硅薄膜太阳能电池研究的进展

从制备方法、材料和结构的观点出发,概述非晶硅（a-Si)和多晶硅（poly-Si)薄膜太阳能电池研究的进展。对非晶硅特别是对多晶硅薄膜太阳能电池研究的重要结果进行了讨论。阐述非晶硅太阳能电池的各种应用,并对其光电系统进行介绍。对太阳能电池新产品如太阳能电池屋顶瓦及超轻灵活的太阳能电池的开发也作了简介。对由太阳能电池提供动力的空调设备作了叙述。讨论所得出的创新方案。     

丝网印刷制备染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池（DSSC）是太阳能电池研究的热点领域之一,使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO₂薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、简单的制备工艺和高的光电转换效率（PCE）的特点,这类太阳能电池受到人们广泛关注。为了提高这类太阳能电池的光电转换效率,通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要,采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。用溶胶-凝胶法制备了TiO₂胶体,通过扫描电镜看出TiO₂薄膜具有多孔结构,其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附,也有利于提高电池对太阳光的吸收率。经过高温烧结后丝网印刷的TiO₂薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰,意味着TiO₂颗粒已经完全晶化且粒径增加。制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密,使得TiO₂薄膜的XRD衍射峰逐渐增强,而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO₂胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。用不同网目印刷了单层TiO₂光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况,发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好,而400网目印刷太阳能电池的性能最差,这与XRD观察的结果一致。再分别采用网目为100目、200目、300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO₂薄膜,以此为基础组装DSSC。实验结果表明：通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO₂薄膜,组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升,其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理,在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固,且电池制备的步骤简单、重复性好,能量转换效率较高。     

蒸汽辅助溶液过程制备钙钛矿材料及钙钛矿太阳能电池

有机无机杂化钙钛矿材料被广泛应用于光电器件领域,特别是其作为太阳能电池的吸光材料,受到学术界和工业界越来越多的关注。钙钛矿太阳能电池的产业化进程正在进行中,而在进一步降低制备成本、提高电池转换效率的同时,研究出一种操作简单且可重复性高的制备钙钛矿薄膜的技术具有十分重要的意义。与其他传统的溶液处理方法不同,蒸汽辅助溶液过程(VASP)处理法避免了薄膜在生长过程中溶解以及溶剂化作用,抑制了晶核的形成,使薄膜快速重组,获得致密的高质量钙钛矿薄膜。目前报道,基于此薄膜制备的平面结构钙钛矿太阳能电池转换效率高达16.8%。本文综述了低温(150℃)VASP法制备的钙钛矿薄膜及光伏器件的相关研究进展,并对该技术的产业化前景做了展望。VASP制备过程简单、薄膜性能优异且可重复性高,为进一步制备大面积、高质量薄膜提供了可能。     

基于喷涂法制备氧化锡薄膜的钙钛矿太阳能电池

电子传输层对于钙钛矿太阳能电池载流子的抽取与传输起着至关重要的作用,氧化锡由于其优异特性被作为电子传输层广泛应用于正式平板结构钙钛矿太阳能电池中。而目前制备氧化锡薄膜的工艺方法无法满足大面积、自动化等工业需求,亟待发掘新的工艺手段。为解决此问题,本文使用喷涂法成功制备了高质量的氧化锡薄膜。实验结果表明,基于喷涂法制备氧化锡薄膜的钙钛矿太阳能电池对于氧化锡薄膜的厚度有较高的依赖性,通过优化薄膜厚度,电池的光电转化效率可达到15. 72%;喷涂得到的氧化锡薄膜存在咖啡环现象,使得串联电阻提高,限制了光电转化效率,但可以通过进一步细化液滴来解决。本文为钙钛矿产业化进程中高质量氧化锡薄膜的制备提供了新的思路与方法。     

