色散效应对聚光多结太阳电池性能的影响及优化

针对色散效应导致聚光多结太阳电池性能降低的问题,使用分布式三维等效电路模型计算高倍聚光下GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池的输出特性,通过分析电池各层的电压分布、暗电流分布以及横向电流分布,研究了不同电池尺寸下色散效应对电池性能影响的机理.结果表明:色散使多结太阳电池在局部区域的光生电流变得不匹配,随着电池尺寸的减小,局部区域之间失配的光生电流能够以横向电流的形式相互补偿,使电池整体的电流更加匹配,从而减小色散效应的影响.当电池芯片尺寸较大(20 mm×20 mm)时,色散主要降低电池的短路电流密度,色散光斑下电池的效率仅相当于无色散时的94%;当电池芯片尺寸减小到2 mm×2 mm时,短路电流密度与无色散时相等,但横向电阻降低了电池的填充因子.当电池芯片尺寸进一步减小到0.4 mm×0.4 mm时,色散与无色散光斑下电池的各项性能几乎没有差别,效率均约为34.5%,色散效应的影响可忽略不计.     

基于窄带隙聚合物的高性能可见-近红外光伏探测器

聚合物光伏探测器是一种极具应用前景的新型光电探测器件.研究了基于窄带隙聚合物的高性能可见-近红外光伏探测器,结果表明,所制备的光伏探测器在可见至近红外光谱范围内具有宽的光谱响应(380—960 nm)、出色的响应度(840 nm时达到380 mA/W)和归一化探测度;同时,器件在暗态反偏条件下的能级示意图揭示了器件内平均电场较低是较厚光敏层器件具有低噪声电流的主要原因.电容-电压与时间周期性响应曲线研究表明聚合物光伏探测器具有快速的响应能力和良好的周期重复性.     

金属有机框架在染料敏化太阳能电池中的应用

为了获得高效率的染料敏化太阳能电池,其光阳极应该具有大的比表面积,以吸附足量的染料,获得很强的光捕获能力.从这个角度而言,将具有很大比表面积的金属有机框架材料引入到染料敏化太阳能电池的体系中,无疑是一种有益的探索.本文简介了金属有机框架材料在光伏领域的应用,并重点介绍了我们课题组在利用金属有机框架材料方面进行的一些探索,包括光阳极薄膜的处理、利用金属有机框架材料作为前驱体制备光阳极材料和光散射层.最后,本文对金属有机框架材料应用于染料敏化太阳能电池中的局限性及前景做了简要的展望.     

仿植物叶子表面微纳结构的光学性能

采用双液相转写法制备具有植物叶子表面微纳结构的有机玻璃.采用透光率雾度仪检测仿叶子有机玻璃薄膜(LM-PMMA)的光学性能.研究仿叶子薄膜的透射、反射率、散光、及其对光伏效益的影响,并采用蒙特卡洛法计算光学性能及模拟光路传播.结果表明:与光滑有机玻璃相比,仿生有机玻璃具有高达85;的雾度率,并有效提高硅太阳电池的效益;仿生微纳表面结构均有效减少反射、增透及增加硅的光吸收率;另外,光在“乳突”结构中的转播过程模拟结果说明:折射、聚焦、散射是仿叶子有机玻璃散光主要原因.     

屋面光伏板风荷载特性数值分析

风荷载在屋面光伏阵列结构体系设计中起控制作用。采用计算风工程的方法分析讨论了屋面光伏板的风荷载特性。数值算法采用分离涡模拟方法。数值计算结果与现有风洞实验数据的比较,验证了本文方法的正确性。考虑影响光伏板风荷载的因素主要有光伏板在屋面上的安装位置、安装倾角、光伏阵列之间的距离和风向等。计算结果表明,屋面处脱落的涡对安装在不同位置的光伏阵列风荷载的影响较明显。当倾角由15°增加到45°时,电池板受到的风荷载随着倾角的增加而增大。在一定阵列间距范围内,光伏板风荷载主要表现为前排对下游光伏板的遮挡影响。本文方法与结果能为屋面光伏建筑结构设计提供重要参考。     

聚光光伏系统散热研究进展

对聚光光伏系统的发展过程进行了回顾。根据电池和聚光系统分类介绍了相匹配的散热冷却方式。电池组合方式简单、聚光倍数低的系统,使用传统风冷、水冷的被动散热即可满足要求;电池组合方式复杂、聚光倍数高的系统,常利用液浸冷却、射流冲击、通道冷却或多方法组合的新型冷却方式。指出在控制成本的前提下,选择系统可靠性高、结构简单的换热方式是聚光光伏电池从研究走向商用的关键;总结了国内外相关学者对各种聚光光伏电池散热系统的研究,介绍了各种技术的优越性和不足之处。     

全工况下光伏组件输出特性的预测建模与研究

在光生电流远大于二极管反向饱和电流,并联电阻为无穷大且二极管反向饱和电流与光强无关的假设条件下,理论上推导出全工况光伏组件输出特性预测模型,并采用Matlab/Simulink搭建了仿真系统.对单(多)晶硅光伏组件的实验与预测对比,表明模型可以准确预测组件在任意光强与温度下的输出特性,预测误差在6%以下.研究结果发现,相对于光强变化,温度变化对组件输出特性预测影响更大;多晶硅组件预测难于单晶硅组件.对实际环境中单位光强与单位温度实时改变时的预测表明,组件输出主要由所受辐照总光强决定,而不是器件温度;且需要根据外界情况调整组件的输出电压,以实现最大功率输出.     

一种新颖的变步长光伏系统MPPT控制方法

太阳能光伏阵列的输出功率随外界环境因素的变化而变化,为了能高效地利用太阳能电池,需对光伏阵列进行最大功率点跟踪(简称MPPT);针对定步长电导增量控制法存在的缺点,提出一种新颖的变步长电导增量法;该方法通过瞬时功率相对电流的变化值确定MPPT步长大小,使光伏系统MPPT快速准确且无震荡;经Matlab仿真及实验证明:该方法能快速准确地跟踪外部环境变化,并能保证系统的稳定性。     

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.     

电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响

用甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)与N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与N-乙烯基吡咯烷酮共聚物P(MMA-NVP)为原料制备了聚合物凝胶电解质, 用电化学阻抗谱(EIS)研究了聚合物凝胶电解质中聚合物基质的结构与组成对准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)光伏性能的影响. 不同交联剂用量、不同HEMA用量的P(HEMA-NVP)共聚物及不同MMA用量的P(MMA-NVP)吸收液态电解质后分别形成HGelI、HGelII、MGel凝胶电解质. 结果发现, 随共聚物P(HEMA-NVP)中交联剂由0.1%(w, 下同)增大到0.6%时, 形成的HGelI 组装的DSSCs的光电转化效率(η)先增大后降低, 交联剂用量为0.4%时, DSSCs的η为最大, 为5.54%(光强100 mW·cm^-2). 同时, 比较HGelII 系列和MGel 系列DSSCs的光电性能参数发现, 含有羟基的HGel 系列的η要高于MGel 系列, 而后者的开路电压(V_oc)值高于前者. 在HGelII 系列中, HEMA含量为60%(w)时, DSSCs的η最高. 电化学阻抗谱分析表明共聚物中交联结构的不同影响了电池内部的界面阻抗及离子的传输, 引入羟基有利于降低界面阻抗. 通过调整共聚物中交联剂用量和羟基含量可改善DSSCs的光伏性能.