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钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
钙钛矿太阳能电池制备工艺简单,成本低廉。近年来,该类太阳能电池因其快速增长的光电转换效率和逐步提升的器件稳定性,吸引了学术界和产业界的广泛关注,为光伏领域带来了新的机遇。然而,由于钙钛矿太阳能电池中存在非辐射复合损失,所以目前的光电转换效率依然低于肖克利-奎塞尔(Shockley-Queisser)理论所定义的极限效率。因此,最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失是进一步提升电池器件效率的未来研究重点。 鉴于此,研究团队基于已有的研究基础,对“最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失”这一论题进行深入探讨和系统总结。该综述文章主要包括以下几个方面:首先,介绍了钙钛矿太阳能电池中非辐射复合的起源,并详细讨论了非辐射复合损失的定量化测试方法;其次,系统总结了在降低非辐射复合损失方面的最近研究进展;再次,依据肖克利-奎塞尔理论,对钙钛矿太阳能电池所能够获得的最高光电转换效率进行了科学预测;最后,在展望部分,前瞻性地指出了最大化降低非辐射复合损失的未来努力方向。图1. 金属卤化物钙钛矿活性层内的电荷载流子产生与复合动力学机制 在理想的金属卤化物钙钛矿半导体材料中,所有的光生电子和空穴最终将通过发射光子的方式进行复合(即:辐射复合)。然而,在实际的钙钛矿太阳能电池中存在大量的非辐射复合通道(如图1所示),绝大部分光生载流子将优先通过其他非辐射途径进行复合(例如,缺陷辅助复合,俄歇复合,界面诱导复合,电声耦合,带尾态复合等)。这些非辐射复合损失过程极大降低了电池在稳态下的光生载流子浓度,从而减小了金属卤化物钙钛矿层中准费米能级劈裂的能级差,最终造成钙钛矿太阳能电池较大的电压损失。因此,最大化降低或抑制这些非辐射复合通道是提升器件开路电压和光电转换效率的关键。 针对各种非辐射复合通道,该综述首先介绍了目前量化分析非辐射复合损失的常规测试技术以及测试要点,如图2所示。图2. 量化钙钛矿薄膜和完整器件中非辐射复合损失的表征技术 随后,结合当前研究现状,进一步梳理了近年来在降低非辐射复合损失方面取得的一系列重要进展。值得一提的是,该研究团队去年在《Science》杂志上报道的基于溶液二次生长方法构建渐变结的策略(如图3所示),在降低反式钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失方面效果显著(Science 360, 1442-1446)。此后,一系列研究报道显示,相似的策略在正式常规结构钙钛矿太阳能电池和全无机钙钛矿太阳能电池中也可以获得正向的实验结果。由此说明,在金属卤化物钙钛矿半导体材料中构建有效的渐变结对后续降低非辐射复合损失具有非常重要的借鉴价值。图3. 渐变结钙钛矿太阳能电池器件结构和渐变结的时间分辨光谱 此外,该综述还以当前最高效率的砷化镓太阳能电池为参照,先假定钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与砷化镓太阳能电池的情形一致,再依据肖克利-奎塞尔理论,对钙钛矿太阳能电池所能够获得的性能参数进行科学预测,进而给出电池器件所能达到的最高光电转换效率,如图4所示。图4. 当钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与当前最高效率砷化镓太阳能电池的情况相同时,单结钙钛矿太阳能电池可实现的最优器件性能参数 最后,该综述也指出,目前提升器件性能的两条主要途径是最优化光子俘获和最大化降低非辐射复合损失。如果能将二者进行有效整合,探索更可靠的协同优化策略,这可能会是将器件光电转换效率提升至接近理论极限的可行方案。为此,综述也对一些未来的努力方向进行了展望。 总的来说,该综述为最大程度地降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失提供了理论总结,也为开展实验工作提供了参考借鉴,对进一步提升电池效率,推动该类电池产业化应用有重要意义。
北京大学 2021-04-11
一种基于纳米压电纤维的柔性能量捕获器件及其制备方法
本发明公开了一种基于纳米压电纤维的柔性能量捕获器件及其制备方法。所述器件自下而上依次包括:柔性基材、电极层、压电纤维层、保护层;所述柔性基材为柔性绝缘塑料薄膜;所述压电纤维层为 PVDF 纤维。通过采用柔性基材,采用照相制版工艺制备梳状电极,并选择合适的静电纺丝参数沉积 PVDF 压电纤维,无需再对压电纤维进行极化,使纤维整齐排列、减小纤维缺陷,能够简化纳米压电纤维能量捕获器件制备工艺,提高能量转换效率,尤其是对弯曲运动机械能的捕获效果。