n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-Cu2ZnSnS4太阳能电池光伏特性的分析

具有高光吸收系数的半导体Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)薄膜是一种新型太阳能电池材料. 本文对n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS结构的CZTS薄膜太阳能电池进行分析, 讨论CZTS薄膜的掺杂浓度、厚度、缺陷态和CdS薄膜的掺杂浓度、 厚度对太阳能电池转换效率的影响以及太阳能电池的温度特性. 分析表明, CZTS薄膜作为太阳能电池的主要光吸收层, CZTS薄膜的掺杂浓度和厚度的取值对太阳能电池的转换效率有显著影响, CZTS薄膜结构缺陷态的存在会导致太阳能电池性能的下降. CdS缓冲层的掺杂浓度、厚度对太阳能电池光伏特性的影响较小. 经结构参数优化得到的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS薄膜太阳能电池的最佳光 伏特性为开路电压1.127 V、短路电流密度27.39 mA/cm²、填充因子87.5%、 转换效率27.02%,转换效率温度系数为-0.14%/K.     

一维和双层二维光子晶体太阳能电池背反射器

利用a-Si∶H和SiO2等介质,设计了一种由一维光子晶体和双层二维光子晶体组成的非晶硅薄膜太阳能电池背反射器.利用时域有限差分法对该背反射器在入射光波长范围为300~1 100nm波段的反射率和透射率进行仿真,计算不同结构参量下非晶硅太阳能电池短路电流密度并进行比较分析,最终得到了最佳背反射器结构.结果表明:设计的太阳能电池背反射器能够有效地延长入射光在太阳能电池吸收层的传播路径,有助于缓解太阳能电池吸收层厚度对电池吸收效率的影响,提高了电池吸收层对入射光的吸收效率.一维光子晶体和双层二维光子晶体结构的背反射器可以大幅度提高电池的光捕获能力,将非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高到31.96mA/cm2,较常用的Ag/ZnO背反射器结构非晶硅薄膜太阳能电池提高了51.0%.     

基于协同钝化策略制备高性能柔性钙钛矿太阳能电池

柔性钙钛矿太阳能电池由于可弯曲、重量轻、高功质比等特点,受到广泛关注.提升柔性钙钛矿太阳能电池转换效率最有效的策略是钝化钙钛矿薄膜内部的晶界缺陷以及钝化钙钛矿薄膜与电荷传输层的界面缺陷.本文设计制备了以柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate, PET)为基材的柔性反式钙钛矿太阳能电池,采用了辛基氯化胺(octadecylamine hydrochloride, OACl)添加剂及表面钝化的协同钝化策略,提高了钙钛矿薄膜的结晶质量,改善了钙钛矿薄膜内部及界面处的缺陷,并最终得到了光电转换效率为20.80%的柔性反式钙钛矿太阳能电池.本文为制备高效柔性钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.     

气相辅助刮刀涂布法制备钙钛矿薄膜

由于具有高效率以及可溶液法制备等优点,钙钛矿太阳能电池受到了广泛关注。溶液法制备钙钛矿薄膜通常使用旋涂法。然而,溶液旋涂法具有厚度不均匀、原料浪费严重等缺点,因而不适合制备大面积钙钛矿薄膜。目前,制备大面积均匀的钙钛矿太阳能电池仍是一项挑战。为此,本文使用一种新方法(气相辅助刮刀涂布法)来克服这一问题。该方法能够制备出大面积、高结晶度的均匀钙钛矿薄膜。此外,通过改变前驱液的浓度,能够得到不同厚度的钙钛矿薄膜。进一步研究发现,当前驱溶液浓度为1. 0 M时,可以制备出光伏性能最佳的钙钛矿太阳能电池。当电池活性面积分别为0. 112 5 cm~2和1. 0 cm~2时,在AM1. 5G(100 mW/cm~2)模拟太阳光下,其光电转化效率的最高值为17. 76%(平均效率16. 9%)和16. 3%。这为大面积钙钛矿太阳能电池的制备提供了新思路。     

基底温度对喷涂技术制备大面积有机太阳能电池性能的影响

以聚3-己基噻吩（P3HT）和富勒烯衍生物（PCBM）体系的有机太阳能电池器件为基础,采用喷涂法制备了有机太阳能电池的空穴传输层和有机功能层,研究了基底温度对薄膜的形貌和器件性能的影响,并采用喷涂技术制备了一面积为11.2 cm²的大面积有机太阳能电池器件。研究发现,随着基底温度的升高,薄膜的粗糙度下降,吸收率提高,当基底温度为130 ℃时器件的性能最优,面积为25 mm²的器件的能量转换效率为2.09%。将多个独立的小面积电池进行串联和并联,制备了有效面积为11.2 cm²的大面积有机太阳能电池组件,其能量转换效率为1.83%,在面积增大44.8倍的情况下,效率仅损失不到13%。     

