热光伏能量转换器件的热力学极限与优化性能预测

受不可逆损失的影响,热光伏能量转换器件在高品位热能回收与利用方面受到限制.本文揭示不可逆损失来源,提供热光伏能量转换器件性能提升方案.利用半导体物理和普朗克热辐射理论,确定热光伏能量转换器件在理想条件下的最大效率.进而考虑Auger与Shockley-Reed-Hall非辐射复合和不可逆传热损失对光伏电池的电学、光学和热学特性的影响,预测热光伏器件优化性能.确定功率密度、效率和光子截止能量的优化区间.结果表明:相比于理想热光伏器件,非理想热光伏器件的开路电压、短路电流密度和效率有所降低;优化热光伏电池电压、光子截止能量和热源温度,可提升器件的功率密度和效率.通过对比发现理论与实验结果较一致,所得结果可为实际热光伏能量转换器件的研制提供理论指导.     

真空热离子发电器的性能优化和参数设计

建立一个包括外部和内部均存在传热不可逆损失的真空热离子发电模型,由阴极和阳极的能量平衡方程确定极板的工作温度,进而导出发电器输出功率和效率的一般表达式。在不同的工作条件下,对输出功率和效率进行优化,并讨论极板功函数和输出电压对系统性能的影响,获得系统的主要参数的优化选择判据。所得结果对材料的合理选择和器件的优化设计有指导意义。     

质子交换膜燃料电池性能优化实验研究

质子交换膜燃料电池是-种能量转换装置,具有效率高、噪音低、无污染等优点。本文使用正交实验法和方差分析法研究了流场板结构、运行温度、阴阳极相对湿度和阴阳极流量对电池性能的影响,并对电池性能进行了优化.性能指标采用最大功率和最高效率。研究结果表明,流场板结构和运行温度对最大功率有显著影响,流场板结构和阳极流量对最高效率有显著影响。对所研究的电池下列组合可得最优性能:蛇形流场板-运行温度70℃阴极相对湿度0%-阳极相对湿度100%-阴极流量0.263 SLPM-阳极流量0.525 SLPM。     

平板集热太阳热电器件建模及结构优化

太阳能热电转换是光伏效应外另一种直接将太阳辐射转变为电能的途径, 近年来已经成为太阳能利用的热点之一. 本文以Bi₂Te₃材料为基础构建平板集热太阳热电器件模型, 采用有限元法分析AM1.5辐射条件下器件温度分布情况, 并结合基于温度的物性参数计算集热比、热臂截面积与长度变化等因素对器件的开路电压、 最大输出功率及转化效率的影响. 研究发现: 集热比与热臂长度的变化对器件性能有显著影响, 热臂截面积的变化对器件转化效率影响相对较弱; 在这一模型中, 平板集热太阳热电器件的转化效率达到1.56%.     

不可逆双谐振通道电子热机生态学性能优化

建立了考虑电子源间热漏的不可逆双谐振通道能量选择性电子热机模型,联合统计力学和有限时间热力学理论,导出了系统的功率、效率、熵产率、生态学函数等主要性能参数的表达式。由数值计算对系统的生态学性能进行了分析和优化,得到了功率、效率、生态学函数等特性参数的最优区间和相互关系;获得了热漏、中心能量位置等设计参数对系统最优性能的影响特点。所得结果对多层固态热离子装置等实际电子机系统的设计和运行具有理论指导意义。     

阴极制备工艺对高温光电倍增管性能的影响

高温光电倍增管是石油测井的关键器件,介绍了两种制备高温Na-K-Sb光电阴极的工艺,并比较了制备工艺对光电倍增管性能的影响。从测试结果可以看出,同蒸工艺制备的光电倍增管具有更高的量子效率、阴极积分灵敏度、能量分辨率以及更优异的坪特性,通过分析光谱响应曲线和高低温曲线可以得到性能提升的根本原因,即同蒸工艺制备的光电阴极的光电发射能力更强、热电子发射能力更弱,借助微观形貌表征分析得出同蒸工艺制备的光电阴极厚度更均匀、膜层更致密平滑、均匀性更好。针对高温光电倍增管的实际应用场景,测试评估高温光电倍增管的高温性能,并与国外同类产品性能进行对比。     

板式离子风散热系统性能研究与优化

为探究板式离子风散热系统的性能和提供系统优化的新思路,提出一种针-平行板电极的板式离子风发生器,讨论针的位置、板间距、板厚等参数对风速和对流换热系数的影响,利用热红外成像仪分析板电极产生离子风时的温度分布以及焦耳热效应对热传递的影响。结果表明针电极距板外10 mm、板间距10 mm和板厚1.5 mm为优选方案,最大传热系数达25 W·m^-2·K^-1。     

