减小边缘复合助力28%效率的四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池

钙钛矿/硅叠层太阳能电池由于能突破单结太阳能电池的效率极限而吸引了广泛的研究兴趣.然而,在将商业化的大面积硅电池切割为实验室所需的平方厘米级的小面积电池时,会造成显著的效率下降,限制了叠层电池的性能.为了消除传统的激光切割法造成的热损伤和热传导,减少切割后的异质结硅电池的非辐射复合,本工作采用砂轮划片这一冷加工方法,对异质结硅电池进行切割.与采用激光切割法得到的器件相比,冷加工法得到的异质结硅电池的截面损伤小,非辐射复合得到显著抑制,器件的开路电压和填充因子均得到提高,平均光电转换效率提高了1%.将得到的硅电池与正式半透明钙钛矿太阳能电池进行机械堆叠,获得了效率超过28%的四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池.     

基于电致发光成像的太阳能电池缺陷检测

为了检测太阳能电池存在的缺陷,给太阳能电池施加一定的正向偏压,利用CCD相机在暗室中探测电池的发光。 探测分别在3种状态下进行:无滤光探测、过滤800 nm以下波长后探测和过滤800 nm以上波长后探测。研究发现:只有在过滤800 nm以下波长的镜片下探测效果最好,表明电池主要发红外光,其波长范围为850~1 200 nm。控制光探测器的探测时间,发现不同探测时间下电池的发光强度不同,探测时间相同但偏压不同则光强也不同。该方法可以检测出正向偏压下电池存在的各种缺陷类型。在反向电压下,薄膜电池会出现小光点,这表示缺陷区域和密度,研究证明薄膜电池也能发红外光且薄膜中存在区域缺陷。对低功率的电池片进行光探测发现,电池存在严重缺陷。上述结果表明,红外光探测可以直观、快速、方便地检测太阳能电池存在的缺陷。     

硅太阳能电池负载对功率的影响

针对硅太阳能电池输出功率受条件约束的问题,讨论负载对硅电池的影响.通过测定硅电池的开路电压U∝、负载电压UL,计算不同负载RL下的输出功率PL?利用origin软件对数据进行处理,分析出最大功率时的负载.重点针对追求硅电池的功率最大输出和硅电池功率稳定输出以及硅电池电源效率3种情况,给出了负载相应的范围.     

聚光内球面太阳能电池

为提高阳光利用率和光电转换率,研究了聚光内球面太阳能电池的主要性能,设计了聚光内球面太阳能电池的结构.通过菲涅耳聚光镜将太阳光聚光后射入内表面制备了多晶硅光伏电池的球腔内,在内球面上实现了聚光光伏效应.利用腔内光子气体模型分析计算了内球面上的光照强度,提出硅光电池上的最佳光强概念,计算了在内球面多晶硅电池半导体层厚10 μm时最佳聚光倍数为18、层厚5 μm时最佳聚光倍数为9.应用有限元分析法讨论了聚光内球面太阳能电池系统的温度,在AM1.5,8倍聚光条件下,光伏电池最高温度353.15 K,处于正常工作范围.采用主动风冷或水冷方法提高对流换热系数可大大降低光伏电池温度,稳定工作效率.通过分析硅光电池效率制约因素,设计了内球面光伏电池的优化结构,填充因子可达0.85,阳光辐射功率为800 mW/cm2时,聚光内球面太阳能电池效率将超过33％.     

基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

新型柔性硅太阳能织物电池

可扩展到几米长的硅基光纤太阳能电池首次被开发出来,这项研究提供了一种可能性,即通过编织硅纳米线纤维来获得柔性的、可弯曲的或者扭曲的太阳能织物电池。这一发现由宾夕法尼亚州立大学化学系教授JohnBadding带领化学、     

异质结及其技术在新型硅基太阳能电池中的应用

文章综述了异质结及其技术在新型硅基太阳能电池中的应用.从太阳能电池特性角度,点评了其在晶体硅、非晶硅薄膜太阳能电池及新结构太阳能电池应用中的研究热点和研究现状.在此基础上,讨论了其在不断与晶体硅、薄膜硅太阳能电池融合中的发展动态.     