新型高效太阳能电池研究进展

第三代太阳能电池以超高效率、薄膜化、低成本为主要目标,目前发展起来的有多结叠层太阳能电池、中间带太阳能电池、多激子产生太阳能电池、热载流子太阳能电池和热光伏太阳能电池等.文章简要介绍了以上几种新型太阳能电池的工作原理和最新进展,并对其发展前景作了分析和预测.     

W–band光注入器的模拟研究

模拟研究了1.6个腔、高梯度的W-band光阴极微波电子枪系统,该系统能产生和加速300pC的电子束团.设计系统由频率91.392GHz光阴极微波电子枪以及频率91.392GHz行波加速结构组成.基于射频直线加速器标度律与数值模拟结果,设计系统能产生能量1.74MeV,电量300pC,束团长度0.72ps,归一化横向发射度0.55mm·mrad的电子束团.研究了高频、高梯度下的束流动力学.由于高梯度,有质动力效应在束流动力学中起重要作用,且由于横向与纵向之间的耦合,在基次空间谐波的情形下,仍然存在着有质动力聚焦效应.     

基于杂质光伏效应的镍掺杂对砷化镓太阳电池性能的影响

利用杂质光伏效应能够使太阳电池充分利用那些能量小于禁带宽度的太阳光子,从而提高电池的转换效率.为了更好地利用杂质光伏效应提高砷化镓太阳电池的转换效率,本文利用数值方法研究在砷化镓太阳电池中掺入镍杂质以形成杂质光伏太阳电池,分析掺镍对电池的短路电流密度、开路电压以及转换效率的影响;同时,探讨电池的陷光结构对杂质光伏太阳电池器件性能的影响.结果表明:利用杂质光伏效应掺入镍杂质能够增加子带光子的吸收,使得电池转换效率提高3.32%;转换效率的提高在于杂质光伏效应使电池的红外光谱响应得到扩展;另外,拥有良好的陷光结构是取得好的杂质光伏效应的关键.由此得出:在砷化镓太阳电池中掺镍形成杂质光伏太阳电池是一种能够提高砷化镓太阳电池转换效率的新方法.     

提高非晶硅/微晶硅叠层太阳电池光稳定性的研究

如何提高硅基薄膜太阳电池的光稳定性是硅基薄膜太阳电池研究和产业化过程中非常重要的问题. 为了提高非晶硅/微晶硅叠层电池的光稳定性, 本文首先给出了良好光稳定性非晶硅顶电池的结果, 然后重点研究了N/P隧穿结和微晶硅底电池本征层硅烷浓度梯度对叠层电池光稳定性的影响. 经过初步优化, 连续光照1000 h后非晶硅/微晶硅叠层电池的最小光致衰退率只有7%.     

太阳能电池特性的研究——一项有意义的创新研究实验

目前全球面临着能源短缺的危机,太阳能作为一种清洁能源,它的利用成为人们努力挖掘和研究的课题,随着太阳能电池技术的日臻成熟,市场上涌现出很多品种的太阳能电池,笔者在实验室运用实验技术手段对当前市场存在的几种太阳能硅晶电池进行测量,对采集的实验数据进行比较分析后得出理性的结果,供大家采纳使用时参考.     

