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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
整体铸造合金钢滚式破碎机齿辊和大型刮板输送机的刮板链轮
用合金钢整体铸造破碎机齿辊和大型刮板输送机的刮板,链轮,是破碎机的重要部件。 目前公知的破碎机齿辊,一般都是分体组合方式。这种方式的破碎齿、齿板、齿套、用螺栓固定,存在容易掉齿、断齿的缺陷。 为了克服现有技术的不足之处,本发明提供一种高强度、耐冲击、耐磨损可加工成型的整体铸造破碎机齿辊技术,并又可运用于大型刮板输送机的刮板链轮上。本发明的技术方案是:自主研发的一种材料,控制成分的合理配比,并添加稀有元素,提高了材料的综合性能,效果明显。整体铸造的齿辊和大型刮板链轮,一个最大的难点是齿根部位要有极大的抗断、和耐磨损的能力。而通常的铸造工艺,很难克服这一矛盾,本技术采用了网格式内冷铁,材料易取,制作简单,经试验是有效的。热处理淬火工艺,本发明采用的是铸件的加热按整体淬火的通常工艺,而冷却采用连续冷却齿部,达到齿端最硬耐磨损,从齿根往里硬度逐渐降低,达到既可加工又提高了韧性。本发明与现有技术相比其有益效果是:综合性能好: 经试验比较:其高强度耐磨损优于世界第一的MMD公司。大型链轮的使用寿命,超过进口产品,曾对单边达600mm的石料破碎,在同一台设备中进口的M13钢齿环整体折断,而本发明的齿辊能抗断整体铸造的破碎机齿辊和大型刮板链轮的生产制造工艺简而易行,尤其是大型链轮,生产所需的超大型锻压设备和昂贵的链窝加工设备都被本发明的成型铸造工艺所取代,因而大幅度的降低了生产成本,同时也降低了在使用中的维修成本。由于本技术生产的产品具有高强度、耐磨损、又可加工的特点,使设备性能有了明显的提高。具有广泛的应用范围:如水泥毛料、矿石等硬物料的破碎设备,装配产业中的耐磨损、不断裂的大型零件都可被应用,故本发明有很大的推广应用价值。 
清华大学 2021-04-13
通过抑制受精卵极体释放获得异源多倍体泥鳅的技术
该成果提供了一种通过抑制受精卵极体释放获得异源多倍体泥鳅的方法,通过该方法可获得高比例的异源多倍体泥鳅。该成果综合利用了杂交技术和染色体组操作技术培育出新型的泥鳅群体,分别获得异源三倍体泥鳅、异源四倍体泥鳅以及异源五倍体泥鳅,其诱导率高达81.25%-100%;该专利提供的方法诱导泥鳅异源多倍体种类多,数量大,后代生长快, 12月龄比正常自交对照组体重平均增加19.99%-142.34%,增重效果明显;该专利采用的方法是利用冰水对受精卵进行冷休克处理,操作简单,材料易得,操作过程无毒无害,对操作者和受精卵均无毒性;该方法同时适用于诱导其他鱼类异源多倍体,具有较强的推广效益。 市场预期:该专利预期可创造不小的经济效益。 成果完成时间:2017年1月
华中农业大学 2021-01-12
自蔓延冶金法制备超细粉体
东北大学成功开发出以金属氧化物为原料,镁热自蔓延冶金法规模化清洁生产超细粉体的原创技术,并突破了设备产能的局限,打破国外的技术垄断与封锁。从方法-产品-装备的集成创新,先后获得发明专利12项。实现了超细钛粉等超细粉体的规模化清洁之辈,目前已进入产业化和推广应用阶段。成功开发亚微米超细钛粉、钨粉、铬粉以及纳米无定形硼粉。所制备钛粉粒度小于1微米,纯度大于97.5%;钨粉粒度小于0.5微米,纯度大于99.0%,氧含量低于0.15%;铬粉粒度小于1微米,纯度大于99.0%,氧含量低于0.05%;无定形硼粉粒度小于100纳米,纯度95.0~97.0%。 项目涉及的产品包括钛、钨、铬、无定形硼粉及硼化物陶瓷粉等超细粉体。钛、钨金属作为一种战略性金属材料,是飞机制造、宇宙航天行业所必需的材料,是金属3D打印的关键原材料,对国家安全、国防建设起着至关重要的作用。例如3D打印的适用材料―钛合金球形粉末,一直是制约3D打印技术发展的关键环节,为美、德、英等发达国家垄断,进口价格高达400万元-600万元/吨。超细高纯金属铬粉是高纯靶材的关键材料,也是军工领域的战略材料之一,售价高达200万元/吨以上。高活性无定形硼粉广泛用于火箭燃料助推剂、汽车安全气囊的触发剂,美国一直垄断着其技术,进口价高达千万元/吨。为此,我国当前优先发展的高技术产业化重点领域指南中将金属粉体等超细粉体及其材料列为优先发展的高技术产业。本项目涉及的钛、钨、铬、无定形硼粉等超细粉体将瞄准替代进口产品,为国家安全建设提供急需的关键原材料。未来5年,3D打印、军工、航空航天工业的发展,钛粉、无定形硼粉等超细粉体的需求量将会急剧增加,年需求量在10万吨以上。若投资建立一条两百吨~五百吨规模的超细粉体的生产线,其总产值可达2~3亿元左右,其利润可达5000~7000万元以上。由于该技术及装备完全是由东北大学所研究开发,在市场上处于领先地位,具有完全的市场主动权,能够实现快速地持续发展,具有广阔的发展前景。
