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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
全三维电磁粒子模拟软件CHIPIC3D研制
全三维粒子模拟软件CHIPIC是国家*63计划*03主题支持项目“***粒子模拟软件研发”的主要研究内容,其研究目的是在坚实理论基础指导下,深入开展强波粒相互作用理论及HPM和HPMM相关理论研究,建立强流相对论互作用的理论体系,为高功率微波器件理论研究提供一款实用的粒子模拟软件。 因为粒子模拟软件在军事领域有重大应用价值,国外的一些先进粒子模拟软件对我国是禁运的(如美国的MAGIC),从而一些内部技术对我国也是封闭的。本软件是完全依靠国内的自身条件研制完成的,是具有完全知识产权的软件。由本软件运算的准确性(与国外软件比较验证)可以证明本成果使用的技术线路是完全可与国外软件媲美的。 该项目完成了三维电磁粒子模拟理论与算法、软件设计、软件测试等研究内容,突破了高效并行计算、大尺度结构建模、三维PIC/MCC混合算法等关键技术,设计了友好的图形化输入界面及多窗口输出界面,形成了功能完整的CHIPIC3D模拟软件。并最终应用于对高功率微波源、真空电子学太赫兹源、脉冲功率真空器件等进行三维粒子模拟。 该项目主要技术指标如下:1.CHIPIC3D全三维电磁粒子模拟软件在直角及圆柱坐标系下实现了三维FDTD及粒子算法,能对各种对称、非对称结构的高功率微波源及太赫兹波源器件进行三维粒子模拟,模拟结果与实验吻合。2.采用基于消息交换与共享内存相结合的并行计算方法,使加速比达到30以上;3.采用分段建模并行计算的方法,能对30米以上大尺度精细结构进行三维粒子建模及模拟;4.将蒙特卡洛及Vaughan模型算法应用于三维粒子模拟软件,使其能模拟介质表面二次电子倍增、气体放电及介质表面击穿等复杂物理问题;5.采取面向对象的方法,能提供友好的图形化的输入界面及多窗口输出界面。 目前该软件已在中国工程物理研究院流体物理研究所、中国工程物理研究院应用电子学研究所、北京应用物理与计算数学研究所、国营第七七二厂、四川大学电子信息学院、西南交通大学等单位应用。从军事应用角度来看,该软件将缩短我国高功率微波源的研究周期,从而加快我国军队相关武器装备的研究进程;从经济效益角度来看,该软件避免了大量的重复加工及重复试验,节约了大量的人力物力,从而为用户单位带来巨大的经济效益。
电子科技大学 2021-04-10
一种无线电磁自适应清管器及其定位系统
本实用新型公开了一种无线电磁自适应清管器及其定位系统,属于清管器无线电磁自适应定位领域,包括清管器、管道内电磁波发射装置、管道外传感器接收装置,清管器内部安装有管道内电磁波发射装置;所述管道外传感器接收装置包括有传感器,传感器为六个,且六个传感器在三个坐标方向上采用对称结构、均匀分布。可实现清管器的自适应三位定位测量跟踪并且定位的精度较高。
江苏师范大学 2021-04-11
全三维电磁粒子模拟软件CHIPIC3D研制
该项目主要技术指标如下:1.CHIPIC3D全三维电磁粒子模拟软件在直角及圆柱坐标系下实现了三维FDTD及粒子算法,能对各种对称、非对称结构的高功率微波源及太赫兹波源器件进行三维粒子模拟,模拟结果与实验吻合。2.采用基于消息交换与共享内存相结合的并行计算方法,使加速比达到30以上;3.采用分段建模并行计算的方法,能对30米以上大尺度精细结构进行三维粒子建模及模拟;4.将蒙特卡洛及Vaughan模型算法应用于三维粒子模拟软件,使其能模拟介质表面二次电子倍增、气体放电及介质表面击穿等复杂物理问题;5.采取面向对象的方法,能提供友好的图形化的输入界面及多窗口输出界面。
电子科技大学 2021-04-10
一种带预制孔管材电磁侧翻边装置及方法
本发明属于金属材料塑性加工领域,并公开了一种带预制孔管 材电磁侧翻边装置,包括上模架、上模、下模、下模架、柱形支撑体、 空间螺旋线圈和脉冲放电电路,上模和下模分别安装在所述上模架和 下模架上,上模和下模共同形成容纳孔,柱形支撑体用于套接所述带 预制孔管材,上模上设置有翻边孔,脉冲放电电路与所述空间螺旋线 圈相连接,以形成脉冲磁场,空间螺旋线圈的俯视图呈螺旋状并且其 侧视图呈弧形,该空间螺旋线圈设置于柱形支撑体的顶部,
华中科技大学 2021-04-14
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