高倍聚光光伏模组中三结太阳电池沿光轴方向光电性能与优化

目前,在高倍聚光光伏模组设计中,由于对菲涅耳透镜聚光后各波段的光强分布及其非均匀特性缺乏研究和认识,通常认为在菲涅耳透镜的聚光焦平面处多结太阳电池输出功率最大.本文通过光线跟踪模拟的方法,计算并分析菲涅耳透镜聚光下不同波段的光照能量分布和非均匀特性.同时,结合三结太阳电池电路网络模型,研究在高倍聚光光伏模组中,沿光轴方向不同位置处三结太阳电池的发电性能.结果表明:模组输出功率最高位置在焦平面沿光轴方向上下两侧的位置,优化后模组输出功率比常规设计提高20%以上.该模拟结果得到了实验结果的验证.     

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.     

折射率色散效应对晶体硅太阳电池反射率的影响

为了分析色散效应对晶体硅太阳电池反射率的影响,在考虑材料折射率色散效应的情况下,运用光学干涉矩阵计算了具有SiO2单层减反射膜和MgF2/ZnS双层减反射膜晶体硅太阳电池的反射率与波长的函数关系,并与实验结果和未考虑色散效应的计算结果进行了对比分析.结果表明：考虑折射率色散效应的计算结果与实验测量数据完全相符,而未考虑折射率色散效应的计算结果与实验测量数据相差较大,最大差值分别为21.5％和16.9％.     

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.     

硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

对硅p-n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p-n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系,计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。     

硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

 对硅p-n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p-n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系，计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。     

基于杂质光伏效应的镍掺杂对砷化镓太阳电池性能的影响

利用杂质光伏效应能够使太阳电池充分利用那些能量小于禁带宽度的太阳光子,从而提高电池的转换效率.为了更好地利用杂质光伏效应提高砷化镓太阳电池的转换效率,本文利用数值方法研究在砷化镓太阳电池中掺入镍杂质以形成杂质光伏太阳电池,分析掺镍对电池的短路电流密度、开路电压以及转换效率的影响;同时,探讨电池的陷光结构对杂质光伏太阳电池器件性能的影响.结果表明:利用杂质光伏效应掺入镍杂质能够增加子带光子的吸收,使得电池转换效率提高3.32%;转换效率的提高在于杂质光伏效应使电池的红外光谱响应得到扩展;另外,拥有良好的陷光结构是取得好的杂质光伏效应的关键.由此得出:在砷化镓太阳电池中掺镍形成杂质光伏太阳电池是一种能够提高砷化镓太阳电池转换效率的新方法.     

聚光光伏系统的发展及未来趋势

介绍了聚光光伏系统的发展历史和研究现状。对聚光光伏系统中的主件一聚光器和光伏电池进行了详细分类，给出了它们的特点和主要参数。描述了国外一些厂家为提高光伏系统效率并降低成本而研制的太阳跟踪系统。总结出聚光光伏系统的发展趋势，主要是指高倍聚光器＋跟踪系统和低倍大角度聚光器＋分光元件＋多节电池等。最后就目前状况提出了聚光光伏系统商业化还需要解决的问题。     

GaInP/GaAs太阳电池的柔性封装及稳定性

柔性Ⅲ-Ⅴ薄膜太阳电池通常被作为空间电源在航天器上使用,而在实际应用中适宜的封装材料可以保护电池免受水分、氧化、污染物等环境因素的影响.因此,探究合适的柔性封装方案和电池性能的长期稳定性至关重要.本文利用电阻焊方法将制备好的柔性双结GaInP/GaAs太阳电池进行焊接,之后采用具有高透光性的薄膜材料和热熔胶与柔性电池进行层压封装并研究了其在恶劣储存条件下的性能稳定性和环境耐受性.研究结果表明,柔性封装太阳电池在1000 h以上的温度为85℃,相对湿度85%(85℃/85%RH)的湿热试验以及108次温度范围为–60℃—75℃的冷热循环老化试验后仍然保持了很好的稳定性,表明封装工艺对柔性太阳电池具有较好的保护作用.此外,基于二极管模型的电学仿真结果表明,柔性封装后电池性能的改变是由于载流子复合增强,从而降低了开路电压.     

半抛物槽式聚光分频光伏系统的性能分析

设计了一种包含13层膜系的分频器,建立了考虑太阳张角影响的三维光学模型,研究了分频对半抛物槽式聚光光伏系统的光、热、电性能的影响,得到了系统能量的光谱分布及光伏电池平面能流密度分布.计算结果表明,系统对AM1.5太阳光谱的光学效率为58.7%,对不同聚光镜开口应选择最优电池倾角以获得最均匀的能流密度;采用分频可以降低电池温度提高聚光系统的聚光比以及光电转换效率.     