东北大学 2021-04-11
体感式虚拟灭火训练系统
体感式虚拟灭火训练系统是利用图像识别技术、体感技术、红外定位技术、虚拟仿真技术等多种技术联合开发的,涵盖教育培训和交互训练两大主体功能的仿真教学装备。解决了火灾安全培训不安全不系统、实际灭火器训练浪费资源、危险品火灾场景无法模拟等培训痛点、难点。配套培训一体柜、仿真灭火器和交互培训软件,实现了基础安全知识的动画/课件学习、安全逃生行为趣味练习、多种场景多型灭火器现场紧急灭火处置技能训练等功能。可用于普通大众的安全警示教育、灭火技能推广,更可用于普通及特种火灾相关安全防备行业的职工、安全从业人员的专业培训和技能训练。
中国石油大学(华东) 2021-05-11
等离子体技术研究
近三年,我校等离子体技术研究显示了较为强劲的生命力,承担的主要项目有:中国科学院知识创新工程重大方向性项目、安徽省环保产业重点项目、国家自然科学基金项目、江苏省重大环保基金项目、浙江省重大科技专项等,获得科研经费达6800万,并完成了5吨/天等离子体电子废物处理中心成套装置、10吨/天医疗废物处置成套装置开发并示范工程建设、25吨/天工业废物处置成套装置开发并示范工程建设,发表论文近二十篇,专利五项。多项成果国内首创,在环境工程、新能源、电力装备等领域解决了一批产业化的关键技术问题,为地方经济发展提供了重要的支撑作用,同时,培养研究生十多人,参加参加国际学术会议三次。
南京工业大学 2021-04-13
纳米金属粉体连续制备技术
纳米金属粉体材料广泛用于催化剂、润滑剂、建筑材料、陶瓷材料、气敏材料、绝缘材料、纺织材料、发光材料、木材、灭火剂、生物医学材料等,在冶金、机械、化工、电子、国防、核技术、航空航天等领域具有极其重要的潜在应用价值。金属纳米粉体制备技术是纳米金属粉体材料研究、开发和应用的关键。本技术依托南京工业大学粉体研究所,已开发出三代年产1000公斤级高性能、高产率直流电弧等离子体蒸发金属纳米粉体连续制备产业化生产线,并实现了平均粒度在15~300nm的金属Cu、Ni、Fe、Ag、Sn、Bi、Zn、Co、不锈钢及高均匀混合性Cu-Ni-Sn等金属粉体材料的产业化生产。所制备的纳米金属粉体纯度高,可满足不同行业特别是电子行业对高纯度纳米金属粉体的需求;可满足多系列、多品种纳米金属粉体的生产,易控制粉体的粒径以及粒度分布;有利于降低粉体粒度分布范围,减小粒度;易收集,包装,且能在后续环节中保证粉体的高纯度。该生产线具有能量利用率高,制备成本低,产率高;可靠性高,易维护;原材料可适应性强,即可采用不规则金属块体,也可采用粉体;产品均一性好等优点。目前,该技术已成功转让给相关企业,并在同行业具有强的竞争优势。技术优势(特点、指标等) 生产线真空度高,极限真空度可达5×10-4 Pa,采用三枪结构,为高均匀性复合金属纳米粉体、合金纳米粉体和薄壳修饰形纳米粉体的制备奠定了基础;采用最新的等离子体电源组合技术,可有效解决国内现行产业化生产线依赖使用国外进口大功率等离子体电源的现状;根据不同金属特点,在一条生产线上,采用不同结构粒子控制器,可有效解决多品种金属纳米粉体的生产问题;引入纳米粉体分级系统,可进一步降低生产金属纳米粉体的粒度分布范围,提高产品质量;所研制的生产线已考虑到金属纳米粉体的钝化、真空储存和设备与后续产品生产设备的连接等问题;采用复合蒸发和特殊蒸发坩埚技术,可进一步提高设备能量利用率,降低制备成本;设备主要操作由计算机控制,易于操作,稳定性高。与国内现有技术相比,在粒度相同情况下,铜粉产率可提高1.5倍,镍粉产率可提高2倍,银粉产率可提高5倍,铁粉产率可提高2~5倍。基本解决了现有纳米金属粉气相法生产中存在的产率低、成本高、纯净度低等问题。中国颗粒学会鉴定结果认为该技术达到国际先进、国内领先水平。
南京工业大学 2021-04-13
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