同轴波导虚阴极振荡器二极管参数优化的研究

采用粒子模拟研究了同轴波导虚阴极振荡器二极管参数对微波效率和频率的影响,得到了由二极管参数改变引起的二极管阻抗变化及其对微波效率的影响规律. 借鉴具有慢波结构的高功率微波器件中微波模式特性阻抗的计算方法,给出同轴波导虚阴极振荡器中微波主模式特性阻抗的理论计算公式. 将理论计算结果与由粒子模拟对器件进行优化后得到的二极管阻抗进行比较,发现当反映电子束特性的二极管阻抗与微波主模式特性阻抗匹配时,虚阴极振荡器具有较高的束波功率转换效率. 进一步用特性阻抗对其他几种典型结构的虚阴极振荡器进行分析,验证了该方法的合理性,为设计高效率虚阴极振荡器提供了理论指导. 关键词： 虚阴极振荡器 同轴波导 二极管参数 特性阻抗     

高温对MOSFET ESD防护器件维持特性的影响

静电放电(electro-static discharge, ESD)防护结构的维持电压是决定器件抗闩锁性能的关键参数,但ESD器件参数的热致变化使得防护器件在高温环境中有闩锁风险.本文研究了ESD防护结构N沟道金属-氧化物-半导体(N-channel metal oxide semiconductor, NMOS)在30—195℃的工作温度下的维持特性.研究基于0.18μm部分耗尽绝缘体上硅工艺下制备的NMOS器件展开.在不同的工作温度下,使用传输线脉冲测试系统测试器件的ESD特性.实验结果表明,随着温度的升高,器件的维持电压降低.通过半导体工艺及器件模拟工具进行二维建模及仿真,提取并分析不同温度下器件的电势、电流密度、静电场、载流子注入浓度等物理参数的分布差异.通过研究以上影响维持电压的关键参数随温度的变化规律,对维持电压温度特性的内在作用机制进行了详细讨论,并提出了改善维持电压温度特性的方法.     

TFTTP作为阴极缓冲层提高有机薄膜太阳能电池的内建电场和载流子收集效率

采用一种新型的电子传输材料TFTTP作为阴极缓冲层提高基于SubPc/C₆₀异质结的有机薄膜太阳能电池的性能. 通过在有机活性层和金属电极之间加入TFTTP界面层,器件的能量转换效率提高了约30%. 系统研究了器件的二极管特性、光电流特性以及内部的光场分布情况,结果表明,TFTTP阴极缓冲层的引入可以有效地提高器件的内建电场,进而增加电荷转移激子的分离效率. 通过使用TFTTP作为阴极缓冲层,在C₆₀/金属界面形成良好的欧姆接触,降低了界面接触电阻,有利于自由载流子的收集.     

负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正

量子效率是表征负电子亲和势（NEA）光电阴极发射性能的最重要的特性参数,准确建立量子效率公式为揭示各个阴极参量对整体性能的影响以及NEA光电阴极的优化设计提供了重要的理论指导.在对NEA光电阴极体内及表面光电发射过程的分析基础上,考虑入射光子能量、表面能带弯曲区以及表面势垒对电子发射的影响,对表面逸出概率和电子衰减长度进行了修正,并利用积分法推导了NEA光电阴极的量子效率公式,其理论预测曲线与实验曲线基本一致,从而验证了修正公式的实用性.为NEA光电阴极的研究提供了有效的理论参考依据. 关键词： 负电子亲和势光电阴极 量子效率 能带弯曲区 衰减长度     

离子引出收集的沉积与溅射研究

研究离子引发收集过程中的沉积和溅射特性,给出了离子沉积和溅射的数理模型,其中重点分析了结合能、捕获概率和溅射系数这几个参数的物理意义和计算公式,给出了收集板总收集量和损失量.并且用计算机模拟了收集板的收集,给出不同的离子入射能量下入射离子元素沉积厚度和不同元素靶对各入射离子溅射特性的影响.得出以下的结论:随着离子沉积在收集板表面涂层厚度的增加溅射率也增加;离子的引出电压不是越高越好;轻质量离子的总收集率比较小;入射离子沉积和溅射特性和收集板靶原子质量有关,质量轻的金属材料作收集板,有利于提高离子的收集率. 关键词： 溅射 捕获概率 溅射概率     

微波脉冲频率与重频对限幅器热损伤效应的影响

基于PIN限幅器的电路与器件物理混合模式(Mixed-Mode)模型,考虑大功率微波作用下器件的高温强电场多物理过程,模拟分析了频率及重频等微波脉冲参数对限幅器热损伤过程的影响,数值模拟结果表明,不同频率的微波脉冲损伤PIN限幅器存在"拐点"频率,"拐点"频率的微波脉冲附近需要更多的能量(脉宽)损伤器件;重频脉冲前一个脉冲作用后,器件峰值温度近似负指数关系快速下降,器件处于高温时更容易损伤,热积累效应使重频脉冲较单个脉冲更容易毁伤器件。     