基于阳极氧化铝纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构设计与仿真

本文提出了表面和底部均带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构,利用FDTD软件仿真研究了AAO纳米光栅的周期、厚度和占空比对薄膜硅太阳能电池短路电流密度的影响,并对AAO结构参数进行了优化.仿真结果表明,表面AAO最佳结构参数是周期440 nm,厚度75 nm,占空比0.5,底部AAO最佳结构参数是周期380 nm,厚度90 nm,占空比为0.75.双重AAO组合陷光结构可有效增加薄膜硅太阳能电池在280—1100 nm范围内的光吸收,吸收相对增强可以达到74.44%.     

非晶/微晶两相硅薄膜电池的计算机模拟

在对不同晶相比硅薄膜的实验研究的基础上，利用有效介质理论估算了这种两相材料的光吸 收系数、迁移率寿命乘积及带隙宽度等参量，计算机模拟了不同结晶比硅薄膜电池的伏安特 性及光谱响应；结果为随着本征层微晶成分的增多，电池的开路电压逐渐减小，短路电流逐 渐增大，本征层的最佳厚度逐渐增大，填充因子有降低的趋势，电池的效率随晶相比的增大 而减小. 电池的光谱响应曲线表明，随晶相比的增大电池的长波响应明显提高. 根据这些模 拟结果，分析讨论了在考虑Lambertian背反射的情况下，非晶/微晶叠层电池的底电池采用 晶相比为40％—50％的两相硅薄膜材料做本征层是最佳选择. 关键词： 两相硅薄膜 太阳能电池 计算机模拟     

一维衍射光栅和一维光子晶体组成的硅薄膜太阳能电池背反射器

设计了一种由一维衍射光栅和一维光子晶体组成的用于薄膜硅太阳能电池的背反射器,采用勒让德多项式展开法对一维光子晶体和三角形光栅结构进行了参数优化,并对400~1 200 nm入射电磁波的反射率进行了模拟计算。结果表明:在高反射率的一维光子晶体作用下,利用衍射光栅可以得到大倾角的反射光,有效地延长光子在电池吸收体的传播路径,使其得到充分吸收。衍射光栅加光子晶体结构的背反射器可以大幅提高电池的捕光能力,提高太阳能电池的转化效率。     

Photographic diagnosis of crystalline silicon solar cells utilizing electroluminescence

The photographic surveying of electroluminescence (EL) under forward bias was proved to be a powerful diagnostic tool for investigating not only the material properties but also process induced deficiencies visually in silicon (Si) solar cells. Under forward bias condition, solar cells emit infrared light (wavelength around 1000 to 1200 nm) whose intensity reflects the number of minority carriers in base layers. Thus, all the causes that affect the carrier density can be detected, i.e., the minority carrier diffusion length (or in other words, lifetime), recombination velocity at surfaces and interfaces, etc. (intrinsic material properties), and wafer breakage and electrode breakdown, etc. (extrinsic defects). The EL intensity distribution can be captured by Si CCD camera in less than 1 s, and the detection area simply depends upon the optical lens system suitable to the wide range of 1 cm–1.5 m. This fast and precise technique is superior to the conventional scanning method such as the laser beam induced current (LBIC) method. The EL images are displayed as grayscale, which leads to the difficulty of distinguishing the sorts of those deficient areas. Since the intrinsic deficiency is more sensitive to temperature than the extrinsic deficiency, the change in solar cell temperature can offer the difference in EL intensity contrasts. These effects upon the measurement temperature can be applied to categorize the types of deficiency in the crystalline Si solar cell.     

非晶硅太阳电池结构模拟设计

为了从理论上分析提高非晶硅太阳能电池的转化效率,运用微电子和光子结构分析一维器件模拟程序模拟非晶硅太阳电池a-SiC∶H/a-Si∶H/a-Si∶H结构,分析比较了不同前端接触透明导电层的功函数ФITO、禁带宽度、本征层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度等因素对太阳电池性能的影响.模拟得到,在功函数达到5.1 eV,禁带宽度1.8 eV,本征层厚度265 nm等最优化条件下,非晶硅太阳能电池转化效率达到9.855%,比一般非晶硅太阳能电池转化效率高近2%.     

Detection of finger interruptions in silicon solar cells using photoluminescence imaging

Finger interruptions are common problems in screen printed solar cells, resulting in poor performance in efficiency because of high effective series resistance. Electroluminescence(EL) imaging is typically used to identify interrupted fingers. In this paper, we demonstrate an alternative method based on photoluminescence(PL) imaging to identify local series resistance defects, with a particular focus on finger interruptions. Ability to detect finger interruptions by using PL imaging under current extraction is analyzed and verified. The influences of external bias control and illumination intensity on PL images are then studied in detail. Finally, in comparison with EL imaging, the using of PL imaging to identify finger interruptions possesses the prominent advantages: in PL images, regions affected by interrupted fingers show higher luminescence intensity, while regions affected by recombination defects show lower luminescence intensity. This inverse signal contrast allows PL imaging to more accurately identify the defect types.     

