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oe1(光电查) - 科学论文

64 条数据
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  • 利用深度机器学习理解新型薄膜太阳能电池中的物理性能瓶颈

    摘要： 目前全球正致力于开发高效、经济且制造过程中不会大量排放二氧化碳的太阳能收集材料。当研究人员采用新材料体系制备新型器件时，往往需要数周的实验与数据分析才能理解特定器件/材料组合为何能产生高效或低效电池。因此整个领域需要花费数十年时间才能将具有潜力的材料体系转化为可量产的完全优化电池（钙钛矿就是当代实例）。本文开发了一种快速理解器件/材料性能的新方法，该方法结合了机器学习、器件建模与实验技术。通过数秒内提供一组电子器件参数（载流子迁移率、复合速率、陷阱密度等），为直接关联制备条件与器件/材料性能提供了快速途径，指明了光收集器件进一步快速优化的方向。该方法通过研究P3HT:PCBM、PBTZT-stat-BDTT-8:PCBM和PTB7:PCBM有机太阳能电池体系中退火温度、表面活性剂选择对载流子动力学的影响进行了验证。

    关键词： 载流子迁移率、机器学习、有机太阳能电池、薄膜太阳能电池、漂移扩散

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 薄膜太阳能电池建模：从有机到钙钛矿

    摘要： 器件模型模拟是从有机材料到有机-无机钙钛矿材料的薄膜太阳能电池建模的主要工具之一。通过将电流密度-电压（J-V）曲线与底层器件物理直接关联，有助于揭示备受关注的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的工作机制。某些独特的光电特性需要更现象学的模型和精确的模拟。本文综述了器件模型方法在有机及有机-无机钙钛矿太阳能电池模拟中的应用。为此，通过讨论金属-绝缘体-金属模型和描述物理过程的方程式阐明了器件模型的方法。接着，给出了存在空间电荷、界面、电荷注入、陷阱或激子情况下有机太阳能电池J-V曲线的模拟结果。在钙钛矿部分，从器件模型模拟的角度系统讨论了陷阱态、直接带间复合、表面复合和离子迁移对器件性能的影响，并提出了设计高性能钙钛矿器件的建议。

    关键词： 钙钛矿、器件模型、薄膜太阳能电池、有机半导体

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 磁控溅射制备的Sb2Se3基薄膜用于高性能准同质结薄膜太阳能电池

    摘要： Sb2Se3因其材料优势和优异的光电性能，成为环境友好型、低成本薄膜光伏技术的潜力候选材料。然而其本征电导率较低，导致器件性能不理想且应用范围受限。本研究提出了一种通过提升电导率来改善Sb2Se3基光伏性能的有效策略：首先采用高温熔融技术制备了三种化学组分为Sb2Se3、Sb2Se3.3和Sb2(Se0.9I0.1)3的靶材，继而通过高效的射频磁控溅射工艺获得优质薄膜。我们首次制备出新型Sb2Se3准同质结薄膜太阳能电池，其最高光电转换效率已达到极具潜力的2.65%。这种独特的准同质结器件结构与全真空制备工艺的协同优势，进一步展现了其在薄膜光伏应用中的诱人前景。

    关键词： Sb2Se3，准同质结，磁控溅射，薄膜太阳能电池，电导率

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 将铯阳离子掺入甲脒-甲基铵基混合卤化物钙钛矿太阳能电池的极限

    摘要： 铯（Cs）同样能增强钙钛矿的热力学稳定性。我们通过扩散掺杂法，探索将Cs引入已证实具有高性能的混合阳离子（FA/MA）与混合卤素（I/Br）基础钙钛矿体系的方法。该工艺可形成无残留PbI?且吸光度更高的平整钙钛矿薄膜。虽然随着Cs添加量增加，PbI?残留逐渐消失，但当Cs浓度超过15%时薄膜形貌会变粗糙。少量PbCl?的引入能容纳更高Cs含量，从而获得平整薄膜表面并进一步提升器件性能。

    关键词： 混合阳离子、铯掺杂、薄膜太阳能电池、相互扩散、两步法、钙钛矿

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 用于太阳能电池吸收层的p型Cu3BiS3薄膜的一步热蒸发法制备

    摘要： 三元硫化铜（尤其是铜铋硫化合物Cu-Bi-S）因其组成元素储量丰富且无毒，相比传统的铜铟镓硒和碲化镉薄膜，成为替代性太阳能吸收材料。本研究采用一步共蒸发法，以Cu2S和Bi2S3为原料，在室温至400°C的沉积温度范围内，将Cu-Bi-S薄膜沉积于钠钙玻璃基底上。X射线衍射分析证实富铜薄膜中以Cu3BiS3为主相，且随沉积温度升高，薄膜结晶质量显著改善。400°C沉积的薄膜实现了1.4 eV的光学带隙，其霍尔迁移率达3.95 cm2/V·s，载流子浓度为7.48×1016 cm-3。将375°C和400°C沉积的Cu3BiS3薄膜应用于超薄衬底太阳能电池结构（玻璃/ITO/n-CdS/p-Cu3BiS3/Al）。

