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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
限域效应驱动的二维碘化铅钙钛矿铁电体的发现
前期,东南大学化学化工学院国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室科研人员首次发现了杂化铅碘钙钛矿分子铁电薄膜中的“涡旋-反涡旋”(vortex-antivortex)畴结构。此次,
东南大学 2021-01-12
一种促进细胞生长的柞蚕丝素的生物矿化方法
本发明涉及一种促进细胞生长的柞蚕丝素的生物矿化方法。目前还没有一种操作容易,既快速,又能制备出具有高的生物相容性的柞蚕丝素的生物矿化方法。本发明依次包括如下步骤:将柞蚕蚕茧剪碎,投加到Na2CO3水溶液中脱胶得柞蚕丝素纤维;将柞蚕丝素纤维投加到LiSCN水溶液中溶解后透析,冷冻和干燥后制成柞蚕丝素粉末,再在六氟丙酮中溶解得柞蚕丝素溶液;将柞蚕丝素溶液滴加到塑料板上风干得到柞蚕丝素膜;将柞蚕丝素膜浸渍于CaCl2水溶液中,用水和丙酮清洗,风干,再浸渍于Na2HPO4水溶液中,用水和丙酮清洗,风干,重复操作20-35次,从而制得成品。本发明的工艺简单,制备周期短,制备而成的生物材料没有细胞毒性。
浙江大学 2021-04-13
大型深凹露天矿高效运输系统及强化开采技术研究
我国冶金矿山 80%矿石量来自于露天开采。目前,我国大多数大中型露天矿已进入深凹开采,矿山生产遇到两个突出问题:第一,运输距离加长,运输效率降低,导致生产成本急剧上升。只有研究和采用新的运输系统,才能维持矿山的正常生产。第二,随着开采深度的增加和边坡的加高加陡,一方面,开采难度越来越大,开采安全性越来越差;另一方面,对大型露天矿,提高边坡角又是充分回收资源、减少剥离量、降低生产成本的重要手段。因此,必须研究边坡设计优化和深部强化开采技术,在保证生产安全的前提下,提高边坡角,减少剥离成本,提高经济效益。同时,大型露天矿生产设备品种多、数量大,生产和管理环节多,提高生产和管理技术水平,对企业降耗增效意义重大。本项目以水厂铁矿为依托工程,完成了下列主要研究内容:(1)采用国际上最先进的汽车-胶带半连续运输技术,在水厂铁矿建立了一条矿石运输和两条排岩运输系统,通过研究解决了系统设计和运行过程中的关键技术问题,单条排岩运输系统和矿石运输系统的生产能力分别达到 2100 万吨/年和 1100 万吨/年。(2)在大量系统的工程地质、水文地质勘查、矿区地应力场测量和矿岩物理力学特性试验基础上,采用大型非线性三维有限差分法、离散单元法和基于 GIS 的三维极限平衡法进行了边坡稳定分析和设计优化,使各区的总体边坡角分别提高了 1°~6°。(3)研制了矿车自动调度及管理系统和地测及采掘进度计划编制与实施系统,开发了具有自主知识产权的露天矿自动化调度模型和软件系统,并在水厂铁矿建立了基于 GPS 定位系统的生产设备自动调度和管理信息系统,实现了生产调度自动化。
北京科技大学 2021-04-13
大型深凹露天矿高效运输系统及强化开采技术研究
1.项目的简单概述 我国冶金矿山80%矿石量来自于露天开采。目前,我国大多数大中型露天矿已进入深凹开采,矿山生产遇到两个突出问题:第一,运输距离加长,运输效率降低,导致生产成本急剧上升。只有研究和采用新的运输系统,才能维持矿山的正常生产。第二,随着开采深度的增加和边坡的加高加陡,一方面,开采难度越来越大,开采安全性越来越差;另一方面,对大型露天矿,提高边坡角又是充分回收资源、减少剥离量、降低生产成本的重要手段。因此,必须研究边坡设计优化和深部强化开采技术,在保证生产安全的前提下,提高边坡角,减少剥离成本,提高经济效益。同时,大型露天矿生产设备品种多、数量大,生产和管理环节多,提高生产和管理技术水平,对企业降耗增效意义重大。 本项目以水厂铁矿为依托工程,完成了下列主要研究内容: (1)采用国际上最先进的汽车-胶带半连续运输技术,在水厂铁矿建立了一条矿石运输和两条排岩运输系统,通过研究解决了系统设计和运行过程中的关键技术问题,单条排岩运输系统和矿石运输系统的生产能力分别达到2100万吨/年和1100万吨/年。 (2)在大量系统的工程地质、水文地质勘查、矿区地应力场测量和矿岩物理力学特性试验基础上,采用大型非线性三维有限差分法、离散单元法和基于GIS的三维极限平衡法进行了边坡稳定分析和设计优化,使各区的总体边坡角分别提高了1°~6°。 (3)研制了矿车自动调度及管理系统和地测及采掘进度计划编制与实施系统,开发了具有自主知识产权的露天矿自动化调度模型和软件系统,并在水厂铁矿建立了基于GPS定位系统的生产设备自动调度和管理信息系统,实现了生产调度自动化。 2. 项目来源 本项目是“十五”国家科技攻关重大项目课题(编号:2001BA609A-08)。 3. 项目的最新进展、所达到的水平 通过本项目研究,解决了大型露天矿深部开采中的关键技术问题,不但为水厂铁矿创造经济效益1.27亿元/年,使水厂铁矿的生产和管理达到国际同期先进水平,而且项目研究成果对露天矿山具有普遍意义,具有广泛的市场应用前景和极大的推广应用价值。2004年6月经教育部组织鉴定,研究成果总体上达到国际先进水平。 4. 项目的关键数据 水厂铁矿总体边坡角提高1°~6°;运输成本下降50%;生产效率提高15%;生产成本下降15%;水厂铁矿西部排岩系统运输能力达到1800万吨/年,东部排岩系统达到2100万吨/年,矿石运输能力达到1100万吨/年。在攀钢朱家包包铁矿建立了国内首条坡度为40‰~45‰的陡坡铁路试验线;朱-兰铁矿运输效率提高14.28%,延长矿山服务年限7年;在朱-兰铁矿建成了国内第一条陡坡铁路工业生产试验生产线,全长880米;定制了一台224t工况电机车,用于工业试验;完成了40‰陡坡铁路系统施工图。 应用范围:本项目四个专题的研究成果已在水厂铁矿和朱家包包铁矿得到成功应用,做到了边研究、边开发、边应用。本项目研究解决的是露天矿深部开采中具有共性的关键技术问题,因此对全国同类矿山具有普遍适用意义,具有广泛的推广应用前景。