多孔硅-导电聚酯材料复合发光器的光学特性研究

poly-4-dicyanomethylene-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b]dithiophene monolayer(PCDM)是一种导电,低导带聚酯材料。如果在多孔硅纳米结构中附上一层以自组方式生成的PCDM单分子层,就可以制成能够产生稳定电致发光的器件。发光器的结构是金／PCDM／多孔硅／硅／铝,发光器的电致发光,在白天可用肉眼观察到。有很宽的发光波长,几乎覆盖了整个可见光区域且峰值位于650nm,发光器的面积为1cm^2,启动正向电压在14－30V,电流约300mA。经长时间测试,发光器的稳定性很好,在空气中放置3个月,在输入功率不变的情况下,发光强度也不发生变化,当施以反向电压时,样品仍可以发光而且稳定性较高,在250h内I－V未发生明显变化,扫描电镜图像显示PCDM覆盖的表面要比多孔硅表面平整,而PCDM分子有可能进入到多孔硅纳米孔径当中去,起到了提高发光器稳定性和延长其寿命的作用。     

退火温度对富硅氮化硅薄膜发光特性和结构的影响

采用直流等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在(100)单晶硅片表面生长富硅氮化硅薄膜,研究了不同的退火温度对氮化硅薄膜发光性质和结构的影响。研究发现,随着退火温度的升高,氮化硅薄膜的发光强度逐渐减弱,发光是由缺陷能级引起的,在900 ℃时荧光基本消失。XPS测试表明,在N₂氛围900 ℃下退火,氮化硅薄膜中未有硅相析出,故未表现出硅量子点的发光。FTIR测试也为PL结论提供了一定的证据。     

Transport and luminescence phenomena in electroformed silicon nitride-based light emitting diode

Abstract

Hydrogenated amorphous silicon nitride-based heterojunction pin diode was electroformed under sufficiently high forward bias stress leading to its instant nanocrystallization at room temperature. In order to investigate the origin of the accompanying bright visible light emission, current-voltage and electroluminescence (EL) characteristics of the electroformed diode were scanned over temperature. Electrical transport mechanism was analysed in the low, medium and high electric field regimes. Temperature and field dependence of thermal activation energy were discussed. EL characteristics were studied using the spectral energy distribution and the injection current dependence of its intensity. Thermal quenching data of EL and photoluminescence intensities were compared. Finally, the relationship between the electrical transport and luminescence phenomena was attempted to be interpreted within the frame of a self-consistent model.     

Application of stain-etched porous silicon in light emitting diodes and solar cells

Porous silicon/c-Si heterostructures have been formed by the method of stain etching.The properties of light emitting diodes (LED) and solar cells have been studied. The transport mechanism of the diode has been investigated from the current–voltage characteristics measured at different temperatures (296–380 K). A model based on multi-step tunneling of carriers at reverse and low forward bias (<1 V) and on field tunneling across a narrow barrier at higher forward bias (>1.5 V) is proposed for the LED. In the case of the solar cells the porous silicon is formed in between the fingers of the front grid contact. Application of porous silicon in solar cells results in an increase of the short-circuit current and efficiency of the cells by about 30%.     

ZnO粉末的直流电致发光特性研究

用溶胶凝胶法制备了几种ZnO粉末, 测量了它们的直流电致发光. 在样品中观察到了较强的绿带（556 nm）发射; 对十二胺处理的样品, 绿带发光强度最高可提高8倍, 十八胺处理的样品, 绿带发光强度最高可提高12倍. 在同电压下, 十八胺处理的ZnO的发光强度也较十二胺处理的ZnO的发光强度大1.5～2倍; 并在十二胺处理的样品中, 还观察到了强度较小的蓝光谱带（406 nm）. 在一定电压范围内, ZnO电致发光强度随直流电压增强而线性增强. 所得ZnO样品在2V/μm场强下起亮, 在测量的近1 h内, 发光强度稳定, 重复性好. 分析认为：406 nm处的蓝光谱带是由于VZn空位在禁带中（距离价带0.3 eV）形成缺陷能级, 从导带到价带跃迁的结果, 而556 nm处的绿色发射带是由ZnO中氧空位所导致.