吸收层成份比例对CIGS太阳电池性能的影响

本文利用传统的共蒸发三步法制备了CIGS薄膜及电池器件,通过X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电镜(SEM)、Hall测试仪、太阳光模拟器I-V曲线测试等方法,研究了Cu和Ga元素比例的不同对电池二极管特性及效率的影响,获得了Cu/(In+ Ga)比值为0.89～0.93、Ga/(In+ Ga)比值为0.29～ 0.33是制备高效电池的理想范围的结论,并分析了偏离理想成份范围的电池性能下降的原因.最后通过工艺优化,制备出理想成份范围内的高质量CIGS薄膜,获得了15.27;的高转换效率电池.     

P3HT与CdTe纳米枝晶p-n异质结敏化ZnO纳米管阵列的光电化学研究

采用电化学方法首先在ITO导电玻璃上制备了一维有序ZnO纳米管阵列,然后在ZnO纳米管阵列上采用电化学方法沉积纳米枝状CdTe,形成了纳米枝状CdTe包覆ZnO纳米管的CdTe@ZnO壳核式复合结构,最后在上述复合结构中旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT包覆的P3HT@CdTe@ZnO复合薄膜. 以此复合薄膜为光活性层组装成半导体敏化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,对该电池的工作原理进行初步研究,所得太阳电池能量转换效率最高达到1.38%.     

染料敏化太阳电池钌系敏化剂

钌系敏化剂是染料敏化太阳电池（DSSC）研究最早也最成功的敏化剂类型之一,最高光电转换效率已达到11%以上。研究总结钌系敏化剂的结构、谱学性质、电化学性质与其光电转换性能之间的构效关系,对于设计合成新的具有更高性能的敏化剂、推进DSSC的实用化进程具有十分重要的意义。本文综述了钌系敏化剂的研究进展,将这类敏化剂按结构和性质进行分类,讨论了其分子结构、电子结构、谱学性质、电化学性质对其光吸收能力、电子注入效能、电荷传输与复合等因素的影响,并对其光电转换性能进行了详细评述,总结了其结构与光电转换性能之间的构效关系,概括了高效钌系敏化剂的结构特征,为更高效敏化剂的设计合成提供了有价值的参考。     

Design of periodic metal-insulator-metal waveguide back structures for the enhancement of light absorption in thin-film solar cells

To increase the absorption in a thin layer of absorbing material (amorphous silicon, a-Si), a light trapping design is presented. The designed structure incorporates periodic metal-insulator-metal waveguides to enhance the optical path length of light within the solar cells. The new design can result in broadband optical absorption enhancement not only for transverse magnetic (TM)-polarized light, but also for transverse electric (TE)-polarized light. No plasmonic modes can be excited in TE-polarization, but because of the coupling into the a-Si planar waveguide guiding modes and the diffraction of light by the bottom periodic structures into higher diffraction orders, the total absorption in the active region is also increased. The results from rigorous coupled wave analysis show that the overall optical absorption in the active layer can be greatly enhanced by up to 40%. The designed structures presented in this paper can be integrated with back contact technology to potentially produce high-efficiency thin-film solar cell devices.     

自组装单分子空穴传输层在反式钙钛矿太阳电池的研究进展

空穴传输层在钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cell, PSC)中起着抽取和传输钙钛矿层产生的光生空穴、抑制电子回流等重要作用,是构成高性能器件的重要组成部分.经典的空穴传输材料,如2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-OMe TAD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)等,空穴迁移率低、价格昂贵等缺点限制了其规模化应用.近年来,在反式PSC中自组装单分子层(self-assembledmonolayers,SAM)作为空穴传输层广泛应用,提升了器件性能.SAM分子结构中含有锚定官能团,可以在衬底上形成单分子薄膜,有着材料消耗小、无需添加剂、寄生吸收低、能够兼容叠层器件和有利于大面积制造等优点,已成为PSC领域的研究热点.本综述结合PSC发展,按照SAM分子结构中锚定基团的不同,对近年来基于SAM的空穴传输层的研究进行了分类和归纳,结合分子骨架变化分析了结构变化对其特性及器件性能的影响.最后,对SAM作为空穴传输层的发展做了总结和展望.     

