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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
一种葡萄埋藤用的彩条布清土回收机
本发明涉及农业机械技术领域,特别涉及一种葡萄埋藤用的彩条布清土回收机,包括主机体、液压系统、副机体、清土总成和卷布总成。主机体包括主机架和地轮,地轮起支撑和行走作用;液压系统包括液压油箱、动力输入轴、主动带轮、从动带轮和液压泵,为清土总成和卷布总成提供动力;副机体包括副机架、刮土铲和刮土铲支架,刮土铲将彩条布上的土刮至一侧;清土总成包括清土液压马达和清土搅龙,清土搅龙进一步清除彩条布上的土;卷布总成包括卷布液压马达、卷布侧板和卷布辊,卷布液压马达驱动卷布侧板和卷布辊转动,卷布辊卷起彩条布实现回收作业。所述卷布辊根据作业对象更换,提高了葡萄埋藤用的彩条布清土回收机的通用性和利用率。
中国农业大学 2021-04-11
镍氢二次电池负极残片中合金粉的回收及再生
采用超声波或机械方法将镍氢电池负极残片中的储氢合金粉和导电剂从电极基片上剥离,经过一系列的处理后,得到了性能与原合金粉完全一致的回收粉,回收粉的成本是原合金粉的30%。同时对失效镍氢电池负极合金粉采用化学方法去除表面氧化层,经真空电弧炉熔炼除渣后,根据合金元素的分析结果,经补充必要的元素,再进行一次真空熔炼,即得到性能与原合金粉相同的再生合金粉,其成本是原合金粉的40%。该技术生产工艺简单、合金元素得到了充分的利用,成本低廉、无环境污染。经查新,国内外尚无先例,具有明显的创新性,属于国际先进水平。
南开大学 2021-04-10
水媒法提取植物油及副产物高效回收与利用
为克服压榨法提油率低、蛋白质变性严重及浸出法毛油精炼繁杂、油品安全质量低的问题,自上世纪50年代出现了以水为媒介提取植物油的研究,并发展出水代法和水酶法,但在大宗油料提油中始终难以工业化应用,其主要问题为水代法提油率低、水酶法用酶量大和缺乏油料亚细胞水平高效粉碎、多相体系大规模连续分离的技术与设备等。项目组自1988年开展以水为媒介的提油技术研究,在国家和省科技计划支持下,相关技术与装备研究取得突破,并实现产业化,其中2项鉴定成果达国际领先水平,获教育部技术发明奖二等奖 创新点: (1)革新水酶法提油工艺,大幅降低用酶量和生产成本。传统水酶法工艺会酶解油料中所有影响水酶法提油的组分,新工艺只酶解影响油脂释放和乳状液破除的组分。酶用量(对原料)由原来的1-2%降至0.15%,同时保护了花生等油料中大部分蛋白质的结构与功能性质。 (2)创新和拓展以水为媒介提油的研究思路,提出“水媒法提油技术”概念。在提取介质中加入部分食用乙醇,调节提取介质极性,减少乳状液形成和降低后续破乳与分离的难度,提高清油得率。项目组将此方法定义为乙醇水提法,在油茶籽油(山茶油)提取中实现产业化应用。2015年以来提出并完善水媒法提油技术概念,促进技术应用拓展。 (3)突破水媒法加工关键技术与装备,实现工业化油料高效干法粉碎及多相体系连续分离。研发了油料亚细胞水平高效干法粉碎设备,花生经此设备一次粉碎后,平均粒径接近亚细胞级(21.82 μm),满足水媒法加工要求。该设备在茶籽仁和核桃仁粉碎中有同样效果。提出了“沉降+两次两相离心”的组合,研制了高效智能化多相连续沉降分离器,实现产业化生产线上油、乳状液、水和渣四相连续分离。解决了长期限制水媒法产业化的技术和装备问题。 (4)集成水媒法技术与装备,实现水媒法提油及副产物高效回收利用产业化。建立了日处理花生50吨的水酶法提取花生油和蛋白(肽)、年加工2000吨油茶籽的乙醇水提法提取油茶籽油和茶皂素及年加工1800吨核桃水代法提取核桃油和蛋白的生产线。油和蛋白提取率均分别达到92%和85%以上。水媒法花生油和油茶籽油的3-氯丙醇酯、缩水甘油酯和反式脂肪酸含量远低于市售品牌油脂。
江南大学 2021-05-11
利用浮选尾矿回收磷并生产石膏晶须和氯化镁技术
中试阶段/n本项目解决浮选尾矿污染、回收磷资源并生产石膏晶须和氯化镁技术问题。可以尾矿中98%的磷、利用95%的钙和99%的镁,生产的石膏晶须长径比达到5080,氯化镁达到工业一级品标准,具体技术指标如下:。相关概述:(1)特点:资源回收率高,成本低;(2)适用矿:浮选磷尾矿;(3)废水废气回收利用,无环境污染;(4)能高质利用磷尾矿。。生产条件:陶瓷反应釜;蒸馏釜;结晶釜;回水池。。支持额度:。500。万元。承接单位:。湖北省。项目进展:。本项目解决浮选尾矿污染、回收磷资源并生产石膏晶须和氯化镁技术问题。可以尾矿中98%的磷、利用95%的钙和99%的镁,生产的石膏晶须长径比达到5080,氯化镁达到工业一级品标准,具体技术指标如下:相关概述:(1)特点:资源回收率高,成本低;(2)适用矿:浮选磷尾矿;(3)废水废气回收利用,无环境污染;(4)能高质利用磷尾矿。生产条件:陶瓷反应釜;蒸馏釜;结晶釜;回水池。。项目基本内容:。我国能利用的磷矿资源中,都需要选矿,产生大量的浮选磷尾矿而在成环境污染;本项目利用磷尾矿和副产盐酸和磷酸回收磷酸,生产石膏晶须和氯化镁,所用原料为负成本,回收磷可以直接用于复合肥生产、石膏晶须为高质原料,氯化镁用于高档陶瓷或阻燃剂的原料。能满足环保、节能,效益的要求。因此有广泛的市场前景。生产1吨尾矿成本约600元,产出1200元1200元/吨,效益明显。本项目解决浮选尾矿污染、回收磷资源并生产石膏晶须和氯化镁技术问题。可以尾矿中98%的磷、利用95%的钙和99%的镁,生产的石膏晶须长径比达到5080,氯化镁达到工业一级品标准,具体技术指标如下:相关概述:(1)特点:资源回收率高,成本低;(2)适用矿:浮选磷尾矿;(3)废水废气回收利用,无环境污染;(4)能高质利用磷尾矿。生产条件:陶瓷反应釜;蒸馏釜;结晶釜;回水池。
武汉工程大学 2021-04-11
一种可拆卸式水泥回转窑筒体余热回收装置
本实用新型公开了一种可拆卸式水泥回转窑筒体余热回收装置,包括集热罩和支架,集热罩是由多个半圆弧形子集热罩组成,半圆弧形子集热罩是一个真空密封双层结构,半圆弧形子集热罩双层结构中靠近窑体的一层焊接集热水管,集热水管上覆盖绝热材料,位于整体集热罩中间部分的四个半圆弧形子集热罩都有进水口,出水口分别位于整体集热罩的两端。本实用新型结构简单,热量回收效率高,由于水泥回转窑窑体工作时两端温度分布不同,将进水口放置在整个装置的中间和出水口放置在整个装置的两端,这样可以同时收集到高温和低温热水,实现多用途使用功能
安徽建筑大学 2021-01-12
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