    关键词： p型Cu3BiS3，光学带隙，热共蒸发，薄膜太阳能电池，吸收层

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 掺锑氧化锡作为铜锌锡硫薄膜太阳能电池的透明背接触层

    摘要： 研究了掺锑氧化锡（Sn2O3:Sb，ATO）作为Cu2ZnSnS4（CZTS）薄膜太阳能电池透明背接触层的性能。分析了不同退火条件下ATO的稳定性及其对CZTS吸收层生长的影响。发现直接暴露于硫化退火气氛中的ATO会与硫反应，但当被CZTS覆盖时，在T<550°C退火条件下不会劣化。研究还发现当CZTS在T=534°C退火时，ATO的电学性能甚至有所提升。但在T=580°C时，ATO会与硫发生反应并降解。分析反复表明ATO会影响吸收层生长——在吸收层表面检测到大量Sn-S二次化合物。时效退火系列分析显示这些化合物在退火初期形成，并随时间蒸发留下针孔。通过在退火前添加钠元素可改善器件性能。本文采用ATO背接触层制备的最佳CZTS器件效率达2.6%。与钼背接触参考器件相比，虽然开路电压和短路电流密度相近，但填充因子较低。

    关键词： 掺锑氧化锡、硫化处理、薄膜太阳能电池、透明背接触层、Cu2ZnSnS4

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 掺镁氧化锌缓冲层在薄膜碲化镉太阳能电池中的降解

    摘要： 硫化镉是薄膜碲化镉太阳能电池中常用的传统n型缓冲层。众所周知，硫化镉会导致光学损耗，且硫在高温激活过程中会扩散至吸收层。溅射沉积的镁掺杂氧化锌（MZO）因其透明性和可调带隙，已被证明是碲化镉太阳能电池极具吸引力的缓冲层。它还能耐受高温处理，并避免氯化镉激活工艺中元素向碲化镉吸收层的扩散。然而，采用MZO缓冲层的太阳能电池会出现性能退化现象。对MZO薄膜表面电位的分析表明，沉积后薄膜暴露于大气时，其功函数会出现显著波动。这些波动归因于MZO薄膜中所含氧化镁对水蒸气的高反应活性。通过X射线光电子能谱分析确定了相应的表面化学变化：氧化锌组分相对稳定，但分析显示氧化镁会在MZO表面形成Mg(OH)2层，该层在MZO/碲化镉界面和/或MZO与掺氟氧化锡界面形成次级屏障，从而影响填充因子并导致转换效率下降。

    关键词： 表面污染、降解、薄膜太阳能电池、碲化镉、镁掺杂氧化锌、氢氧化物、缓冲层

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 能量转换物理学 () || 10. 光伏能量转换

    摘要： 在光伏设备中，太阳能沿一条与太阳能热电厂截然不同的路径转化为电能。首先，太阳光子的能量通过固态吸收体转化为化学能——这意味着吸收体通过产生电子/空穴（e?/h+）对（即发生以下反应：基态 + ?? → e? + h+），使其电荷载流子发生重排并进入电子激发态。其中??代表能使电子跃迁至激发态的高能光子。随后，通过吸收体的选择性电子/空穴接触电极对导带与价带中载流子集合体的化学能进行空间分离，从而将其转化为电能。通常这种选择性接触只能通过两种接触材料间的特性跃变来实现，例如pn结。由于光照条件下吸收体材料中电子与空穴具有不同的电化学势，这种分离会在针对不同载流子类型的选择性接触间产生电压降。正是接触电极的选择性为太阳能电池引入了内建不对称性，使其成为可用电压源（参见第5.2节）。这一基本工作原理适用于所有类型的光伏电池——从由晶体硅（c-Si）制成的传统电池，到采用铜铟镓硒（CIGS）等多元材料制备的薄膜电池，乃至有机或染料敏化太阳能电池，其原理示意图见图10.1。

    关键词： 电力、固态吸收体、太阳能、光伏、PN结、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、铜铟镓硒（CIGS）、薄膜太阳能电池、晶体硅、电子/空穴对

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 溶液法制备的Zn<sub>x</sub>Cd<sub>1-x</sub>S缓冲层用于气相传输沉积SnS薄膜太阳能电池：实现高开路电压

    摘要： 作为CdS的替代缓冲材料，采用连续离子层吸附与反应（SILAR）法制备了用于气相传输沉积SnS薄膜太阳能电池（TFSCs）的ZnxCd1-xS缓冲层。通过调节锌镉比例，获得了一系列带隙可控（2.40-3.65 eV）的ZnxCd1-xS薄膜。系统研究了锌镉比对电池性能的影响，发现Zn0.34Cd0.66S缓冲层是SnS TFSCs的最佳组分，在实现3.72%效率的同时获得了0.405 V的开路电压（Voc）记录值，而SILAR法制备的CdS缓冲层仅获得0.324 V的Voc。X射线光电子能谱分析证实，该Zn0.34Cd0.66S缓冲层与SnS吸收层之间0.35 eV的尖峰型导带偏移是Voc提升的原因。此外，光照条件下的温度依赖性Voc分析证实，SnS/Zn0.34Cd0.66S异质结界面复合得到了显著抑制。

    关键词： 开路电压，连续离子层吸附与反应，薄膜太阳能电池，一硫化锡，缓冲层，硫化锌镉

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 通过优化器件结构提升溶液法制备Sb2Se3薄膜太阳能电池的光伏性能

    摘要： 薄膜太阳能电池因其高效率和低成本而受到全球关注。硒化锑（Sb2Se3）因其合适的带隙、储量丰富、低毒性和高化学稳定性，成为薄膜太阳能电池中极具前景的光吸收材料候选者。本文采用简单的肼溶液法制备了Sb2Se3薄膜太阳能电池。通过控制光活性层厚度并插入聚（3-己基噻吩）空穴传输层，实现了光电转换效率为2.45%的Sb2Se3太阳能电池。

    关键词： 空穴传输层、n-i-p结构、溶液法、聚(3-己基噻吩)、硒化锑、薄膜太阳能电池

    更新于2025-09-11 14:15:04