华中科技大学 2021-04-14
纳米新能源材料能量转化的新规律及在高端电池中的应用
课题从事纳米新能源材料能量转化的新规律及在高端电池中的应用基础研究,在金属-空气电池、锂离子电池关键材料与技术以及能源清洁高效利用等领域开展工作,制备了一系列的金属与合金、金属氧化物、金属硫化物纳米材料以及无机/有机复合材料等,研究了纳/微米材料组成、结构、形貌与电极性能之间的关系,考察了材料高效储能的化学热力学、动力学等性能,并开展其能量转换与储存新规律的探索研究,探讨解决提升高能化学电源的容量、功率与寿命的有效途径。为纳米新能源材料的制备、表征及在能源领域的应用打下了基础。 研究
南开大学 2021-04-14
一种公路收费站减速带能量回收发电系统
一种公路收费站减速带能量回收发电系统,通过减速带下方的板簧上的垂向连杆与扇形齿轮相连;再由扇形齿轮分别驱动内啮合棘轮机构一、内啮合棘轮机构二,带动发电机一、发电机二分别在减速带下压和恢复过程中发电。该种发电系统结构简单、成本低、使用安全可靠、发电效率高、不污染环境。
西南交通大学 2016-10-20
一种基于山脊能量校正的山地中带状地下目标的探测方法
本发明公开了一种通过检测山地环境中山脊位置并进行能量校正来提高对山地环境中带状地下目标的探测、识别、定位方法。该方法属于模式识别、遥感技术、地形分析的交叉领域。带状地下目标的·758·热场与山体的热场不同能产生能量异常,而山脊的热岛效应也会造成山体能量异常,但该异常本质上与带状地下目标的能量异常模式不同,所以本发明意在通过消除地形中的山脊所产生的热体效应对带状地下目标表现出的微弱能量异常模式的影响,达到
华中科技大学 2021-04-14
高能量密度纳米复合介电储能材料及脉冲电容器
一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着电力需求的不断增长,高性能储能装置对现代社会的可持续发展起着至关重要的作用。与超级电容器和锂电池相比,脉冲储能电介质电容器拥有超高的可释放功率密度,高的操作电压、极快的充放电速率以及长的循环寿命,是重要的新型功率储能器件,在新能源汽车、高端医疗器械、智能电网调频、可控核聚变、电磁炮等高功率脉冲技术的军民领域有着重要应用。
华中科技大学 2022-07-26
新型无痛光动力治疗皮肤病关键技术及转化——新型实时可控无痛光动力治疗智能系统
5-氨基酮戊酸光动力疗法(ALA-PDT)是一种药械联合的新型靶向疗法,治疗非黑素性皮肤肿瘤、痤疮、尖锐湿疣等难治性皮肤病疗效显著、副作用小。但ALA-PDT治疗过程伴有剧烈疼痛,严重影响患者治疗感受,是业界公认的ALA-PDT治疗瓶颈。此项目团队在同济大学医学院、附属上海市皮肤病医院王秀丽教授带领下,长期致力于ALA-PDT临床与基础研究,在国内外率先掌握了“无痛ALA-PDT关键技术”,形成相关成果申请国家专利,并将其转化生产出第一代无痛光动力治疗仪用于临床治疗。在此基础上拟进一步打造个性化、智能化、便捷的新型无痛ALA-PDT,降低对专业医师的依赖程度,打破技术壁垒,实现无痛ALA-PDT扩大推广应用,引领ALA-PDT无痛治疗新时代。 第一代无痛光动力治疗仪图片 团队已将诸多原创性研究成果进行临床转化,总结关键技术并将其推广至全国2000多家医院,直接获益患者逾100万人次。 第二代治疗仪
同济大学 2021-04-11
冶金过程工艺参数及设备参数优化的物理模拟
成果简介基于对冶金过程气、 液、 固的流动在理论上的深刻认识, 采用物理模拟的方法, 多年来一直为各钢铁企业提供工艺优化的技术服务, 包括钢包吹气流场优化,中间包流场优化, 结晶器流场优化, 高炉冷却壁内流动模拟, 复吹转炉炉型优化,顶枪枪位、 底枪布置位置、 流量等。 所做项目涉及到各种大小的钢包, 不同容量不同流数的中间包, 小方坯、 板坯、 异形坯、 圆坯结晶器等。成熟程度和所需建设条件先后成功为马钢、 南钢、 宝钢梅山、 莱钢、 中天、 济钢等大中小型钢铁企业的方、 圆、 板坯连铸机, 精炼炉等提供过工艺优化服务, 显著提高了铸坯的质量。部分项目: 马钢异型坯结晶器流场的优化研究; 马钢 CSP 薄板坯中间包、 结晶器流场的数模、 水模研究; 梅山板坯中间包流场的数模、 水模研究; 上海亚新连铸8 流方坯中间包流场的数模、 水模研究; 莱钢 4 流方坯中间包的数模、 水模研究;马钢钢包吹气对流场的影响研究; 中天钢铁 10 流方坯中间包流场优化研究; 南钢板坯中间包、 结晶器的流场优化研究; 济钢板坯中间包、 结晶器的流场优化研究; 分别对不同吨位的钢包(250 吨、 150 吨、 120、 100 吨、 80 吨、 60 吨) 低吹氩模式、 透气砖类型等进行过深入的研究。技术指标优化了钢包、 中间包和结晶器的流场, 有效去除了夹杂, 净化了钢水。市场分析和应用前景工艺优化始终伴随着钢铁企业的生产, 通过不断的优化, 产品质量得到不断的提升, 具有广泛的应用前景。社会经济效益分析工艺优化有助于加强产品竞争力, 具有显著的经济效益。知识产权及成果获奖情况编著: 《中间包冶金学》《冶金传输原理》合作方式合作开发、 受托开发联系方式冶金学院 周俐 13955561593 zhouli@ahut.edu.cn 传真: 0555-2311571
