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oe1(光电查) - 科学论文

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  • AIP会议录 [AIP出版 国际创新材料科学应用会议:ICIMA 2019 - 印度科因巴托尔(2019年9月25-26日)] 国际创新材料科学应用会议:ICIMA 2019 - 用于提高多结太阳能电池效率与拓宽响应范围的二维空心光子晶体光纤型吸收层

    摘要: 我们提出一种基于数值计算的方法,用于设计新型二维六方晶格圆形空气孔铟锡氧化物(ITO)平板空心光子晶体(2-D HCPC)结构。将该结构作为多结(GaP/InP/Si)太阳能电池顶部的减反射涂层(ARC)。除ARC层外,该多结太阳能电池(MJSC)结构还采用砷化镓光子晶体(GaAs PhC)作为背反射器(BR)。本研究旨在通过融合光捕获结构来提升太阳能电池效率及750纳米以上波长的光捕获能力。在AM1.5G标准条件下,将二维HCPC结构作为吸收层集成至MJSC结构的模拟结果显示,其电池效率较传统/非光子学MJSC结构提升了6.38%。采用ITO二维HCPC图案作为MJSC减反射涂层时,其吸收光谱响应可延伸至1000纳米以上。通过以砷化铟作为二维HCPC结构核心的优化研究,相较于传统/非光子学MJSC结构,电池效率提升了9.34%。

    关键词: 效率提升、二维空心光子晶体、减反射涂层、多结太阳能电池、光捕获

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 利用卷对卷热压印技术实现聚合物薄膜高通量纹理化以增强柔性钙钛矿太阳能电池的光捕获

    摘要: 本研究提出一种高通量方法,通过卷对卷热压印技术对聚合物薄膜进行纹理化处理,旨在提高基材雾度系数。在这些结构化基材上沉积的三阳离子钙钛矿太阳能电池,由于光吸收增强,其效率较参考平面器件相对提升了高达15%。

    关键词: 柔性光电子学、钙钛矿太阳能电池、卷对卷热压印、直接激光干涉图案化、光捕获

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 硒辅助通过简单且通用的合成方法提升Cu?ZnSn(S,Se)?量子点敏化太阳能电池的性能

    摘要: 地壳丰度高的Cu2ZnSnS4(CZTS)量子点(QDs)已成为有毒镉或稀有铟量子点的潜在替代材料,但其应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)仍受限于不合适的粒径尺寸及苛刻的合成与配体交换条件。本研究采用三辛基氧化膦(TOPO)为溶剂、油胺为封端剂,开发了一锅热注射法制备具有可调尺寸和窄粒径分布的Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)量子点。该方法的关键在于利用高温成核、低温生长及NaHB4强还原性,在无需使用1-十二烷基硫醇(DDT)的条件下制备小尺寸CZTSSe量子点,并通过硒掺杂扩展光吸收范围。硒掺杂后CZTSSe量子点导带(CB)能级降低,导致电子向TiO2薄膜导带注入驱动力减弱,TiO2/QDs/电解质界面复合加剧。得益于拓宽的光电响应范围,由此产生的更高短路电流密度(16.80 vs 14.13 mA/cm2)最终使CZTSSe量子点敏化太阳能电池转换效率从3.17%提升至3.54%(无需进一步修饰)。尽管该效率仍远低于其他硫属化物敏化剂文献报道值,但这种无DDT方法解决了CZTSSe量子点应用于QDSSCs的主要障碍,并为配体交换、光吸收增强及粒径控制提供了更便捷途径。

    关键词: Cu2ZnSnS4、太阳能电池、硒掺杂、量子点、光捕获

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于光捕获背面纹理技术的低成本多结太阳能电池建模与设计:应用于InGaP/GaAs/InGaAs三结电池

