富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯的结构和电学性质第一性原理研究

使用B3LYP/6-31G(d)方法对有机太阳电池中作为电子受体材料的富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯([70]PCBM)的同分异构体进行了计算.PCBM与C70通过六元环和六元环共用的CC双键加成得到的产物是热力学控制产物;通过五元环和六元环共用的C-C键加成得到的产物则是动力学控制产物.[70]PCBM与C70的第一绝热电子亲和势很接近.PCBM对前线轨道贡献很小,[70]PCBM的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道(LUMO)的电子云主要分布在C70笼上.PCBM提升了C70的LUMO能级水平,有利于提高太阳电池的光电转换效率.自然布居分析表明,PCBM与C70之间没有发生显著的电荷转移.所有的性质研究表明,PCBM基团并不涉及电池光电转换过程,但在调整C70能级水平提高光电转换效率中发挥了重要作用.     

新型硒化锑薄膜太阳电池背接触优化

硒化锑(Sb₂Se₃)具有低毒、原材料丰富和光电性能优异等优点,被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池光吸收层材料之一.但目前Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率与碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿等太阳电池相比仍存在较大差距.限制Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率进一步提升的关键因素之一是,太阳电池结构中Mo背电极和Sb₂Se₃薄膜构建的背接触界面处容易形成较高的势垒,降低载流子的抽取效率.本工作则对Mo背电极进行热处理生成缓冲层MoO₂薄膜,发现缓冲层MoO₂的引入,可有效地促进Sb₂Se₃薄膜的择优取向生长,同时实现太阳电池Mo/MoO2/Sb₂Se₃背接触势垒降低,相应的填充因子、开路电压和短路电流密度均获得显著提高,构建的太阳电池光电转换效率从5.04%提升至7.05%.     

太阳电池中光电转换的有效能

本文提出了光量子在光电转换中的能昔效率的表示方法,给出了太阳电池光电转换的理论效率极限,以及太阳电池的理论最佳带隙和最佳截止波长,最后,讨论了光电转换的驱动力,分析了光电跃迁的有效能的不可逆损失和熵增,给出了太阳电池中激发电子的有效能的表达式.     

硒化温度对共溅射法制备的CZTSSe薄膜与电池性能的影响

采用共溅射法结合后硒化成功制备出CZTSSe薄膜,主要研究了不同的硒化温度对CZTSSe薄膜与电池性能的影响。分别采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔效应测量仪及数字电源表对不同硒化温度下制备的CZTSSe薄膜的结构、形貌、光电与太阳电池性能进行了表征与分析。结果表明,当硒化温度为580℃时,CZTSSe薄膜的结晶性最好,薄膜表面均匀致密且其电阻率和载流子浓度达到最小值和最大值,分别为1.57Ω·cm和8.2×10~(17)cm~(-3),该硒化温度下制备得到的CZTSSe太阳电池的短路电流和转换效率最高达到30.68 m A/cm~2和5.17%。相对于550℃和600℃硒化温度下的CZTSSe太阳电池,其光电转换效率分别提高了36%和6%。另外,随着硒化温度的升高,CZTSSe薄膜在XRD中的(112)峰位和Raman中的A1模式振动峰位都向小衍射角和短波数方向移动,薄膜的禁带宽度也从1.26 e V减小至1.21 e V。     

步进扫描时间分辨光谱及其在太阳电池光电导上的应用

建立傅里叶变换步进扫描时间分辨光电导光谱，并研究太阳电池中与转换效率密切相关的少数载流子寿命.实验选取三种典型的硅太阳电池(单晶硅样品1、多晶硅样品2和多晶硅样品3 )，发现其瞬态光电导的上升和衰退曲线可以分别用两个简单的指数函数描述.由于有复合中心的参与，复合过程中少数载流子的寿命比产生过程中的寿命短.为验证实验结果的可靠性，采用了提取样品少数载流子的体寿命和计算其有效扩散长度两种方法.通过与太阳电池暗伏安特性和负载特性研究相结合，进一步分析和讨论了少数载流子寿命与短路电流、开路电压和转换效率的关系.同时探讨了步进扫描时间分辨光谱实验的其他用途. 关键词： 步进扫描 时间分辨 硅太阳电池 瞬态光电导     

工业级纳米绒面多晶硅太阳电池的制备及其性能研究

基于产线工艺制备了纳米绒面多晶硅太阳电池,并表征其光电转换性能。研究结果表明：相对传统微米绒坑,纳米绒面能够提升多晶硅太阳电池的短路电流,相应的光电转换效率绝对值提升大于0.4%,产线均值光电转换效率超过了19.1%。结合漫反射光谱和外量子效率测试结果,改进的光电转换的原因归结为纳米绒面能够有效地诱捕短波和长波太阳光子,增强短波和长波太阳光响应。本研究证实纳米绒面多晶硅太阳电池可利用产线工艺制备且具有较高的光电转换效率,能够实现产业化。     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究

采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑(Sb_2Se_3)薄膜太阳电池进行建模仿真,将CdS, ZnO和Sn02的模型应用到Sb_2Se_3太阳电池的电子传输层中.结果显示,应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能,并发现电子传输层电子亲和势(Xe-ETL)的变化能够调节Sb_2Se_3太阳电池内部的电场分布,是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的Xe-ETL都会使电池的填充因子降低,导致电池性能劣化.当Xe-ETL为4.2eV时,厚度为0.6μm的Sb_2Se_3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型,在不考虑Sb_2Se_3层缺陷态的理想情况下,厚度为3μm的Sb_2Se_3太阳电池的转换效率可以达到16.55%(短路电流密度J_(SC)=34.88 mA/cm~2、开路电压V_(OC)=0.59 V、填充因子FF=80.40%).以上模拟结果表明,Sb_2Se_3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能,具有较高的应用潜力.     