北京科技大学 2021-04-13
一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本发明公开了一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法,钙 钛矿太阳能电池包括透明导电基板 a、无机电子传输层、光捕获层、无 机空穴传输层和透明导电基板 b,其中光捕获层由 DXZ3 型钙钛矿材 料 形 成 , D 选 自 Cs<sup>+</sup> 、 CH3NH3<sup>+</sup> 、 CH(NH2)2<sup>+</sup> 或 其 混 合 物 , X 选 自 P
华中科技大学 2021-04-14
一种二元金属复合钙钛矿材料、制备方法及其应用
本 发 明 公 开 了 三 种 新 的 二 元 金 属 盐 钙 钛 矿 材 料 AB<sup>1</sup>B<sup>2</sup>X3(X:Cl、Br、I)及其制备方法,以及 其在多种结构的钙钛矿太阳能电池制备中应用,属于新材料太阳能电 池 领 域 。 本材料由有机卤化物 <img file=""DDA0000889538320000011.GIF"" wi=""508"" he=""77"" /&g
华中科技大学 2021-04-14
一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法
本发明公开了一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法,该试验方法通过对沥青砂浆进行疲劳试验获取沥青砂浆疲劳失效条件,再通过生成沥青混合料仿真试件进行疲劳试验输出疲劳表征变量,将输出表征变量与疲劳失效条件相对比,从而得出沥青混合料疲劳失效相关参数。本发明能够很好地模拟沥青混合料在进行四点弯曲疲劳试验时的受力状态,在获得沥青砂浆疲劳性能衰减规律的基础上,可任意改变粗集料含量实现沥青混合料疲劳过程的仿真模拟而不需要进行实际沥青混合料疲劳试验,解决了沥青混合料疲劳试验周期长,实验结果离散性大,试验成本高等问题,对于道路工程专业研究具有重要意义。
东南大学 2021-04-11
一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法
本发明公开了一种基于内摩擦角的乳化沥青冷再生混合料制备方法,根据推荐级配范围调整再生材料级配;通过对再生混合料的土工击实试验确定最佳含水率与最大干密度;在最佳含水率下成型并养生试件,利用三轴压缩试验得出的内摩擦角确定最佳乳化沥青用量;在此最佳乳化沥青用量下通过干湿劈裂试验确定劈裂强度是否满足设计要求;根据确定的再生材料级配、最佳含水率及最佳沥青用量确定乳化沥青冷再生混合料配比,并进行混合料性能测试。本发明相比于现行基于干湿劈裂强度的乳化沥青混合料设计方法,在考虑材料抗拉强度的同时,更加针对地考虑了乳化沥青混合料使用过程中的剪切应变导致的永久变形或剪切破坏。
东南大学 2021-04-11
楔横轧非对称轴类件及无料头近净成形技术
团队发明了小料头/无料头的楔横轧成形工艺,将轴类成形的材料利用率提高至95%以上,实现楔横轧轴类零件无料头近净成形。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 轴类件为机械装备的关键零件之一,传统工艺多为锻造与切削方法加工制造。楔横轧是一种高效节能节材的轴类件先进成形技术,与传统的切削、锻造成形方法比较,成本平均下降约30%,是成形轴类件的最佳工艺。 团队发明了小料头/无料头的楔横轧成形工艺,将轴类成形的材料利用率提高至95%以上,实现楔横轧轴类零件无料头近净成形。发明了一种热辊剪成形机构,通过棒料剪切装置中上、下轧辊进行挤压剪切,得到所需的端面特定形状,解决了复杂坯料端部形状不易预成形难题。 团队研制了抑制楔横轧非对称轧制轴向窜动的新型模具,实现了非对称轴类件稳定轧制,扩大了楔横轧产品范围,同时扩展到大型长轴类的非对称件,发明了非对称铁路车轴可更换辊系自位型辊式楔横轧机,这是国内外首次设计完成的大型楔横轧机,解决了轧制时轧件受力与变形不均匀及模具快速更换难题,为高铁空心车轴等大型轴类件的国产化提供技术与设备保障。 在非对称轴类件轧制以及无料头楔横轧成形方面的技术发明,形成了具有自主知识产权的技术发明链,申请发明专利18项,已授权发明专利11项,转让发明专利5项,出版专著3部。
宁波大学 2022-08-16
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