新型注铯镁金属光阴极的实验研究

报道了用于激光驱动高亮度注入器的新型光阴极的实验研究.用铯离子注入的方法得到了在镁基底上的掺铯合金光阴极,研究了注入、溅射及光电发射的机制和参数.用此阴极得到了比纯金属镁阴极高约一个量级的量子效率和绿光下的单光子发射效应,为用于强流短脉冲电子束的光阴极研究提供了新的途径. 关键词：     

Function and analytical formula for nanocrystalline dye-sensitization solar cells

Based on the experimental observations that the three-phase nano-TiO₂/F:SnO₂/I^-/I^- ₃ electrolyte front contact has to have pronounced rectifying properties (reverse reaction with electrolyte suppressed) for efficient operation of the dye-sensitization solar cell and plays an active part in the generation of photoelectrochemical energy, an analytical formula is derived which allows the understanding of the relevance and involvement of a variety of kinetic and cell parameters. Essentially, the TiO₂ layer is treated as a photocathode, donating electrons to a kinetically controlled front contact, with the counter-charges being transported by the electrolyte within the pores. The formula was expanded to include photochemical kinetics of the sensitizer, for which photodegradation properties were also calculated. The branching ratio, the ratio of regeneration-rate constant of the sensitizer and of product-formation rate, turned out to be critical for long-term stability. It may have to be improved by one order of magnitude for efficient cells to reach a lifetime of 20 years. The degree of rectifying character of the nano-TiO₂/F:SnO₂/I^-/I^- ₃ electrolyte interface (electric-field-dependent charge transfer to the front contact versus recombination-rate constant with I₃ ^- distinguishes between a low-efficiency (‘dynamic’) Galvani-type solar cell (efficiency determined by photoinduced chemical potential gradients, no rectifying contact) and a more highly efficient ‘junction-type’ solar cell (separation and collection of charges additionally assisted by junction potential). Several controversial subjects are addressed. The key challenges for the improvement of such cells are discussed, especially with respect to photodegradation and to solid-state devices. Received: 18 September 2000 / Accepted: 17 January 2001 / Published online: 20 June 2001     

Heat blocking gallium arsenide solar cells

The solar cell industry is witnessing an era of unprecedented growth and this trend is set to continue for the foreseeable future. Here we describe a heat reflection pigment-coated single-junction gallium arsenide solar cell that is capable of reflecting heat-inducing near-infrared radiation. The cell maintains its performance better than non-coated cells when exposed to infrared-rich radiant flux. In situations where solar cells get heated mainly from incident infrared radiation, these cells exhibit superior performance. The heat reflecting pigment, cell structure, coating process and cell performance have been described. PACS 84.60.Jt; 42.70.Km; 42.79.Wc     

Preliminary Systematic Study of the Temperature Effect on the K—Cs—Sb Photocathode Performance Based on the K and Cs Co-Evaporation

It is very important to increase the quantum efficiency(QE)and prolong the lifetime of the photocathode in a variety of applications.We have succeeded in preparing a high QE cesium potassium antimonide(K-Cs-Sb)photocathode by K and Cs co-evaporation in the photocathode preparation facility.In order to better understand the effect of the substrate(photocathode)temperature on the photocathode performance,the photocathode preparation,photocathode performance degradation,photocathode performance recovery and photocathode removal are studied in detail.     

天然黄铁矿光吸收特征

以天然黄铁矿为样本,用Cary 500型紫外可见近红外分光光度计在200～2 000 nm范围内测出了样品的吸收谱和反射谱,计算出了吸收系数,并根据Tauc规则算出了样品的禁带宽度.结果表明:所测天然黄铁矿光吸收系数在105数量级;在吸收图谱中出现了明显的肩行结构,可以判断样品属于间接禁带半导体,其禁带宽度为0.64 ...     

Recent progress of colloidal quantum dot based solar cells

Colloidal quantum dot(CQD) solar cells have attracted great interest due to their low cost and superior photo-electric properties. Remarkable improvements in cell performances of both quantum dot sensitized solar cells(QDSCs) and PbX(X = S, Se) based CQD solar cells have been achieved in recent years, and the power conversion efficiencies(PCEs) exceeding 12% were reported so far. In this review, we will focus on the recent progress in CQD solar cells. We firstly summarize the advance of CQD sensitizer materials and the strategies for enhancing carrier collection efficiency in QDSCs, including developing multi-component alloyed CQDs and core-shell structured CQDs, as well as various methods to suppress interfacial carrier recombination. Then, we discuss the device architecture development of PbX CQD based solar cells and surface/interface passivation methods to increase light absorption and carrier extraction efficiencies. Finally, a short summary, challenge, and perspective are given.