三结太阳电池在非均匀光照下光斑强度和覆盖比率的优化研究

高倍聚光光伏组件通常采用光电转化效率较高的三结太阳电池.由于聚光器件的非理想性,电池承受的光照分布通常是高度非均匀的,在光伏组件中可通过适当增大光斑与电池面积的比率来降低光照非均匀性对电池电学性能的影响.通过对某一特定三结电池进行电路网络建模计算,分析光斑的强度分布和照射面积对电池的影响,并对比了四种设计方案(均匀光照、非均匀光照、电池效率最大、组件效率最大)下的光斑强度、光斑大小、电池效率以及电池温度分布.对比分析结果表明,组件达到效率最大时的电池效率并不是电池在标准测试条件下的最大效率,而使电池工作在效率最大值的设计方案中组件效率最低.组件效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较小,因此该方案将导致组件成本增大.电池效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较大并且电池温度最低,故该方案组件成本较低且可靠性较高.这表明在实际组件设计中应充分考虑对发电量的实际需求,选择合适的几何聚光倍数和光斑覆盖电池的比率.     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应

研究了1 MeV和1.8 MeV电子辐照下GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤效应.电学性能研究结果表明,GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压、短路电流和最大功率随辐照剂量的增加发生明显衰降,在1 MeV电子辐照下剂量为1×10¹⁵cm^-2时,与辐照前相比最大功率衰降了17.7%.暗I-V特性分析表明,高能电子辐照下三结电池串、并联电阻的变化是引起太阳电池电学性能衰降的重要原因.光谱响应分析结果表明,GaInP 关键词： GaInP/GaAs/Ge太阳电池 电子辐照 电学性能 光谱响应     

菲涅耳聚光系统下砷化镓电池输出特性研究

对理论聚光比为676的菲涅耳聚光系统下单片砷化镓太阳电池及由六片砷化镓电池的串联组件的输出特性进行分析。建立三结砷化镓电池输出特性的单指数数学模型,并与实验进行了对比。理论计算与实验吻合较好,误差在7.6%以内。实验结果表明,在相同理论聚光比下,单片电池系统能流聚光比为390,六片电池组件系统能流聚光比为281;聚光后单片电池的短路电流与峰值功率分别放大322倍与316倍,六片电池组件系统的短路电流与峰值功率分别放大275倍与272倍;电池表面能流密度为0.321MW/m2时电池的输出功率达到最大,电池表面温度高于323K将影响其工作稳定性;聚光系统的透射率每增加0.01系统效率升高约0.227%。全天累积直射辐照度为17.212MJ/m2条件下测得单片电池全天发电量为0.015kW.h,六片电池串联组件的全天发电量为0.076kW.h。     

基于棱镜二次聚光的高倍聚光模组聚光特性与三结电池光谱响应匹配与优化

目前Ⅲ-Ⅴ多结高倍聚光(HCPV)太阳电池实验室效率记录已高达46%,而相对应的模组效率与之相差仍较大,其中由于模组中聚光非理想性引起的损失就高达20%.本文通过建立光学模型和非均匀光照的三维电池电路网络模型,以Ⅲ-Ⅴ族三结电池为例,研究了菲涅耳透镜一次聚光、棱镜二次聚光的HCPV模组的聚光特性和光电特性.结果发现.由于光线非平行入射和-菲涅耳透镜的色散现象,使得沿光轴方向短、中、长波段聚光发散及聚光不均匀,从而造成了三结电池的上、中、下各子电池光谱响应失配损失,模组光电转换性能下降;进一步,通过采用棱镜二次聚光,能较好地改善聚光和温度均匀性;通过对光轴方向上短、中、长波段的聚光特性与三结电池光谱响应匹配优化,使得模组输出功率提高10%以上.模拟结果己得到实验验证.     

聚光光强对光伏电池阵列输出性能的影响

基于槽式聚光热电联供系统,深入分析晶硅电池阵列和砷化镓电池阵列在高倍聚光下的输出特性及输出功率的影响因素.研究结果表明,聚光光强下砷化镓电池阵列输出性能优于晶硅电池阵列,高光强会导致光伏电池禁带宽度变窄,短路电流成倍增加,增加输出功率,但同时耗尽层复合率变大,开路电压降低,制约阵列的输出功率;高光强还引起电池温度升高,电池阵列串联内阻增加.分析表明聚光作用下电池阵列串联内阻对输出功率影响巨大,串联内阻从0 Ω增加1 Ω,四种电池阵列输出功率分别损失67.78%,74.93%,77.30%和58.01%. 关键词： 热电联供 太阳电池阵列 串联内阻 输出功率     