复合阴极缓冲层Alq_3∶CsF对CuPc/C_(60)电池性能的影响

通过Alq_3∶CsF复合阴极缓冲层来优化CuPc/C_(60)有机小分子太阳能电池的性能。当Alq_3∶CsF厚度为5nm,CsF的掺杂比例为4%时,加入复合阴极缓冲层器件较Alq_3阴极缓冲层器件的能量转化效率提高了49%,到达0.76%,并且在室温、大气的条件下,器件的稳定性也得到了保持,与未加阴极缓冲层的器件相比,半衰期提高了6倍,达到9.8h。通过紫外-可见吸收、外量子效率和单载流子传输器件等研究了器件效率改善的主要原因是掺入CsF后,调节界面能级,改善了Alq_3的电子传输特性,提高了器件的短路电流和填充因子。比较分析复合阴极缓冲层器件于空气中放置不同的时间的电流电压曲线,表明Alq_3∶CsF可以保持Alq_3的良好稳定性,可以很好地阻挡氧气与水分的扩散,提高器件的寿命。     

阴极修饰层对 SubPc/C60 倒置型有机太阳能电池性能的影响

采用Cs₂CO₃, 石墨烯(graphene):Cs₂CO₃混合材料和 ZnO 纳米颗粒作为阴极修饰材料, 研究了不同阴极界面修饰层对基于SubPc/C₆₀的倒置结构的有机太阳能电池性能的影响. 结果表明: 引入适当厚度的阴极修饰层, 可以提高器件的性能和稳定性; 尤其是基于Cs₂CO₃以及graphene:Cs₂CO₃混合阴极修饰层的光伏器件, 能量转换效率(PCE)提高了2倍; 同时, 采用ZnO纳米颗粒作为阴极修饰层的器件, 开路电压(V_OC)达到0.89 V, 并且器件的PCE 提高了4倍多. 此外, 不同电极修饰材料和倒置结构的引入可以有效防止器件串连电阻的升高, 从而提高器件的稳定性. 关键词： 倒置型 阴极修饰层 有机太阳能电池 稳定性     

非制冷铁电混合式焦平面探测器新研究

本文报道一种128×128元铁电非制冷混合式焦平面探测器，涉及该器件的混合式结构.分析了影响器件性能的关键因素，给出器件所采用的铁电材料的基本物理和电学特性参数，器件的热隔离技术和相应参数，读出电路的基本结构和性能.对实验数据所涉及的原理进行了讨论，最后给出了利用该器件得到的清晰红外热像.     

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运用数值模拟程序B2.5-EIRENE对偏滤器进行了概念设计和优化,通过优化偏滤器靶板的几何结构影响中性粒子的再循环和热沉积面积,继而影响偏滤器靶板上沉积的热负载。通过对两种偏滤器靶板的几何结构的模拟,重点分析了偏滤器靶板上沉积的热负载,靶板上沉积的总热通量和电子、离子热沉积分布,以及真空室第一壁上电子、离子和总热沉积分布等参数。     

利用氧等离子体处理阳极银实现高效率顶发射有机电致发光

主要报道在器件结构为玻璃衬底/Ag(阳极)/NPB(空穴传输层)/Alq3(电子传输及发光层)/Sm(半透明阴极)/Alq3的顶发射有机电致发光器件中,利用氧等离子体对阳极银的表面进行处理来降低阳极和空穴传输层(Ag/NPB)界面处的空穴注入势垒,提高顶发射有机电致发光器件的性能。主要研究了氧等离子体处理时间对阳极银和顶发射有机电致发光器件光电特性的影响。紫外光电子能谱表明,氧等离子体处理能有效降低Ag/NPB界面处的空穴注入势垒。通过优化处理时间获得最佳器件性能,优化后的器件最大效率可达6.14cd/A。     

一维光子晶体在热光伏技术中的应用

将光子晶体的禁带特性应用于热光伏技术的光谱选择控制.针对锑化镓(GaSb)热光伏电池,采用硅(Si)和二氧化硅(SiO2)优化设计了一维光子晶体滤光器.研究了这种滤光器的光谱特性,分析了滤光器的介质层厚度偏差、周期以及热辐射能量入射角度对滤光器光谱特性的影响,研究了高温辐射体不同温度时这种滤光器的光谱效率.     

热致变色材料的吸收控制研究

(La1-xSrx)MnO3型热致变色材料是一种新型热致发射率变化功能材料,该材料的最大不足在于对太阳辐射具有很大的吸收率.针对以上问题,本文将一维微结构光谱控制特性应用于(La1-xSrx)MnO3型热致变色材料的吸收控制研究,根据太阳辐射能量分布及热致变色材料的应用温度,分析了一维微结构与热致变色材料的匹配特性,确定了一维微结构的光谱特性及其带宽.采用遗传算法优化设计了一维微结构,计算了优化结构的光谱特性,根据其光谱特性分别评估和计算了吸收控制性能和发射率变化特性,并进行了深入分析.