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[纳米科学前沿] 纳米结构薄膜 第14卷 || 太阳能电池用杂化薄膜的光谱与电学特性
摘要: 第三代太阳能电池的设计旨在通过溶液沉积技术制备薄膜太阳能电池,并获得高效能的太阳能电池。目前已知的溶液相制备太阳能电池主要有两种类型:(1) 多层结构电池和(2) 体异质结(BHJ)太阳能电池。多层结构太阳能电池采用逐层沉积半导体材料的方式制备,而BHJ太阳能电池则是将两种半导体材料混合于同一溶剂中,然后沉积在导电玻璃基底上。与多层结构相比,BHJ方法能缩短两种材料间的电子传输路径。BHJ太阳能电池的一种溶液制备工艺是聚合物-纳米晶BHJ(或称杂化)太阳能电池。这种杂化BHJ太阳能电池通过将导电聚合物与无机胶体纳米晶混合制备,从而结合了有机与无机纳米晶半导体材料的特性。在此过程中,杂化BHJ太阳能电池的性能受纳米晶的形貌、溶解度及表面修饰影响——这些特性被认为会影响纳米晶在聚合物基质中的复合效果。
关键词: 体异质结、电荷传输、配体交换、太阳能电池、纳米晶体、薄膜、聚合物
更新于2025-09-11 14:15:04
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掺金纳米颗粒的PEDOT:PSS等离子体共振对基于CuPc/C60有机太阳能电池性能影响的研究
摘要: 本研究探讨了不同球形尺寸的金纳米颗粒(AuNPs)与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)混合作为空穴传输层(ITO/PEDOT:PSS (AuNPs)/CuPc/C60/Al)对有机光伏电池(OPV)效率的提升作用。采用热化学法合成了AuNPs,透射电子显微镜(TEM)图像显示金纳米颗粒主要呈球形,尺寸范围为12-23纳米。UV-VIS光谱测量表明,随着颗粒尺寸减小,表面等离子体共振向更高波长偏移。通过原子力显微镜和UV-VIS光谱仪技术研究了OPV电池的表面形貌和吸收光谱。计算了不含与含AuNPs的OPV电池效率,当PEDOT:PSS中嵌入12纳米AuNPs时,效率从0.78%提升至1.02%。CuPc光吸收增强源于PEDOT:PSS的良好透明导电性,以及PEDOT:PSS中嵌入AuNPs周围电场增强;CuPc与C60界面处内建电场增强则归因于AuNPs的表面等离子体共振。这两个因素共同促进了CuPc中激子生成、界面层解离及载流子转移,从而提高了阴阳极对电子和空穴的收集效率。
关键词: 铜酞菁、PEDOT:PSS、太阳能电池、金纳米粒子、材料化学、富勒烯、材料科学
更新于2025-09-11 14:15:04
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方形和六边形网格倾斜硅纳米线太阳能电池中的光捕获优化
摘要: 本文通过粒子群优化(PSO)算法计算最优纳米线尺寸与倾斜角度,重点研究了四种倾斜纳米线太阳能电池设计的优化方案。我们考察了阵列(网格)中两种纳米线排布方式,提出六边形网格因其优异的光捕获与吸收特性而成为高效纳米线太阳能电池的优选排布模式。针对每种网格结构,研究了纳米线横截面形状对电池性能的影响,证实六边形网格中采用圆形横截面的纳米线具有最佳特性。本研究首次利用PSO算法同步优化了纳米线尺寸与倾斜角度等四项设计参数,在最优案例中实现了超过40%的吸收效率与50 mA/cm2以上的电流密度。通过计算并对比所有结构的吸收率、电场强度、吸收效率及电流密度,结果表明经优化后的所有电池设计方案均优于既有研究成果。
关键词: 优化、吸收、倾斜纳米线、电流密度、太阳能电池
更新于2025-09-11 14:15:04
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MoS2/Si异质结太阳能电池的厚度依赖光电特性
摘要: 为了获得垂直堆叠MoS2/Si异质结太阳能电池的最佳光电性能,我们基于键弛豫机制和细致平衡原理,提出一个理论模型来阐明薄膜厚度、原子键特性及相关物理量之间的关系。研究发现垂直堆叠MoS2/Si能形成II型能带排列,且其光电转换效率(PCE)随MoS2厚度增加而提升。此外,MoS2/Si体系的最大PCE可达24.76%,这表明基于层状过渡金属硫族化合物与硅的组合可能实现有效设计方案。
关键词: 细致平衡原理、光电特性、键弛豫机制、太阳能电池、MoS2/Si异质结构
更新于2025-09-11 14:15:04
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全无机卤化铅钙钛矿:光伏与探测器领域极具前景的选择
摘要: 近年来,全无机钙钛矿太阳能电池性能取得显著突破,但其光电转换效率仍远低于理论极限,且存在严重的潮湿稳定性问题?;诙匀藁祁芽缶褰峁埂⒒Ъ肮獾缣匦缘奶致?,我们系统总结了其在太阳能电池与探测器中的综合应用。通过评估一价与二价离子掺杂、形貌调控、结晶控制及界面工程对器件性能与稳定性的影响发现:窄带隙CsPbI3多晶块体薄膜太阳能电池实现了18.4%的最高光电转换效率,而稳定的CsPbBr3纳米晶薄膜在紫外-可见光及高能射线探测领域表现更为优异。最后,我们呼吁分别提升太阳能电池性能与稳定性、缩短响应时间,以满足叠层光伏和高速动态检测应用需求。
