基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe量子点太阳电池结构的优化

基于GaAs/InAs-GaAs/ZnSe的P-i-N量子点太阳电池结构, 根据光学原理和扩散理论建立了光生电流密度与膜层厚度相关的数学模型, 定量分析了量子点层厚度等参数对太阳电池性能的影响,以期达到提高量子 点太阳电池转换效率的目的.理论模拟表明:在i层厚度取3000 nm时,优化后P(GaAs)型、N(ZnSe)型层 薄膜的最佳膜厚为1541 nm, 78 nm, 并在单一波长下太阳电池转换效率为20.1%;同时量子 点体积和温度对于量子点太阳电池I-V特性也会产生影响, 当量子点体积和温度逐渐增大时, 开路电压呈现减小趋势,使得转换效率降低.     

化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其光伏应用

采用化学水浴法制备了大面积CdS多晶薄膜,研究了薄膜的形貌、结构和光学性质,结果表明,大面积CdS多晶薄膜具有良好的均匀性,通过优化CdS多晶薄膜,制成了不同CdS窗口层厚度的CdTe小面积太阳电池,减薄CdS薄膜可有效提高器件的短路电流,改善器件性能.随后,在面积30cm×40cm的衬底上制备了全面积为993.6cm²的CdTe太阳电池组件,其27个集成单元的电学性质较为均匀,太阳电池组件的光电转换效率8.13%. 关键词： 化学水浴法(CBD) CdS薄膜 CdTe太阳电池 CdTe太阳电池组件     

负偏压作用下染料敏化太阳电池界面及光电性能研究

太阳电池组件由于局部电压不匹配,其中部分电池可能较长时间工作在负偏压状态下,从而影响电池光电性能.借助拉曼光谱、电化学阻抗谱和入射单色光量子效率(IPCE)等测试手段,研究长期负偏压作用下染料敏化太阳电池光电性能的变化及其影响机理.拉曼光谱研究结果表明:电池在1000 h负偏压作用下,电解质中阳离子(Li⁺)会向光阳极(TiO₂电极)移动并嵌入TiO₂薄膜中;长期负偏压作用还会致使TiO₂/电解质界面阻抗增大和IPCE下降,导致电池开路电压升高和短路电流减小.通过加入苯并咪唑(BI)添加剂,经1000 h负偏压后电池的拉曼光谱实验表明,BI能在一定程度阻碍Li⁺的嵌入,电池具有较好的长期稳定性.不同负偏压下的老化实验进一步表明,通过加入添加剂能够使电池在长期负偏压下保持较好的稳定性. 关键词： 染料敏化 太阳电池 组件 负偏压     

不同厚度的活性层及阴极的改变对聚合物太阳电池性能的影响

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene))为电子给体材料, PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料, 制成了共混体系太阳电池.研究了不同厚度活性层对太阳电池性能的影响.结果表明, 活性层厚度为100 nm时,太阳电池具有最佳性能.活性层厚度的增加,增大了光生电荷的复合,减少了太阳电池的填充因子,从而减少了太阳电 关键词： 太阳电池 厚度 电极 性能     

GaAs多结电池宽光谱ZnS/Al2O3/MgF2减反射膜的设计与分析

 为了提高砷化镓(GaAs)多结太阳电池的光电转换效率,设计了宽光谱(300 nm～1 800 nm)ZnS/Al2O3/MgF2三层减反射膜,分析了各层的厚度及折射率对三层膜系有效反射率的影响。结果表明： 对于整个波长,ZnS厚度对有效反射率的影响要大于Al2O3和MgF2,MgF2厚度对有效反射率的影响最小;适当减小MgF2的折射率或增加ZnS的折射率可得到更低的有效反射率。同时,当 ZnS,Al2O3和MgF2的最优物理厚度分别为52.77 nm,82.61 nm,125.17 nm时,此时最小有效反射率为2.31％。     

ECRCVD技术淀积太阳电池的减反膜

本文报道了用电子回旋共振化学气相淀积(ECRCVD)技术实现了低温(50℃)淀积SiON/SiN膜作硅太阳电池减反射膜的实验研究.探讨了影响薄膜性能的主要工艺参数,设计了具有较佳抗反效果的双层减反膜,并对膜层的反射率和太阳电池参数进行了测定.结果表明:该减反膜具有良好的减反效果,能实现较宽波段范围内的均匀增透,使太阳电池短路电流密度提高了42%,电池转换效率提高了45%.     

PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C70器件性能的影响

制备了结构为ITO/MoO₃(6 nm)/Rubrene (30 nm)/C₇₀ (30 nm)/PTCBI(x nm)/Al (150 nm)器件, 研究了四羧基苝的衍生物PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池的作用. 实验结果显示, 在C₇₀与Al电极之间插入PTCBI 后, 电池性能得到明显改善; 分析表明, 插入PTCBI后, 活性层与阴极形成了良好的欧姆接触, 提高了器件的内建电场, 同时PTCBI避免了激子与Al电极的接触, 减少了在制备过程中高动能Al对C₇₀的破坏. 进一步考察了PTCBI厚度对电池的性能的影响, 结果显示, 厚度为6 nm的PTCBI 层器件性能最佳, 其开路电压(V_OC)、填充因子(FF)、短路电流密度(J_SC)与功率转换效率(ηP)与未插入PTCBI修饰层的器件相比分别提高了70.4%, 55.5%, 125.1%, 292.2%. 当PTCBI的厚度大于6 nm时, 激子解离后产生的自由电子会在PTCBI与阴极界面积累, 导致器件J-V曲线出现S形.     

室温下磁场对基于Alq3的有机电致发光器件的影响

制备了ITO/NPB/LiF/Alq₃/LiF/Al的器件,测量了该组器件效率和亮度的磁效应.结果表明,在50 mT磁场中,当LiF缓冲层厚度为0.8 nm时,器件的效率最大增加了12.4%,磁致亮度最大变化率17%.同时,制备的磷光器件ITO/NPB/LiF/CBP:6 wt% Ir(ppy)₃/BCP/Alq₃/ LiF/Al,在50mT磁场作用下,当LiF缓冲层的厚度为0.8 nm时,器件的效率最大增加12.1%.在Alq_{3 关键词： 有机发光 磁场 效率 磁致亮度}     

给体-受体型有机太阳电池光敏层的优化设计

针对有机给体-受体型异质结薄膜太阳电池，基于薄膜中的光学干涉效应和激子扩散理论建立模型，定量分析了有机层厚度对太阳电池性能的影响，通过限制有机光敏层厚度来控制由光学干涉效应引起的局部光子密度(光强度)的分布，进而优化有机层的吸收效率和激子扩散效率，以此达到提高器件光伏效率的目的.并通过实验进行了验证. 关键词： 有机太阳电池 给体-受体 优化设计 激子     

激光二极管抽运Nd∶YVO4晶体1342nm和671nm激光器研究

报道了激光二极管抽运的Nd∶YVO₄晶体1342和671nm激光特性.1342nm激光最大输出功率为1.75W，光-光转换效率为32.1%，斜效率为43%.利用Ⅰ类非临界相位匹配LBO晶体腔内倍频，当输入抽运功率为6W时，获得功率为502mW的671nm激光输出，光-光转换效率超过8.3%；当671nm激光输出功率为400mW时，短期的不稳定度小于2%. 关键词：     

Silicon solar cells with Al2O3 antireflection coating

The paper presents the possibility of using Al₂O₃ antireflection coatings deposited by atomic layer deposition ALD. The ALD method is based on alternate pulsing of the precursor gases and vapors onto the substrate surface and then chemisorption or surface reaction of the precursors. The reactor is purged with an inert gas between the precursor pulses. The Al₂O₃ thin film in structure of the finished solar cells can play the role of both antireflection and passivation layer which will simplify the process. For this research 50×50 mm monocrystalline silicon solar cells with one bus bar have been used. The metallic contacts were prepared by screen printing method and Al₂O₃ antireflection coating by ALD method. Results and their analysis allow to conclude that the Al₂O₃ antireflection coating deposited by ALD has a significant impact on the optoelectronic properties of the silicon solar cell. For about 80 nm of Al₂O₃ the best results were obtained in the wavelength range of 400 to 800 nm reducing the reflection to less than 1%. The difference in the solar cells efficiency between with and without antireflection coating was 5.28%. The LBIC scan measurements may indicate a positive influence of the thin film Al₂O₃ on the bulk passivation of the silicon.     

硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计

陷光结构的优化是增加硅薄膜太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一. 以硅纳米线阵列为代表的光子晶体微纳陷光结构具有突破传统陷光结构Yablonovith极限的巨大潜力. 通常硅纳米线阵列可以用作太阳电池的增透减反层、轴向p-n结、径向p-n结. 针对以上三种应用, 本文运用有限时域差分(FDTD)法系统研究了硅纳米线阵列在 300-1100 nm 波段的光学特性. 结果表明, 当硅纳米线作为太阳电池的减反层时, 周期P=300 nm, 高度H=1.5 μm, 填充率(FR)为0.282条件下时, 反射率最低为7.9%. 当硅纳米线作为轴向p-n结电池时, P=500 nm, H=1.5 μm, FR=0.55条件下纳米线阵列的吸收效率高达22.3%. 硅纳米线作为径向p-n结电池时, 其光吸收主要依靠纳米线, 硅纳米线P=300 nm, H=6 μm, FR= 0.349 条件下其吸收效率高达32.4%, 进一步提高其高度吸收效率变化不再明显. 此外, 本文还分析了非周期性硅纳米线阵列的光学性质, 与周期性硅纳米线阵列相比, 直径随机分布和位置随机分布的硅纳米线阵列都可以使吸收效率进一步提高, 相比于周期性硅纳米线阵列, 优化后直径随机分布的硅纳米线阵列吸收效率提高了39%, 吸收效率为27.8%. 本文运用FDTD法对硅纳米线阵列的光学特性进行设计与优化, 为硅纳米线阵列在太阳电池中的应用提供了理论支持.     

微晶硅锗薄膜作为近红外光吸收层在硅基薄膜太阳电池中的应用

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,制备了具有一定晶化率不同Ge含量的氢化微晶硅锗(μcSi1-xGex:H)薄膜.通过Ⅹ射线荧光谱、拉曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外谱、吸收系数谱和电导率的测试,表征了μc-Si_(1-x)Ge_x:H的材料微结构随Ge含量的演变.研究表明:提高Ge含量可以增强μc-Si_(1-x)Ge_x:H薄膜的吸收系数.将其应用到硅基薄膜太阳电池的本征层中可以有效提高电池的短路电流密度(J_(sc)).特别是在电池厚度较薄或陷光不充分的情况下,长波响应的提高会更为显著.应用ZnO衬底后,在Ge含量分别为9%和27%时,μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池的转换效率均超过了7%.最后,将μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池应用在双结叠层太阳电池的底电池中,发现μc-Si_(0.73)Ge_(0.27):H底电池在厚度为800 nm时即可得到比1700 nm厚微晶硅(μc-Si:H)底电池更高的长波响应.以上结果体现μc-Si_(1-x)Ge_x:H太阳电池作为高效近红外光吸收层,在硅基薄膜太阳电池中应用的前景.     

Enhanced optical absorption by Ag nanoparticles in a thin film Si solar cell

Thin film solar cells have the potential to significantly reduce the cost of photovoltaics. Light trapping is crucial to such a thin film silicon solar cell because of a low absorption coefficient due to its indirect band gap. In this paper, we investigate the suitability of surface plasmon resonance Ag nanoparticles for enhancing optical absorption in the thin film solar cell. For evaluating the transmittance capability of Ag nanoparticles and the conventional antireflection film, an enhanced transmittance factor is introduced. We find that under the solar spectrum AM1.5, the transmittance of Ag nanoparticles with radius over 160 nm is equivalent to that of conventional textured antireflection film, and its effect is better than that of the planar antireflection film. The influence of the surrounding medium is also discussed.     