    摘要: 为实现高效与低成本并行,提出在无衬底薄膜多结(MJ)电池中采用光捕获背面纹理结构?;诳悸潜∽拥绯赜邢薰馕盏南晗钙胶饫砺?,该吸收模型具有普适性,可用于优化光捕获设计多结太阳能电池的子电池厚度。将其应用于InGaP/GaAs/InGaAs三结电池,模拟子电池光电流并获取电流匹配(最低要求)的子电池厚度组合。此外,分别估算了辐射极限及内辐射效率低于1时的详细平衡转换效率。对于InGaP子电池厚度小于600 nm的InGaP/GaAs/InGaAs多结电池,添加随机纹理背面反射器可显著增强光吸收——与传统平面反射器多结电池相比,在转换效率无损失的前提下,InGaAs子电池厚度可削减90%以上,GaAs子电池厚度甚至可减少50%。特别推荐采用(InGaP/GaAs/InGaAs)=(450 nm/333 nm/26 nm)的厚度组合以实现高转换效率与低材料成本的兼顾。本研究为低成本高效多结器件开发提供了重要理论指导。

    关键词: 细致平衡极限、低成本、多结太阳能电池、纹理表面、光捕获

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 一种利用湿法化学蚀刻实现超薄砷化镓太阳能电池的简易光捕获方法

    摘要: 减薄砷化镓(GaAs)太阳能电池的吸收层可降低成本并提升抗辐射性能,这对太空应用至关重要。然而,实现这些电池高吸光率所需的光捕获方案在实验上可能具有挑战性或会引入各种寄生损耗。本研究展示了一种基于湿法化学蚀刻的简易光捕获方法:使用氢氧化钠基蚀刻剂,在局部欧姆接触点之间对超薄GaAs太阳能电池的背面接触层进行湿法化学纹理化处理。通过原子力显微镜和扫描电子显微镜表征了所得接触层形貌。在裸露和镀银的纹理化接触层上均测得高宽带漫反射率和雾度因子。该纹理化接触层成功集成于包含300纳米GaAs吸收层和银背面接触层的薄膜太阳能电池中作为漫反射后镜。纹理化电池的短路电流密度(JSC)持续增加约3 mA cm?2(15%),而开路电压和填充因子未受纹理化后镜影响。最佳电池实现24.8 mA cm?2的JSC和21.4%的功率转换效率。纹理化后镜增强了开路状态下的发光耦合输出,使外量子效率显著提升。

    关键词: 超薄砷化镓、湿法蚀刻、纹理化III-V族太阳能电池、光捕获、发光耦合输出

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过引入苯并噻二唑生色团提高吡啶鎓叶立德染料敏化太阳能电池的效率:一项计算研究

    摘要: 具有不同锚定基团的有机吡啶鎓叶立德敏化剂NO108-NO111在染料敏化太阳能电池中展现出诱人的应用前景。为阐明该系列染料的本征敏化机制,我们对自由态和吸附态叶立德的电化学及光谱性质进行了理论计算。此外,为预筛选和优化吡啶鎓叶立德电池的合适候选材料,在性能最优的叶立德NO111中引入苯并噻二唑(BTD)基团,所得染料编码为NO111-1。与NO108中的吡啶-N-氧化物相比,NO111中的丙二酸二乙酯在界面电荷转移、抗聚集及长期稳定性方面表现更优。研究还表明,新型设计的NO111-1敏化薄膜具有更高的理论短路光电流密度上限(≈23 mA/cm2),且寄生复合速率低于NO111。该结果有望进一步揭示锚定基团对染料性能的影响,有助于设计更高效的吡啶鎓叶立德染料。

    关键词: 自组装、吡啶鎓叶立德染料、锚定基团、界面电荷转移、光捕获

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过将CsPbI2Br与有机体异质结集成扩展其光捕获范围至近红外以实现高效稳定太阳能电池

    摘要: 全无机钙钛矿(CsPbX3,X=Br或I)太阳能电池展现出优异的稳定性,但其功率转换效率(PCE)因吸收带窄的限制而落后于有机-无机杂化电池。本研究通过采用CsPbI2Br作为紫外-可见光吸收层、PBDTTT-E-T:IEICO作为近红外光吸收层,构建了全无机钙钛矿/有机集成太阳能电池。得益于PBDTTT-E-T:IEICO的引入,集成电池的光响应范围扩展至900 nm以上。额外吸收使短路电流密度从14.78 mA/cm2提升至15.98 mA/cm2,最终集成电池的PCE显著提高至14.03%,远高于对照钙钛矿电池(12.53%)和有机电池(7.51%)。通过光诱导瞬态吸收光谱深入分析了CsPbI2Br/PBDTTT-E-T:IEICO薄膜中的电荷转移动力学过程。此外,集成电池的空气稳定性和热稳定性大幅提升:未封装电池在环境空气中老化300小时后仍保持初始效率的95%,在氮气中85℃老化180小时后仍保留约90%的原始效率。

