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在高效钙钛矿太阳能电池研究方面的进展
以传统两步法为基础,设计提出了钙钛矿籽晶诱导生长的两步旋涂法,通过在碘化铅薄膜中引入含铯钙钛矿籽晶,使籽晶提供后续钙钛矿生长的成核位点,引导高质量薄膜生长,解决两步法中无机阳离子的有效掺杂问题。通过籽晶诱导,可实现对成核和晶粒大小的精确调控,有效掺入无机Cs离子,器件的能量转化效率提升至21.7%,同时,器件在AM1.5G太阳光下持续工作140小时后,仍然保持超过60%的初始效率,远优于传统两步法数小时的稳定性。图1. a) 籽晶法制备钙钛矿薄膜过程示意图。 b) 光致发光显微原位探测籽晶法中钙钛矿实时生长过程。 进一步的,赵清教授课题组设计了氯化铯增强碘化铅前驱液两步法,在进一步提高钙钛矿薄膜中碱金属离子含量的同时,减缓钙钛矿的成核、生长过程,获得了具有更大晶粒、更低缺陷态密度的钙钛矿多晶薄膜。基于此制备得到的平面正式钙钛矿薄膜太阳能电池器件具有更高的能量转化效率22.1%、器件的长时间工作稳定性也得到了提高,在AM1.5G太阳光下工作70小时后,依然能够保持90%的初始效率。在两步法制备钙钛矿薄膜与太阳能电池器件方面,对碱金属离子的均匀高效掺入、器件性能的提高等问题提供了新的思路。
北京大学 2021-04-11
多层折叠式柔性太阳电池发电系统
项目简介: 便携、可折叠式柔性太阳电池发电系统由 12 块柔性太阳电池组 成,其中 6 块电池串联为一组,然后两组并联固定在挂胶防水的维尼 龙纺织布上,使得该发电系统可以折叠成平常的书本一样,容易携带、 储存和转移。由于该发电系统采用柔性衬底太阳电池组成,所以在连 续发电的过程中可以被摔、被踩,特别适合部队和野外作业单位的长 途跋涉、登山以及职业摄影师使用,还可以进行野外通讯、应急电源 以及蓄电池维护。 功能: 1.使用时放在帐篷顶或地上,也可挂在高处或树上,接上负载即 可使用。 2. 由于该发电系统的每个子电池封装内含有旁路二极管,所以 该太阳电池发电系统在部分电池被遮挡、甚至被子弹穿透的情况下也 能提供电力(即使某个子电池损坏或不发电,也可继续通过二极管提 供电能)。 3. 每块子电池电压≧2V 功率 2.5W,工作电压 12V,整体输出功 率 30W。 4. 用该发电系统给蓄电池充电时,需配用光电子所专门研制的 充电控制器,该控制器可控制蓄电池欠电自动充电,充满自停。同时 该控制器还可控制蓄电池过放电。 5. 蓄电池过充电压:14V 蓄电池过放电压:10.5V
南开大学 2021-04-11
太阳电池用增透陷波微纳结构
我国在太阳能电池领域内的整体技术水平与美国、德国、日本等发达国家相比还有相当大的差距。我国太阳能光伏技术的研究和开发工作绝大部分还处在跟踪或追赶发达国家的状态。真正属于我国光伏企业所自有的太阳能电池关键技术还不多。不少企业在国际光伏行业产品竞争中存在着由于生产技术水平低下而被淘汰的风险。 近几年来,我国第二代太阳能电池的理论和实验研究已经取得了长足性的进展,并处在一个由科研成果到产业化转变的关键阶段。但与此同时,我们也看到尽管薄膜电池在很大程度上解决了太阳能电池的成本问题,但是其效率却还相当低。本技术就是针对太阳电池的这一需求而发展的。   提高转换效率,最有效的办法是表面减反。表面减反包含两层意思,一是增透结构,即让光波从外界第一次遇到材料表面时光波从表面的反射尽可能少,二是陷波结构,即让光波在材料内部传输时光程尽可能大,从而被材料吸收的尽可能多。国际上近年对表面减反进行了诸多的探索,如L. L. Ma进行了变折射率多孔硅多层的减反表面研究,在3000-28000cm-1波段范围内实现了硅表面5%以下的反射。瑞士Paul Scherrer研究所的R.H. Morf设计了用于太阳能电池陷波的阶梯层叠的一维正弦衍射光栅结构。以上小组的研究都表明,合理设计和制备光伏材料表面的微纳周期结构,是一种非常有效地增加太阳能电池的太阳光能量利用率,大幅度提高太阳能电池的转换效率的技术方法。但以上的研究,都没有从同时考虑太阳光光波的自然光特性及宽角谱入射这两个特点入手在矢量衍射理论领域进行增透及陷波的设计。 本技术具体性能指标是: 1.硅表面自然光宽波段(300-2100nm)宽角谱(±30o)减反(R<2%) 2.陷波效率>1000%。
上海理工大学 2021-04-11
多层折叠式柔性太阳电池发电系统