纳米表面二维周期半圆凹槽增强硅薄膜太阳能电池光吸收

利用时域有限差分方法, 研究硅薄膜上下表面周期半圆凹槽结构对于太阳光吸收的增强效应. 研究发现这种结构可以实现太阳光宽波段的光吸收增强, 通过调节SiO₂表面减反层厚度和凹槽半径长度来实现薄膜太阳能电池最大的光吸收, 并实现了波长在300-1000 nm范围的太阳光吸收总能量比没有这种 结构下硅薄膜光吸收提高了约117%. 关键词： 硅薄膜 半圆凹槽 吸收增强     

Studies on the polycrystalline silicon/SiO_2 stack as front surface field for IBC solar cells by two-dimensional simulations

Interdigitated back contact(IBC) solar cells can achieve a very high efficiency due to its less optical losses. But IBC solar cells demand for high quality passivation of the front surface. In this paper, a polycrystalline silicon/SiO_2 stack structure as front surface field to passivate the front surface of IBC solar cells is proposed. The passivation quality of this structure is investigated by two dimensional simulations. Polycrystalline silicon layer and SiO_2 layer are optimized to get the best passivation quality of the IBC solar cell. Simulation results indicate that the doping level of polycrystalline silicon should be high enough to allow a very thin polycrystalline silicon layer to ensure an effective passivation and small optical losses at the same time. The thickness of SiO_2 should be neither too thin nor too thick, and the optimal thickness is 1.2 nm.Furthermore, the lateral transport properties of electrons are investigated, and the simulation results indicate that a high doping level and conductivity of polycrystalline silicon can improve the lateral transportation of electrons and then the cell performance.     

减反膜对单晶硅太阳能电池性能的影响分析

在太阳能电池效率的评价中,电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数,合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能,提高电池效率。此外,在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标,对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化,分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响,给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度,并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明,在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上,选择合适的减反膜,电池效率最高可达20.35%,相比于优化前提高了8.25%。     

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.     

α-Si：H/SiNx叠层薄膜对晶体硅太阳电池的钝化

利用等离子增强化学气相沉积法在硅衬底上制备了 α-Si:H/SiN_x叠层薄膜用来钝化晶体硅太阳电池. 用有效少子寿命表征薄膜的钝化效果, 通过模拟高频电容-电压测试结果分析薄膜钝化的机理. 将α-Si:H/SiN_x薄膜的钝化效果与使用相同方法制备的 α-Si:H薄膜进行对比, 发现 α-Si:H/SiN_x 薄膜的钝化效果明显优于 α-Si:H薄膜. 不同温度下热处理后, α-Si:H/SiN_x薄膜的钝化效果随着温度的上升先提高后降低. 在最佳热处理温度300 ℃下进行热处理, α-Si:H/SiN_x 薄膜的钝化效果能在90 min内始终保持优于 α-Si:H薄膜. 模拟计算结果表明, α-Si:H/SiN_x薄膜的钝化效果与 α-Si:H/Si界面处的态密度有关. 关键词： 太阳电池 钝化 α-Si：H/SiN_x薄膜')" href="#">α-Si：H/SiN_x薄膜 热处理     

硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计

硅异质结太阳电池是一种由非晶硅薄膜层沉积于晶硅吸收层构成的高效低成本的光伏器件,是一种具有大面积规模化生产潜力的光伏产品.异质结界面钝化品质、发射极的掺杂浓度和厚度以及透明导电层的功函数是影响硅异质结太阳电池性能的主要因素.针对这些影响因素已经有大量的研究工作在全世界范围内展开,并且有诸多研究小组提出了器件效率限制因素背后的物理机制.洞悉物理机制可为今后优化设计高性能的器件提供准则.因此及时总结硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计非常必要.本文主要讨论了晶硅表面钝化、发射极掺杂层和透明导电层之间的功函数失配以及由此形成的肖特基势垒;讨论了屏蔽由功函数失配引起的能带弯曲所需的特征长度,即屏蔽长度;介绍了硅异质结太阳电池优化设计的数值模拟和实践;总结了硅异质结太阳电池的研究现状和发展前景.