_3/Nb:SrTiO_3异质结的光伏效应和光调控整流特性

铁电薄膜异质结的光伏效应因具有重要的应用前景而备受关注,而且其中多种光伏效应机制的共存带来了丰富而复杂的物理内涵.为了研究界面对光伏效应的重要作用,制备了基于BiFeO_3铁电薄膜的具有"金属/铁电体/半导体"非对称电极结构的Pt/BiFeO_3/Nb:SrTiO_3异质结,并系统研究了其在不同波长(365和445 nm)激光照射下的光伏效应.在365 nm, 74 mW/cm~2光照下,异质结的光伏开路电压高达0.55 V.而且,由于光激发和光吸收过程的不同, 365 nm激光照射下该异质结的开路电压和短路电流比445 nm激光照射下的结果显著提高.随着温度降低,开路电压单调上升,而不同波长下的短路电流则表现出不同的变化规律.另外,随着光强的提高,异质结整流效应获得增强,通过分析,空间电荷限制电流传导机制对异质结输运有重要贡献,而光生载流子将通过填充缺陷影响输运特性.     

MoO_3阳极缓冲层对有机太阳电池性能的影响

研究了MoO3阳极缓冲层对基于CuPc/C60异质结的有机小分子太阳电池器件性能的影响。发现:MoO3阳极缓冲层略微降低了器件的短路电流、开路电压及能量转换效率;MoO3阳极缓冲层提高了器件的整流比;具有MoO3阳极缓冲层的器件在持续光照条件下连续工作20min,其主要性能参数(如短路电流、开路电压、填充因子及能量转换效率)无明显衰减,而没有MoO3阳极缓冲层的对比器件在相同条件下连续工作20min,其能量转换效率衰减了大约45%。研究结果表明:MoO3阳极缓冲层明显提高了基于CuPc/C60异质结的有机小分子太阳电池器件的稳定性,可能的原因主要是MoO3阳极缓冲层改善了ITO阳极和CuPc界面,抑制了因持续光照连续工作引起的界面老化,从而提高了器件的稳定性。     

有机太阳能电池的研究进展

能量转化效率低是有机太阳能电池实现商业化生产的一个瓶颈,因此,制备高性能太阳能电池的关键之一是提高能量转化效率（ηp）,文章介绍了有机太阳能电池的工作原理,论述了目前有机太阳能电池的研究现状,重点从提高有机太阳能电池的开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、光电转换效率（ηEOE）和填充因子（FF）等几方面分析总结了提高有机太阳能电池能量转化效率的几种有效途径,并简要阐述了有机太阳能电池稳定性的研究进展．     

纳米硅(nc-Si:H )/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的数值模拟分析

运用美国宾州大学发展的AMPS程序模拟分析了n-型纳米硅（n+-nc-Si:H）/p-型晶体硅(p-c-Si)异质结太阳电池的光伏特性.分析表明，界面缺陷态是决定电池性能的关键因素，显著影响电池的开路电压（VOC）和填充因子（FF），而电池的光谱响应或短路电流密度（JSC）对缓冲层的厚度较为敏感.对不同能带补偿（bandgap offset）的情况所进行的模拟分析表明，随着ΔEc的增大，由于界面态所带来的开路电压和填充因子的减小逐渐被消除，当ΔEc达到05eV左右时界面态的影响几乎完全被掩盖.界面层的其他能带结构特征对器件性能的影响还有待进一步研究.最后计算得到了这种电池理想情况下（无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1）的理论极限效率ηmax=3117% (AM15，100mW/cm2，040—110μm波段).