便携、可折叠式柔性太阳电池发电系统由12块柔性太阳电池组成,其中6块电池串联为一组,然后两组并联固定在挂胶防水的维尼龙纺织布上,使得该发电系统可以折叠成平常的书本一样,容易携带、储存和转移。由于该发电系统采用柔性衬底太阳电池组成,所以在连续发电的过程中可以被摔、被踩,特别适合部队和野外作业单位的长途跋涉、登山以及职业摄影师使用,还可以进行野外通讯、应急电源以及蓄电池维护。功能: 1.使用时放在帐篷顶或地上,也可挂在高处或树上,接上负载即可使用。 2. 由于
南开大学 2021-04-14
一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池
一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池,采用一种周期结构的Te-Ti-Cu预置层,置于碲化镉太阳电池的吸收层背表面,作为碲化镉太阳电池的背接触层和背电极材料。从材料构型和材料本身性质上抑制铜扩散,消除铜扩散带来的负面影响,实现欧姆接触,避免化学腐蚀和单独沉积其他金属作电极,减少器件制作工序,提高太阳电池的光电转换效率和改善器件的长效稳定性。
四川大学 2016-10-27
一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺
本发明公开了一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺,包括以 下步骤:1)刻蚀;2)光阳极的制备;3)碳对电极的印刷成膜:采用烘干·114·温度在 150℃以下的导电碳浆,利用丝网印刷法在柔性导电基底上制 备成膜,即得到太阳能电池的碳对电极;碳对电极的一端与 ITO 导电 层接触,另一端与 ITO 之间存在间隙,生长的 ZnO 纳米线在该间隙处; 4)钙钛矿的添加。本发明采用一种低温的制备工艺在柔性导电基底上 制备电池的光阳极。接着采用有机溶剂烘干温度在 150℃以下低温导 电
华中科技大学 2021-04-14
一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本发明属于微纳制造技术领域,并公开了一种无机钙钛矿太阳 能电池,包括导电基底、电子收集层、光吸收层、空穴传输层和碳对 电极层,导电基底包括玻璃基片及两块 FTO 导电层,两块 FTO 导电层之间具有分隔槽;电子收集层包括致密 TiO2 层和介孔 TiO2 层,致 密 TiO2 层沉积在玻璃基片的分隔槽处和其中一块 FTO 导电层的上表 面上。
华中科技大学 2021-04-14
硅薄膜太阳电池集成组件的制备技术
本发明涉及一种硅薄膜太阳电池集成组件,它的结构和制备技术,特别是具有氧化锌(ZnO)背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件及其制备技术。而ZnO背反射电极是硅薄膜太阳电池陷光结构的重要组成部分,可大幅提高电池效率。它涉及硅薄膜太阳电池集成组件的关键工艺——子电池内联集成技术,属于新型能源中薄膜太阳电池的技术领域。本发明采用掩膜蒸镀金属电极,结合湿法腐蚀ZnO的方法,实现具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池子电池的内联集成技术,最终获得硅薄膜太阳电池集成组件。该方法简单、成品率高、成本低,有利展示硅薄膜太
南开大学 2021-04-14
一种基于掺杂型 NiO 空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备 方法
本发明公开了一种基于掺杂型 NiO 空穴传输层的反式平面结构 钙钛矿太阳能结构及其制备方法。属于新材料太阳能电池领域,现有 技术中钙钛矿太阳能电池存在电池稳定性差、光电转换性能差等问题, 本发明提供了一种基于掺杂型 NiO 空穴传输层的反式平面结构钙钛矿 太阳能电池,其包括在导电基底上沉积一层掺杂一定浓度的 Mg、Li 等杂原子的 NiO 致密层,作为空穴传输层,接着制备一层钙钛矿薄膜 (APbX3,A=CH3NH3
华中科技大学 2021-04-14
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
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