基于带隙可调的MAPbI(3-x)Brx钙钛矿电池

采用一步溶液法制备了MAPbI_((3-x))Br_x钙钛矿太阳电池,研究了MABr掺杂含量变化对薄膜形貌及光电性能的影响。研究结果表明,在MAPbI_((3-x))Br_x体系中,随着MABr含量的增加,钙钛矿层晶粒尺寸明显增大;紫外-可见吸收光谱和稳态荧光测试表明峰位发生蓝移;构筑的MAPbI_((3-x))Br_x电池器件的开路电压V_(oc)=1.02 V,光电转换效率PCE为12.68%。     

弱光下锑基太阳电池的光谱响应与性能优化

锑基薄膜太阳电池因其制备方法简单,原材料丰富,光电性能稳定等优点而得到了快速发展。其中锑基吸光层材料(硫化锑、硫硒化锑、硒化锑)具有高吸收系数特点,因而在室内或者水下等弱光条件下具有相当大的应用潜力。通过构造两种衰减光谱以研究新型锑基薄膜太阳电池在弱光下的光电响应。首先通过厚度调节硒化锑太阳电池的吸光能力,发现当吸光层厚度较薄时,电池的光电转换效率存在较大差值;而当吸光层厚度过厚时,电池性能又因载流子复合的增大而降低。在吸光层厚度处于合适的0.4～1.2μm之间时,硒化锑太阳电池在长波衰减光谱和短波衰减光谱下都能获得高于16%的转换效率。然后通过硒含量调节锑基太阳电池的光谱吸收范围,发现长波衰减光谱下,锑基太阳电池的器件性能显著高于标准光谱,并且在20%～40%硒含量下能够获得最佳的转换效率。而在短波衰减光谱下,锑基太阳电池的最佳性能出现在硒含量为60%的情况下。因而在弱光条件下,锑基太阳电池的最佳硒含量需要通过具体的光谱特性确定。最后研究了两种衰减光谱下,硫化锑/硒化锑双结叠层太阳电池的光谱响应特性。发现在短波衰减光谱下,叠层太阳电池效率会随着总厚度的增加而增加。而在长波衰减光谱下,...     

Dependence of the photosensitivity of solar cells with metal-tunnel dielectric-semiconductor structure on the interfacial boundary properties

A theoretical analysis is performed herein of the spectrum sensitivity of a solar cell with a metal-tunnel dielectric-semiconductor structure on the properties of the interfacial boundaries and conditions for maximal collection of charge by the photocarriers are determined. The photosensitivity of structures with different tunnel-dielectric thickness is measured experimentally in a broad spectrum range. Comparison of the computed and experimental dependences permitted proving the influence of departure of the majority charge carriers in the metal on the photosensitivity in the shortwave spectrum band and also determining certain contact parameters governing the structure photosensitivity, and therefore, the efficiency of the solar cells.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 11, pp. 30–35, November, 1990.     

Effect of coatings of silicon solar cells on their reflectance spectra and on the measured values of recombination parameters

Reflectance spectra of silicon solar cells with different coatings are measured. It is shown that these measurements allow the reflection coefficient of the solar cell backside to be determined and that neglect of it may give rise to considerable errors in the estimation of large values of the diffusion length of nonequilibrium charge carriers in the base of the solar cell by the quantum photosensitivity.     

热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能影响

本文以poly(3-hexylthiophene) (P3HT)为电子给体材料, -phenyl C₆₁-butyric acid methyl ester (PCBM)为电子受体材料, 制备出不同溶剂形成的共混体系太阳电池.从薄膜的紫外—可见吸收光谱(UV-vis)、光致发光谱(PL)、原子力表面图形(AFM)等方面,分析了热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能的影响.结果表明较高沸点的溶剂有利于P3HT:PCBM共混体系中P3HT的有序化排列,薄膜的紫外—可见吸收和光致发光增 关键词： 热处理 不同溶剂 太阳电池 性能     

CdTe太阳电池中起因于Cu的深能级

在CdTe太阳电池中,易引入并形成Cu深能级中心. 本文采用深能级瞬态谱测试法研究了ZnTe背接触和石墨背接触CdTe太阳电池的部分深能级中心. 研究中运用密度泛函相关理论,分析闪锌矿结构CdTe,Cd空位体系和掺Cu体系的电子态密度,计算得出T_d场和C_3v场下Cu²⁺ d轨道的分裂情况. 计算结果表明,CdTe太阳电池中的E_v+0206 eV和E_v+0122 eV两个深中心来源于Cu替代Cd原子. 计算结果还表明,掺入Cu可降低CdTe体系能量. 关键词： 深能级瞬态谱 第一性原理 CdTe Cu杂质     