十二烷二酸修饰TiO_2电子传输层改善钙钛矿太阳电池的电流特性

在经典的平面异质结钙钛矿太阳电池中,TiO_2致密层的电子传输性能一直是获得优异光伏性能的决定性因素之一.相较于spriro-OMe TAD等常见的空穴传输材料优异的空穴传输能力,作为电子传输材料的TiO_2的导电性较弱,无法形成良好的电荷匹配.为了解决这个问题,我们使用自组装的十二烷二酸(DDDA)单分子层来修饰TiO_2致密层的表面,TiO_2致密层的导电性能得到大幅提升,并且其能带结构得到优化,促进了电子传输,降低了电子积聚和载流子复合,使得电池的短路电流密度(JSC)从修饰前的20.34 mA·cm~(-2)提升至修饰后的23.28 mA·cm~(-2),进而使得电池在标准测量条件下的光电能量转换效率从14.17%提升至15.92%.同时还发现,通过DDDA修饰TiO_2致密层,所制备的器件的光稳定性显著提升,器件未封装暴露在AM 1.5光强100 mW·cm~(-2)的模拟太阳光下超过720 min,保持初始效率的71%以上且趋于稳定.     

硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究

采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑(Sb_2Se_3)薄膜太阳电池进行建模仿真,将CdS, ZnO和Sn02的模型应用到Sb_2Se_3太阳电池的电子传输层中.结果显示,应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能,并发现电子传输层电子亲和势(Xe-ETL)的变化能够调节Sb_2Se_3太阳电池内部的电场分布,是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的Xe-ETL都会使电池的填充因子降低,导致电池性能劣化.当Xe-ETL为4.2eV时,厚度为0.6μm的Sb_2Se_3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型,在不考虑Sb_2Se_3层缺陷态的理想情况下,厚度为3μm的Sb_2Se_3太阳电池的转换效率可以达到16.55%(短路电流密度J_(SC)=34.88 mA/cm~2、开路电压V_(OC)=0.59 V、填充因子FF=80.40%).以上模拟结果表明,Sb_2Se_3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能,具有较高的应用潜力.     

载流子选择性接触:高效硅太阳电池的选择

太阳电池可看成由光子吸收层和接触层两个基本单元组成,接触层是高复合活性金属界面和光子吸收层之间的区域.为了进一步提高硅太阳电池的转换效率,关键是降低光子吸收层和接触之间的复合损失.近年来,载流子选择性接触引起了光伏界的研究兴趣,其被认为是接近硅太阳电池效率理论极限的最后的障碍之一.本文分析了三种类型的载流子选择性接触:在光子吸收层与金属界面之间引入薄的重掺杂层,即所谓的发射极或背面场;利用两种材料之间的导带或价带对齐;利用高功函数的金属氧化物与晶硅接触从而在晶硅中感应能带弯曲.基于一维太阳电池模拟软件wx AMPS,模拟了扩散同质结硅太阳电池[结构为(p~+)c-Si/(n)c-Si/(n~+)c-Si]、非晶硅薄膜硅异质结太阳电池[结构为(p~+)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si/(i)a-Si/(n~+)a-Si]和氧化物薄膜硅异质结太阳电池[结构为(n)MoO_x/(n)c-Si/(n)TiO_x]暗态下的能带结构和载流子浓度的空间分布,其中c-Si为晶硅;a-Si为非晶硅;(i),(n)和(p)分别表示本征、n型掺杂和p型掺杂.模拟结果表明:载流子选择性接触的核心是在接触处晶硅表面附近形成载流子浓度空间分布的不对称进而使得电导率的不对称,形成了对电子的高阻和空穴的低阻或者对空穴的高阻和电子的低阻,从而让空穴轻松通过同时阻挡电子,或者让电子轻松通过同时阻挡空穴,形成空穴选择性接触或者电子选择性接触.     

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.