    关键词: 光捕获、钙钛矿太阳能电池、稳定性、全无机钙钛矿、集成太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过材料特性调控实现钙钛矿太阳能电池最大效率设计:一种多维方法

    摘要: 为显著提升太阳能电池的功率转换效率(PCE),我们认为用多材料特性的同步优化取代当前先进的一维和二维电池优化方案具有显著优势。在此背景下,研究人员需要明确哪些材料特性与电池设计参数的组合能带来最大效率提升,同时掌握这些变量间需要调节的理想关系。通过我们在钙钛矿太阳能电池(PSC)模型变量的超立方体空间中进行的模拟与数值优化,获得了此类认知。研究证明其PCE提升主要源于数学模型固有的非线性特性,从而阐明了多维变量改进在PSC优化中的重要性。通过在160至400纳米的宽范围吸收层厚度(t0)内同步优化电池材料特性与光捕获,我们将PCE提升至至少27.6%,且较低厚度能显著降低器件的铅含量。

    关键词: 数值优化、模拟、电池设计、光捕获、钙钛矿太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过引入类纳米草SnO?中间层提升光捕获能力并抑制电荷复合,实现高效CdS量子点敏化太阳能电池

    摘要: 量子点敏化太阳能电池(QDSSC)的性能主要受限于TiO2/量子点(QD)敏化剂/电解质界面的电荷复合。因此,阻断或抑制电荷复合是将QDSSC性能提升至新水平的关键要求。为延缓电荷复合,本文采用简便的化学浴沉积法,在TiO2表面引入SnO2纳米草(NG)中间层。该SnO2 NG中间层不仅能抑制QDSSC中的界面复合过程,还能增强光捕获能力以产生更多激子。因此,TiO2/SnO2 NG/CdS QDSSC可实现3.15%的功率转换效率,优于TiO2/CdS器件(2.16%)。电化学阻抗谱、开路电压衰减和暗电流分析证实,在TiO2与CdS QD敏化剂之间引入SnO2 NG中间层可有效抑制光阳极/电解质界面复合并延长载流子寿命。

    关键词: 电荷复合、二氧化锡纳米草、光捕获、化学浴沉积、量子点敏化太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 硅纳米线/PEDOT:PSS异质结太阳能电池的光强与光谱依赖特性

    摘要: 近期,由于制备成本低且具备实现良好效率的潜力,硅/导电有机聚合物异质结太阳能电池研究日益受到关注。在n型硅表面涂覆聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)形成的此类异质结,其理论性能可与传统p-n型硅结媲美。然而这些器件仍需优化制备参数才能与传统p-n结硅太阳能电池竞争。本研究报道了Ag/PEDOT:PSS/n-SiNW/Al太阳能电池在不同光照强度和波长下的光电响应。该器件通过在n-Si纳米线基底上旋涂PEDOT:PSS制备而成。值得注意的是,其J-V特性曲线中的短路电流显著低于外量子效率测试结果。观测发现高光照强度下光电流密度和填充因子明显劣化,这表明由于硅与PEDOT:PSS中空穴迁移率的差异,在高强度下Si-PEDOT:PSS界面可能产生了空间电荷积累。该现象也可能强烈归因于PEDOT:PSS层的结构变化——这种变化可能改变载流子动力学特性,进而影响该层的电学响应。通过分析不同强度下的器件响应有助于优化光照条件,而波长响应研究则能深化对太阳能电池工作原理的理解并指导制备参数优化。这为深入研究聚合物层性能优化及提升PEDOT:PSS/SiNW基太阳能电池性能开辟了新方向。

    关键词: PEDOT:PSS,异质结太阳能电池,硅纳米线,光捕获

    更新于2025-09-12 10:27:22