安徽工业大学 2021-04-11
非常规平面信号交叉口优化控制技术
非常规交叉口的通行模式是在交叉口上游设置预信号,组织左转和直行车流交替使用进口道来提高通行能力,是一种对策交叉口拥堵的新思路。其虽已在我国数个城市有过实际应用案例,但多由于缺乏坚实的理论和技术支撑而不得不以失败告终。本团队将基于自身既有的非常规交叉口理论研究成果,构建非常规交叉口的失效概率模型,建立预防死锁、动态启用和动态控制的机制与优化方法;此外,基于驾驶行为和选择偏好研究,设计综合考虑驾驶员适应性和车道排队均衡的动静态交通语言系统。本项目研究前期已经发表8篇相关论文,取得1项国家发明专利和1项软件著作权,在此基础上将通过与优秀的企业、单位合作,以面向应用为目的,一方面继续深化成果的科学性和实用性,另一方面,实现成果的推广应用,为研究机构,交通规划、设计和管理领域提供新的技术支撑,为预防和缓解交通拥堵提供有效的应用系统,解决实际交通问题的同时,服务于整体交通系统品质的提升。 在资源、环境等多约束下,相对于道路拓宽等传统手段,非常规交叉口方案是更具可持续性、更有前景的交通拥挤对策手段。本项目研究成果既能够为是否选择非常规交叉口通行模式提供理论支持,也能为非常规交叉口的优化设计提供技术支撑,因而成果可以广泛地应用于城市道路交通设计和拥挤管理之中。研究成果还可以为起草考虑非常规交叉口通行模式的交叉口规划设计规范,为缓解交通阻塞,提高交通系统的稳定性与可靠性提供理论基础和技术支持。进一步,设计的软件可以直接应用于非常规交叉信号设计方案的制定。最后,在此基础上形成的交叉口交通流分析、实验和优化技术,对于研究复杂交通系统问题具有广泛的应用效果。  图1 非常规交叉口通行模式示意图    A: 预信号控制                           B: 主信号控制图2 上海共和新路临沂路非常规交叉口   本研究的内容是交通工程领域里出现的新问题,以非常规交叉口的适应条件和优化方法为重点,以预防和缓解交通拥挤、提高通行能力和节能减排等应用为理论研究的导向。项目研究所转化的成果具有可观的经济、社会效益,主要包括: 1)成果可服务于研究机构:促进对交叉口新型通行模式的探索及其适应性分析、优化设计理论与方法的研究及应用; 2)成果可服务于交通规划、设计和管理领域:成果将为非常规交叉口的规划设计规范奠定基础;为非常规交叉口交通设计、管理实践提供新的技术支持,并在交通拥挤管理的实践中发挥重要作用; 3)成果可服务于系统开发与咨询机构:为基于新模式的交通控制、交通设计咨询和辅助系统开发提供技术指引。
同济大学 2021-04-11
治疗骨质增生疼痛方剂的优化开发
骨质增生也叫骨刺,由骨刺引起的各种麻痛属于疑难病症,目前无特效的西药医治。流行 病学调查表明,45岁以上有85%、60岁以上有90%的中老年人群患有此病症。可见骨质增生所 引发的疼痛等疾病是中老年常见病,它严重威胁着人们的正常生活。 鉴于中医药有低毒、多靶向联合作用的特点,发掘中医药在骨关节炎治疗方面的应用具 有广阔前景。本项目方剂是一种在民间流传多年的,对治疗骨质增生所致疼痛等疾病有明显疗 效的纯中药方剂,经高度白酒配制以药酒形式给药。该药酒饮用量特别低 (1-5ml) ,除酒精过 敏者,即使是不饮酒的人也可服用。该药酒起效快,药效持续时间较长 (5小时以上) ,对肩周 炎、风湿性关节炎、风湿性心脏病、腰腿痛、四肢麻木等有明显的疗效,对神经系统、微循环 系统也有保健促进作用,如改善睡眠、冬季防止手脚着凉等。从上百例服用情况来看,患者都 有比较明显的改善。对该方剂作用机理的初步推测是方剂中的有效药用成份在具有活血作用酒 的推进下,扩张进入全身毛细血管,加快血液循环,使增生的骨刺周围软组织无菌炎症在药效 持续期间得以消退,达到镇痛、抗炎从而促进病患处局部组织功能恢复的作用。 目前该方剂药酒的专利申请已经获得了中国专利局的授权。用于药酒批量生产的技术以及 质量检测的分析方法已经具备。现代化的工艺制作、分离纯化等研发工作正在进行中。
华东理工大学 2021-04-11
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