用于多结太阳电池的均匀聚光菲涅耳透镜的设计与分析

设计了一种适用于GaInP/GaInAs/Ge多结太阳电池,可在300~1800nm宽光谱范围内实现均匀聚光的菲涅耳透镜。通过实际测试,得到GaInP/GaInAs/Ge多结太阳电池的量子效率图谱和透镜主体材料硅胶的折射率色散曲线,在此基础之上采用多焦点与多设计波长相结合的方法,对菲涅耳透镜进行优化设计。基于该方法建立了几何聚光比为625倍,环距为0.3mm的透镜模型以及聚光效率、均匀性等聚光性能参数的计算模型,并利用蒙特卡罗光线追迹及实验测试的方法对其聚光性能进行分析。研究结果表明,所设计的透镜在300~1800nm宽光谱范围内以及三个子电池的光谱响应波段内都能较好地实现均匀会聚,同时具有较高的聚光效率,聚光分布均匀度高于75%,聚光效率超过80%。     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟

以GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,开展了能量为0.7, 1, 3, 5, 10 MeV的质子辐照损伤模拟研究,建立了三结太阳电池结构模型和不同能量质子辐照模型,获得了不同质子辐照条件下的I-V曲线,光谱响应曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了三结太阳电池短路电流、开路电压、最大功率、光谱响应随质子能量的变化规律,利用不同辐照条件下三结太阳电池最大输出功率退化结果,拟合得到了三结太阳电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化曲线.研究结果表明,质子辐照会在三结太阳电池中引入位移损伤缺陷,使得少数载流子扩散长度退化幅度随质子能量的减小而增大,从而导致三结太阳电池相关电学参数的退化随质子能量的减小而增大.相同辐照条件下,中电池光谱响应退化幅度远大于顶电池光谱响应退化幅度,中电池抗辐照性能较差,同时中电池长波范围内光谱响应的退化幅度比短波范围更大,表明中电池相关电学参数的退化主要来源于基区损伤.     

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.     

1.7 MeV电子辐照对CdTe太阳电池电流传输特性影响的图谱分析

研究了1.7 MeV的电子辐照对具有Anti-radiation glass/ITO/ZnO/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe∶Cu/Ni结构的碲化镉多晶薄膜太阳电池器件性能的影响。 抗辐照玻璃的使用, 有效防止了普通玻璃受辐照后性能变化对测试结果的影响。 利用光、 暗I-V, C-V, QE, AS等测试手段, 分析了包括开路电压、 短路电流、 转换效率在内的电池性能。 通过对比研究暗电流密度、 分析了辐照对电池电流传输特性的影响。 辐照后短路电流下降很大, 电池效率明显降低。 反向饱和电流密度有所增加, 表明太阳电池的pn结特性受到损伤, 而二极管理想因子几乎不变, 说明太阳电池电流的输运机制未发生了变化。 量子效率曲线证明是由于太阳电池结区损伤影响了光生载流子的收集。 辐照使载流子浓度下降为原来的40.6%。 导纳谱研究最终发生辐照会引入Cd2+缺陷能级, 其位置为Et-Ev=(0.58±0.02)eV, 俘获截面为1.78×10-16 cm2, 表明辐照会影响光生载流子的产生, 增加了载流子复合的概率, 使得反向暗电流增大, 最终导致电池的短路电流衰减。     

1 MeV电子辐照下晶格匹配与晶格失配GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池辐射效应研究

对采用MOCVD方法制备的晶格匹配(LM)与晶格失配(UMM)GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池进行了1MeV电子辐射效应研究。结果表明:在电子辐照下,两种电池的I-V特性参数(开路电压Voc,短路电流Isc,最大输出功率Pmax)均发生衰降,且晶格失配电池的I-V特性参数衰降均大于晶格匹配电池。在光谱响应方面,对于顶电池,晶格匹配电池的衰降大于晶格失配电池;而中间电池则前者衰降小于后者;另外,Ge底电池的光谱响应表现特殊,辐照后光谱响应变强。     

三元P3HT:PTB7-Th:PCBM聚合物太阳能电池性能的研究

将窄带隙聚合物PTB7-Th作为第三种物质掺入到P3HT:PCBM中制备了双给体结构的三元聚合物太阳能电池, 并且通过改变PTB7-Th的浓度来研究PTB7-Th对器件性能的影响. 研究发现, 掺入PTB7-Th后, 聚合物太阳能电池的短路电流和填充因子同时获得了提高, 使器件的光电转换效率得到了改善. 进一步分析表明, PTB7-Th的加入能够拓宽活性层的吸收光谱, 增加活性层吸收的光子数目, 有利于短路电流的提升. PTB7-Th与P3HT之间以电荷转移的形式相互作用, 这种作用方式有利于激子的解离, 从而使器件的填充因子得到了提高.     

