硅基薄膜太阳能电池发展研究及出路

薄膜太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条崭新的道路。本文综述了薄膜太阳电池的优缺点。主要介绍了非晶硅太阳能薄膜电池、多晶硅太阳能薄膜电池和微晶硅太阳能薄膜电池的国内外发展现状,并从材料、光电转换性能、制备工艺、价格成本等方面进行了比较和总结。提出了硅基太阳能薄膜电池未来的研究方向和市场前景。     

ZnO纳米结构减反射层特性优化及对太阳能电池性能的影响

利用电化学沉积法在铜铟镓硒薄膜太阳能电池表面沉积一层ZnO纳米结构阵列减反射层.通过对沉积电位的操控,实现了对该纳米结构减反射层形貌、光学质量、反射率等特性的优化.在电池表面蒸镀电极后测试电池的电流电压曲线可知,相比于没有减反层的电池,沉积了纳米结构减反射层的电池利用氧化锌纳米结构的亚波长尺寸形成的蛾眼效应有效降低了表面光反射,增加光吸收,从而实现短路电流增加6.2;,电池效率提高了9.9;.     

碳电极钙钛矿太阳能电池光吸收层厚度对光伏性能的影响研究

本文使用两步法,通过控制PbI₂(DMSO)溶液的浓度制备了不同厚度的有机-无机杂化钙钛矿(MAPbI₃)光吸收层薄膜,并组装了大面积基于碳电极且无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。对不同厚度MAPbI₃光吸收层薄膜的晶相、光吸收性质、表面形貌、元素组成进行分析,并进一步测试了基于MAPbI₃薄膜制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能。结果表明,MAPbI₃光吸收层薄膜厚度与PbI₂(DMSO)浓度呈正相关关系,浓度为1.3 mol/L的PbI₂溶液制备的MAPbI₃薄膜厚度约为350 nm,具有较好的结晶度和光吸收强度,且薄膜表面致密平整,无明显缺陷,基于350 nm MAPbI₃光吸收层的钙钛矿太阳能电池获得了8.48%的光电转换效率。     

Ag纳米蛾膜结构阵列对薄膜硅太阳能电池光吸收的影响

设计了一种带有Ag纳米蛾膜结构阵列的薄膜硅太阳能电池背反射器.采用时域有限差分(FDTD)法,系统仿真研究了Ag纳米蛾膜阵列的底部直径、高度、阵列周期常数对薄膜硅太阳能电池光吸收的影响.仿真结果表明,Ag纳米蛾膜结构最佳结构参数为:d=60 nm,a=120 nm,h =100 nm.吸收光谱表明带有Ag纳米蛾膜结构的薄膜硅太阳能电池可有效增加700～ 1200 nm波段范围的光,同带有Ag层的薄膜硅太阳能电池相比,光吸收平均增强53.8;,这是因为Si/Ag界面产生表面等离子体共振现象所致.     

以B-γ-CsSnI3为光吸收层的平面异质结钙钛矿太阳能电池的模拟优化

采用AFORS-HET软件对以B-γ-CsSnI3作为光吸收层的平面异质结钙钛矿太阳能电池结构进行了模拟优化,其中TiO2作为电子传输层,Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,讨论了钙钛矿太阳能电池光吸收层以及空穴传输层的各种参数对太阳能电池性能的影响.模拟优化得到B-γ-CsSnI3的PSCs最佳性能参数为:Voc=1.18 V,Jsc=24.48 mA/cm2,FF=80.04;,PCE=23.15;,效率虽略低于以CH3NH3PbI3作为光吸收层的钙钛矿太阳能电池,但考虑铅的毒性和钙钛矿电池的稳定性,以B-γ-CsSnI3作为光吸收层的PSCs将具有更好的应用前景.     

硒化温度对柔性Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜及太阳电池性能的影响

采用磁控溅射和后续硒化退火处理的方法在钛箔衬底上制备了柔性CZTSSe薄膜太阳能电池.利用X射线衍射、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜等研究了不同硒化温度对于CZTSSe薄膜的物相、成分、表面形貌以及对太阳电池性能的影响.结果 表明,580℃硒化温度下制备的CZTSSe薄膜的结晶质量和致密度最好,表现出贫铜富锌的化学元素比例,并且该温度下制得的柔性薄膜太阳能电池性能相对最高,其光电转换效率达到2.27;.     

氯离子添加剂对钙钛矿太阳能电池性能的调节

过去几年,有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池在光伏领域引起了广泛地关注,钙钛矿电池性能提升的关键是制备高质量的钙钛矿薄膜,而引入添加剂是制备高质量钙钛矿薄膜的重要方法之一.本文引入了两种不同的添加剂(浓盐酸和PbCl2)到钙钛矿前驱体溶液中,通过不同摩尔比的掺杂来调控钙钛矿薄膜的结晶度和表面覆盖率.然后采用SEM、XRD和紫外可见吸收光谱等表征手段分析钙钛矿薄膜的性能.结果表明:少量的Cl-添加剂可以优化钙钛矿薄膜的性能,提高钙钛矿层的覆盖率和光吸收特性.当掺杂PbCl2:PbI2摩尔比为1:9时,钙钛矿电池的各项参数有明显的提升,电池的PCE达到了11.35;;作为对比,当掺入HCl:PbI2的摩尔比为1:9时,电池的PCE仅为6.19;.因此PbCl2是比浓盐酸更好的Cl-添加剂,可以改善钙钛矿薄膜质量和提升钙钛矿太阳能电池性能.     

水浴温度对CdS薄膜性能的影响

采用化学水浴法,以不同水浴温度在玻璃衬底上沉积CdS薄膜并制备CIGS薄膜太阳能电池,研究了水浴温度对CdS薄膜和CIGS太阳能电池性能的影响.结果表明:水浴温度对CdS薄膜的致密性、沉积速率、透过率和成分比率都有影响.在65-80℃之间制备的CdS薄膜均匀致密且透过率高,可作为CIGS太阳能电池的缓冲层;另外,CdS缓冲层的厚度对CIGS电池的性能影响显著,较薄的CdS缓冲层能够增加CIGS电池在400-500 nm波段对光线的吸收,提高CIGS电池的短路电流.     

基于P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳能电池性能仿真研究

利用AMPS-1D软件对钙钛矿太阳能电池性能进行仿真.研究发现,当P3HT厚度500 nm时,钙钛矿太阳能电池的短路电流密度Jsc=18.995 mA/cm2,光电转换效率Ef=17.425;,填充因数FF=0.824,开路电压Voc=1.113 V.钙钛矿太阳能电池的光吸收层厚度为400 nm时,钙钛矿太阳能的光电转化效率最大.钙钛矿太阳能电池开路电压、短路电流密度、填充因数和光电转化效率等性能随着阴极材料功函数的增大而减.通过理论计算对制备高性能的太阳能电池具有指导性作用.     

采用超薄的GaAs光子晶体吸收层提高太阳能电池的吸收效率

本文提出了一种超薄的GaAs光子晶体吸收层结构.吸收层厚度只有0.2μm,太阳能电池的总厚度只有0.35μm.计算结果表明:当晶格常数T=0.46μm、上表面边长r=0.05μm、下表面边长R=0.1μm、高度为0.2μm时,吸收层的吸收效率较高.在300～700 nm波长范围内,该薄膜太阳能电池的吸收效率比吸收层不含光子晶体的电池提高了61.80;.所设计的薄膜电池结构在波长为300～700 nm、入射角为0°～70°范围内的吸收效率均在60;以上,满足太阳电池对宽频谱、广角度光吸收的要求.