采用色差先验约束的像差校正技术

本文通过分析自然图像的边缘3个通道之间的关联性,提出"同一物体的边缘在3个颜色通道应处于相同位置"的色差先验约束,该约束在数学上近似为各通道的相对导数相等,基于此色差先验约束,建立了一种新的像差校正模型即图像解卷积模型,并给出了基于交替方向乘子法的模型求解算法。实验结果表明:本文的像差校正技术可以提升图像的峰值信噪比10 dB以上,明显优于目前主流的BM3D和YUV算法,并且视觉提升效果明显,基本满足普通光学系统对像差的校正要求。     

应用折-衍射元件校正人眼色差

提出了采用两个折射-衍射元件对人眼系统在14°范围内进行色差校正的光学系统设计方法。基于系统光学性能的评价与单片折射-衍射元件色差校正系统的对比验证了本文提出的色差校正系统的性能。结果表明：两种色差校正系统都可以很好地校正人眼的轴向色差。但是,单片折射一衍射色差校正系统引入了横向色差,其由校正前的14．51μm增加到81．4μm,严重影响了边缘视场处的成像质量。而采用双片折射一衍射元件的色差校正系统可同时对轴向色差和横向色差进行校正,使横向色差降为1．64μm。设计的色差校正系统可有效提高视网膜的成像质量,并可用于视觉仪器。     

梯度折射率棒透镜的色差估计

对梯度折射率(GRIN)棒透镜色差的影响因素进行了研究,在玻璃光学性质计算模型的基础上建立了梯度折射率棒透镜色差估计函数与基础玻璃性能、交换离子对性质和参与交换的离子数量之间的关系。对Na+/Li+,K+/Cs+和K+/Tl+交换制备的梯度折射率棒透镜的色差进行了计算,结果表明,GRIN棒透镜的色差评价函数主要取决于基础玻璃和交换离子的性质,而与参与交换的离子数量无关。     

低色差GRIN棒透镜制备工艺的研究

熔制了含Li+硅酸盐玻璃,玻璃的棒料在NaNO3熔盐中进行离子交换后得到了梯度折射率(GRIN)棒。采用干涉法测得了GRIN棒的折射率分布曲线。实验结果表明:通过所述的工艺,可以获得直径达5mm的GRIN棒,其折射率分布曲线与双曲正割曲线接近。分析表明GRIN棒的轴向色差评价函数值约为0 6～0 7%。     

直接键合的三结太阳能电池研究

本文研制了直接键合的三结GaInP/GaAs/InGaAsP太阳电池.直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷,将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散,是未来实现高效多结电池的发展趋势之一.此类电池国内鲜有报道.本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs/n+InP结构,得到电池开路电压3.0 V,在电池结构没有优化的情况下获得效率24%,表面未做减反膜.开路电压表明三结电池实现了串联,为单片集成的高效多结电池提供了新的途径.对实验结果进行了分析并给出了改进措施.     

Effect of chromatic aberration on Gaussian beams: non-dispersive laser resonators

The propagation of a non-monochromatic (polychromatic) TEM₀₀ Gaussian beam in vacuum, its passage through a thin plate and its transformation by a thin lens are studied in the case of a non-dispersive laser resonator. The basic assumptions of the model are as follows: optical fields are stationary and plane-polarized, the paraxial wave equation is valid, an equivalent non-dispersive hemiconfocal resonator represents the lasing medium and its stable resonator, the laser emits in a single mode. It is also assumed that the plate and the lens have large transverse dimensions. Mathematical expressions, for beam radius, divergence, radius of curvature and beam parameter product, are obtained. A beam quality factor for polychromatic Gaussian beams is defined and its value calculated in each case of interest. It is proposed to simulate a dispersive laser resonator by a non-dispersive resonator complemented with a plate and/or a thin lens.     

束流发射度对质子照相色差模糊的影响

分析了质子照相过程中发射度的增长过程。开展了照相系统设计,针对设计的照相系统,采用理论分析和蒙特卡罗计算的方法,具体分析了各个发射度增长因素的影响程度。分析结果表明：对于高能质子照相,加速器的引出发射度对系统的色差模糊的影响可以忽略,但对于中能质子照相,加速器的引出发射度不可忽略。可通过提高加速器引出系统的聚焦能力和减小散束器的厚度来减小发射度影响。     

蒸汽辅助溶液过程制备钙钛矿材料及钙钛矿太阳能电池

有机无机杂化钙钛矿材料被广泛应用于光电器件领域,特别是其作为太阳能电池的吸光材料,受到学术界和工业界越来越多的关注。钙钛矿太阳能电池的产业化进程正在进行中,而在进一步降低制备成本、提高电池转换效率的同时,研究出一种操作简单且可重复性高的制备钙钛矿薄膜的技术具有十分重要的意义。与其他传统的溶液处理方法不同,蒸汽辅助溶液过程(VASP)处理法避免了薄膜在生长过程中溶解以及溶剂化作用,抑制了晶核的形成,使薄膜快速重组,获得致密的高质量钙钛矿薄膜。目前报道,基于此薄膜制备的平面结构钙钛矿太阳能电池转换效率高达16.8%。本文综述了低温(150℃)VASP法制备的钙钛矿薄膜及光伏器件的相关研究进展,并对该技术的产业化前景做了展望。VASP制备过程简单、薄膜性能优异且可重复性高,为进一步制备大面积、高质量薄膜提供了可能。