太阳光谱辐射计的信号传递与性能表征模型研究

太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器,对于其宽谱段和大动态范围的测量特点,准确完整地表征分光性能是十分重要的。研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法,给出清晰而准确的机理模型和指标模型对光谱仪器系统的设计和评估提供指导。因此,重点阐述了光谱仪器系统的信号传递模型到性能指标模型的推导和建立过程。线谱扩展函数这种串联卷积模型能够综合反映仪器的各个元件对系统的影响,而且很容易通过窄带线谱光源测试而得到,并且线谱扩展函数矩阵能够清晰完整地给出光谱仪器的分光性能细节特性。而在线谱扩展函数的基础上再进一步提取关键几何特征,通过简单的算法定义即可得到半高全宽(FWHM),带外抑制和带外辐射这三项示性函数指标,可以很好地对分光系统的性能进行定量表征,是十分有效的光谱仪器系统性能评估的指标模型。     

Hybrid polymer/inorganic nanoparticle blended ternary solar cells

Hybrid polymer/inorganic nanoparticle blended ternary solar cells are reported. These solar cells have an active layer consisting of PbS colloidal quantum dots (CQDs), poly (3‐hexylthiophene) (P3HT), and [6,6]‐phenyl‐C61‐butyric acid methyl ester (PCBM). Power conversion efficiency (PCE) was improved by incorporating PbS CQDs in the active layer of P3HT:PCBM‐based organic solar cells. As the concentration of PbS CQDs in the hybrid solar cells was increased, PCE was also increased. This improvement resulted from improved charge transfer and also extended light absorption into the near‐infrared. The PCE of the hybrid solar cells was 47% higher than that for reference organic solar cells on average under air mass 1.5 global illumination. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Low-temperature-processed ZnO thin films as electron transporting layer to achieve stable perovskite solar cells

Morphology and surface property of ZnO thin films as electron transporting layer in perovskite solar cells are crucial for obtaining high-efficient and stable perovskite solar cells. In this work, two different preparation methods of ZnO thin films were carried out and the photovoltaic performances of the subsequent perovskite solar cells were investigated. ZnO thin film prepared by sol–gel method was homogenous but provided high series resistance in solar cells, leading to low short circuit current density. Lower series resistance of solar cell was obtained from homogeneous ZnO thin film from spin-coating of colloidal ZnO nanoparticles (synthesized by hydrolysis–condensation) in a mixture of 1-butanol, chloroform and methanol. The perovskite solar cells using this film achieved the highest power conversion efficiency (PCE) of 4.79% when poly(3-hexylthiophene) was used as a hole transporting layer. In addition, the stability of perovskite solar cells was also examined by measuring the photovoltaic characteristic for six consecutive weeks with the interval of 2 weeks. It was found that using double layers of the sol–gel ZnO and ZnO nanoparticles provided better stability with no degradation of PCE in 10 weeks. Therefore, this work provides a simple method for preparing homogeneous ZnO thin films in order to achieve stable perovskite solar cells, also for controlling their surface properties which help better understand the characteristics of perovskite solar cells.     

太阳能电池特性的自动测量

利用C8051F020单片机实现了对光电池的开路电压、短路电流、串联内阻、最佳负载、最佳输出功率等重要参数的自动测量和数据处理,并在液晶屏上自动显示相应的曲线.结合实际应用的情况,还测量了串联光电池和并联光电池的参数.     

星载石英漫反射板双向反射分布函数实验测量研究

石英漫反射板用于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量太阳参考谱的观测系统中,太阳光谱的测量精度将会直接影响痕量气体反演的精度,为保证载荷全视场太阳光谱的测量精度,石英漫反射板需具有良好的朗伯特性,在仪器观测视场内能够提供均匀的光源。为此,在实验室利用双向反射分布函数(BRDF)测量仪,选取F4(聚四氟乙烯)粉压制板作为标准板,采用相对测量法对研制的四种石英漫反射板样品进行了朗伯特性测量,得出了四种样品在波长180～880 nm、观测角度-70°～+70°范围内的BRDF。通过对样品BRDF的分析,筛选出了两种工艺下的朗伯特性较好的石英漫反射板作为初选样品,并测量比较了石英漫反射板和F4标准板对太阳光的漫反射光谱,石英漫反射板对太阳光的反射特性较好,可以作为测量用漫反射板获取太阳参考谱。为进一步的紫外辐照、原子氧侵蚀等试验以及对比试验提供了数据支持。     

Solar hypersensitization of optical fibers

Hydrogen-loaded fibers were exposed to solar radiation for 20 days, in which time the hydrogen was allowed to out-diffuse. Gratings written in these fibers show an increased photosensitivity compared with pristine fibers. Results show the solar radiation has a similar effect on both stripped and unstripped fibers. This work agrees with the fundamental process of using low fluence, long UV sources to photosensitize hydrogen-loaded, germanium-doped fibers.