关键词: 多晶块体薄膜、太阳能电池、全无机钙钛矿、光电探测器、纳米晶薄膜
更新于2025-09-11 14:15:04
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彩色建筑一体化光伏:对能源效率的影响
摘要: 近年来,建筑一体化光伏(BIPV)因土地资源高效利用和本地可再生能源发电日益受到关注而引发更多商业兴趣。当光伏板作为建筑构件应用时,必须考虑美学因素。通过反射部分本可用于发电的阳光可实现色彩添加。研究人员测量并分析了商用太阳能电池组件的反射光谱,计算了反射太阳辐射能量导致的相对效率损失。基于实测光谱计算的效率损失与符合RAL色卡颜色坐标及更理想化的单色光谱模型进行了对比。分析表明,影响损失最重要的色彩参数是明度,其次为色调——在相同明度条件下比较时,绿黄色系的损失最低,粉红色系的损失最高。研究提出以"光亮反射率除以相对损失"定义的色彩性能指数(CPI)作为评价指标,从而实现对不同明度色彩的实用化比较。
关键词: 建筑一体化光伏技术,太阳能电池,颜色,能效,光伏建筑一体化
更新于2025-09-11 14:15:04
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[2019年IEEE第二届乌克兰电气与计算机工程会议(UKRCON) - 乌克兰利沃夫(2019.7.2-2019.7.6)] 2019年IEEE第二届乌克兰电气与计算机工程会议(UKRCON) - 薄膜太阳能电池效率与工作温度的关系
摘要: 本文研究了薄膜光伏转换器效率对其工作温度的依赖性及其对比结果,分析了温度对光伏转换器输出、二极管及电子参数影响的物理机制。测得基于CdTe、CuInSe及非晶硅的光伏转换器效率温度系数分别为-0.14%/℃、-0.36%/℃和-0.21%/℃。基于CdTe的光伏转换器通过分析处理二极管特性对效率的影响发现:当温度从20℃升至50℃时,二极管电流密度截距从1.9×10??A增至2.7×10??A(增幅50%),这种特性确保了其效率的温度稳定性。
关键词: 太阳能电池、薄膜、输出与二极管参数、工作温度、光伏转换器、效率
更新于2025-09-11 14:15:04
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适用于物联网设备的双面非晶硅五结太阳能电池,在低照度下具有3.5V的高开路电压
摘要: 通过等离子体化学气相沉积法制备了由a-SiOx:H/a-SiOx:H/a-Si:H/a-SiOx:H/a-SiOx:H构成的氢化非晶硅(a-Si:H)五结太阳能电池,总厚度为0.6-0.8微米。测量了该五结电池开路电压(Voc)随辐照强度(Pin)的变化关系,当辐照强度降至1/10时开路电压下降量ΔVoc(1/10)为62mV/电池。在辐照强度约1mW/cm2(约1000勒克斯)时Voc急剧下降,这种大幅压降源于漏电流。通过分析漏电流成因并改进后,在LED光照下实现了3.5V的超高开路电压。进一步理论分析了包含漏电流效应和i-a-Si(O):H薄膜质量影响的Voc-辐照强度关系,模拟结果表明:为获得物联网设备在低照度环境下应用所需的充分Voc-Pin特性,必须提高分流电阻Rsh并降低i-a-Si(O):H的缺陷密度。
关键词: 太阳能电池,非晶硅,五结,低照度
更新于2025-09-11 14:15:04
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双功能氯化镱(III)驱动的低温合成稳定α-CsPbI?用于高效无机钙钛矿太阳能电池
摘要: 无机钙钛矿CsPbI3因其适合转换太阳能的带隙以及相比有机-无机卤化物钙钛矿更优异的环境稳定性,被视为光伏应用中极具前景的吸光材料替代方案。然而CsPbI3的光活性α相只能在高温下稳定存在,且常温下易发生α相向δ相的转变。本研究将三氯化镱(YbCl3)作为双功能添加剂引入钙钛矿前驱体,在低至80°C的温度下实现了黑色α相的稳定并制备出高质量CsPbI3薄膜。Yb3+部分取代Pb2+可提高容忍因子并促进α相形成,钙钛矿薄膜中YbCl3·DMSO的路易斯加合物复合物能钝化缺陷并增强α相稳定性。采用YbCl3改性的平面型α-CsPbI3钙钛矿太阳能电池实现了12.4%的冠军功率转换效率,并展现出优异的环境稳定性。这种添加剂诱导的受控结晶法为提升无机钙钛矿太阳能电池光伏性能提供了简便有效的途径。
关键词: CsPbI3,无机钙钛矿,太阳能电池,氯化镱(III)
更新于2025-09-11 14:15:04
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带阳光聚光系统的混合太阳能电池
摘要: 已研发并研究了基于InGaP/Ga(In)As/Ge多结结构、集成晶体硅散热基底且配备线性菲涅尔透镜聚光系统与碳塑支架结构的混合太阳能电池。该光伏组件中的聚光混合太阳能电池在光电转换单元比重量降至1.0 kg/m2时,可提供390 W/m2(AM0,1367 W/m2)的比电功率。其优异的光伏特性与高抗辐射性使其适用于空间太阳能电池及自主供电设施中的聚光混合太阳能???。
关键词: 线性菲涅尔透镜、聚光光伏??椤⒒旌咸裟艿绯?、多结光伏电池、太阳能电池
更新于2025-09-11 14:15:04