磁场对聚合物光电池中电流的影响

制备了结构为 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Al的聚合物光电池器件,并在不同偏压下,分别测量了器件的光电流和暗电流随外加磁场的变化. 发现随外加磁场增加,光电流增强,暗电流减弱. 从聚合物光电池中光电流和暗电流的产生机制出发,对该现象进行了解释,认为外加磁场可以有效改变单重态极化子对和三重态极化子对之间的相对比例,进而使自由载流子浓度增加. 光生自由载流子浓度增加是光生电流增强的原因,而自由载流子与三重态激子的相互作用导致了暗电流减弱. 开路电压附近,光电流随磁场增加而增强可以近似 关键词： 聚合物光电池 磁场效应 光生电流 极化子对     

Experimental analysis and modeling of the IV characteristics of photovoltaic solar cells under solar spectrum spot illumination

In this paper, some models that have been put forward to explain the characteristics of a photovoltaic solar cell device under solar spot-illumination are investigated. In the experimental procedure, small areas of the cell were selected and illuminated at different solar intensities. The solar cell open circuit voltage (V_oc) and short circuit current (I_sc) obtained at different illumination intensities was used to determine the solar cell ideality factor. By varying the illuminated area on the solar cell, changes in the ideality factor were studied. The ideality factor obtained increases with decreasing illumination surface ratio. The photo-generated current at the illuminated part of the cell is assumed to act as a dc source that injects charge carriers into the p-n junction of the whole solar cell while the dark region of the solar cell operates in a low space charge recombination regime with small diffusion currents. From this analysis, a different model of a spot illuminated cell that uses the variation of ideality factor with the illuminated area is proposed.     

一种印刷型薄膜太阳能电池p-n结调制技术

能带值为0.5~0.85 eV材料的稀缺是多结太阳能电池面临的一个主要挑战,本文使用非真空的机械化学法合成了能带值为0.83 eV的Cu₂SnS₃化合物,使用印刷技术将其制备成吸收层薄膜,并采用superstrate太阳能电池结构(Mo/Cu₂SnS₃/In₂S₃/TiO₂/FTO glass)对其光伏特性进行了研究.实验表明所制备的太阳能电池短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率分别为12.38 mA/cm²、320 mV、0.28和1.10%.此外,为更好地满足多结太阳能电池对电流匹配的需求,本文对所制备太阳能电池的Cu₂SnS₃/In₂S₃ p-n结进行了分析.通过在p-n结界面植入一层薄的疏松缓冲层,使调制后的太阳能电池短路电流密度从最初的12.38 mA/cm²增加到了23.15 mA/cm²,相应太阳能电池转换效率从1.1%增加到了1.92%.该p-n调制技术对印刷型薄膜太阳能电池具有重要借鉴意义.     

Enhanced performance of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells with double indium content

The performance of a multiple quantum well （MQW） InGaN solar cell with double indium content is investigated. It is found that the adoption of a double indium structure can effectively broaden the spectral response of the external quantum efficiencies and optimize the overall performance of the solar cell. Under AM1.5G illumination, the short-circuit current density （Jsc） and conversion efficiency of the solar cell are enhanced by 65% and 13% compared with those of a normal single-indium-content MQW solar cell. These improvements are mainly attributed to the expansion of the absorption spectrum and better extraction efficiency of the photon-generated carriers induced by higher polarization.     

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.     

结构参数对p-i-n结构InGaN太阳能电池性能的影响及机理

研究了器件结构参数对p-i-n结构InGaN单结太阳能电池性能的影响及物理机制. 模拟结果发现: 随着InGaN禁带宽度的增加, InGaN电池的短路电流减小, 但同时开路电压增加, 当InGaN层的禁带宽度为1.5 eV左右时, 同质p-i-n结InGaN电池的效率最高, 并计算了不同厚度的i层对InGaN电池效率的影响. 进一步的计算表明, 适当采用带宽更大的p-InGaN层形成异质p-i-n结InGaN电池可以获得更高效率, 但是p-InGaN层带宽过大也会导致电池的效率急剧下降. 研究还发现, 采用禁带宽度更大的n-InGaN层可以形成背电场, 从而增加p-i-n结InGaN太阳电池的效率. 研究结果表明, 适当选择p-InGaN和n-InGaN禁带宽度形成异质p-i-n结可以提高InGaN太阳能电池效率.     

CdTe/CdS太阳电池I-V，C-V特性研究

测量了CdTe太阳电池器件从50kHz至1MHz频率范围的电容-电压特性，计算了吸收层的载流子浓度和空间电荷区的位置，电容-电压特性测试结果出现两个峰，峰特征与测试频率有关，用多结模型进行模拟分析，解释了实验结果.测量了电池从220K至300K的变温暗电流-电压特性，得出电池的反向暗饱和电流密度J₀和二级管理想因子A，分析了J₀，A随测量温度的变化,并讨论了电池器件的电流特性. 关键词： CdTe太阳电池 电流-电压特性 电容-电压特性     

The study of correction for chromatic aberrations of human eye with diffractive–refractive hybrid elements

A chromatic corrector with two refractive–diffractive hybrid elements is designed over a reasonable wide field-of-view of 7° to correct the chromatic aberrations of human eye. We investigate the performance of the corrector using several optical criteria in a comparison with the chromatic corrector with single refractive–diffractive element. Both the correctors can correct the longitudinal chromatic aberration (LCA) fairly. It is demonstrated that the chromatic corrector with single element introduces serious eccentric transverse chromatic aberration (TCA), which deteriorates the image quality at the edge field-of-view. On using the chromatic corrector with two refractive–diffractive elements, not only the LCA but also the TCA can be corrected very well. The designed chromatic corrector can be used to improve the retinal image quality and has potential application in the design of visual instruments.