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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
太阳能辅助空气源热泵毛细管辐射供冷供暖空调系统
针对重点水域水质安 全和生态状况,集成影响 水质、生态安全的污染物 快速在线监测设备,建立 水质监测预警信息资源共 享和服务平台,构建了水 环境安全监测服务系统, 为水环境管理部门及社会 公众提供信息支持与服务。
安徽建筑大学 2021-01-12
一种低信噪比雷达辐射源信号脉内调制识别方法
本发明公开了一种低信噪比雷达辐射源信号脉内调制识别方法,其步骤包括电子侦察接收机接收雷达辐射源脉冲信号,经由射频到中频的降频和A/D采样处理后,得到待识别的具有不同脉内调制方式的雷达辐射源信号S(t),再在信号处理模块中对信号S(t)进行处理,识别出雷达辐射源信号的脉内调制方式并输出。本发明方法能在信噪比低至-6dB时正确识别多种雷达辐射源信号脉内调制方式,比现有的雷达辐射源信号脉内调制方式识别方法具有更好的噪声抑制能力,且比现有的多种雷达辐射源信号识别方法的计算复杂性O(n2)或O(n3)低很多。
西南交通大学 2016-10-19
南京大学现代工学院郭少华、周豪慎课题组:双蜂窝超晶格构筑 高活性与高可逆的钠离子电池晶格氧活性正极材料
作为锂离子电池在储能领域中的替代品,低成本、高性能的钠离子电池是大规模储能的关键战略,正极是其中最关键组件之一,层状氧化物正极由于其组分丰富、结构可控和理论容量高而被深入研究,晶格氧活性的激活有望实现超出层状正极理论极限的超高容量。
南京大学 2022-06-14
金属功能材料
通过对烧结钴铁氧体进行热等静压烧结,得到钴铁氧体陶瓷材料的样品内部孔隙大大减少,致密度大于 99%;平行方向磁致伸缩系数绝对值大于 150ppm;磁致伸缩激励场低于 2000Oe。对钴铁氧体磁致伸缩材料进行热等静压处理促进了其在低场高频磁致伸缩领域的应用。 通过凝胶注模、磁场取向及常压烧结及热处里工艺,得到的钴铁氧体磁致伸缩材料<100>方向取向度大于 40%,致密度大于 99%,垂直取向方向磁致伸缩系数绝对值大于 300ppm,对应的激励场低于 2000Oe。
北京科技大学 2021-02-01
人工电磁材料
人工超材料是指亚波长尺度单元按一定的宏观排列方式形成的人工复合电磁结构。由于其基本单元和排列方式都可任意设计,因此能构造出传统材料与传统技术不能实现的超常规媒质参数,进而对电磁波进行高效灵活调控,实现一系列自然界不存在的新奇物理特性和应用。然而,传统的电磁超材料和超表面都是基于连续变化的媒质参数,很难实时地操控电磁波。 以程强教授为核心团队的课题组在国际上首次提出“数字编码与可编程超材料”,提出用二进制数字编码来表征超材料的思想,通过改变数字编码单元“0”和“1”的空间排布来控制电磁波。这一概念的提出不仅简化了超材料的设计难度和优化流程,构建了超材料由物理空间通往数字空间的桥梁,使人们能够从信息科学的角度来理解和探索超材料。更重要地是,超材料的数字化编码表征方式非常有利于结合一些有源器件(例如二极管和MEMS开关等),在现场可编程门阵列(FPGA)等电路系统的控制下实时地数字化调控电磁波,动态地实现多种完全不同的功能。 在该工作中,作者利用优化算法,设计相应的时空三维编码矩阵,超表面将入射波能量分散到空间任意方向和任意谐波频谱上,这一特性很好地缩减了雷达散射截面(RCS),未来有望应用于新型的计算成像系统。更重要的是,引入时间维度的编码之后,可以扩展传统的空间编码比特数,降低了实现高比特可编程超表面的系统复杂度。例如,一款2比特的可编程超表面,只要设计相应的时空编码矩阵,就可以在中心频率和谐波频率实现等效的360度相位覆盖,这是传统可编程超表面无法实现的,可用于实现波束塑形等一系列实用功能。 本工作得到了国家科技部重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项“微波毫米波数字编码和现场可编程超构材料的理论体系与关键技术”,以及国家自然科学基金等项目的资助,相关实验测试工作在东南大学毫米波国家重点实验室完成。
东南大学 2021-04-11
龋齿修复材料
浙江大学 2021-04-10
交通吸音材料
 我院自主研发的新型无机基复合吸音材料具有吸声隔声性能好,抗强气流冲击,耐侯,防水,防火,环保,美观,施工、安装、维护方便等特点,性能与国外的相当,价格只有进口价的1/5。
南京工业大学 2021-01-12
Lehn功能材料
综述了人工钾离子通道或运输载体选择性设计及其功能特性,特别是选择性运输钾离子的功能设计,有助于进一步探究活性结构作为“过滤器”或“门控”蛋白在离子传输过程中的动态过程。综述指出人工钾离子通道一般具有以下特征:(i)钾离子结合的大环识别位点。配位后大环通道获得的能量可以补偿钾离子脱水后能量损耗。即使体系中存在过量的Na+离子,大环通道也只识别K+离子。从机理上看,该识别系统具有协同动态效应,K+离子的增加也协同驱使着大环通道对钾离子的选择性增大;(ii)能够实现分子间自组装的氢键供体与受体;(iii)具有可以嵌入疏水双层膜结构的疏水链。       该综述分析和总结了该类材料体系中跨膜传输钾离子的机理与机制;总结了人工设计自组装高选择性钾离子通道的特征,并对比了一系列的人工钾离子通道单晶结构特点及其跨膜运输的特点。
中山大学 2021-04-13
D 木塑材料
木塑复合材料(wood-plastics composites,简称WPC)是利用热熔塑胶(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等以及它们的共聚物)作为胶粘剂,用木质粉料(如木材、农植物秸秆、农植物壳类等生物质物粉料)为填充料,经挤压法成型或压制法、注塑法成型所形成的复合材料。木塑复合材料不仅具有原木特有的木质感,而且它具有较好的机械性能、尺寸稳定性好,耐水性、耐磨性、耐化学腐蚀性优良,不怕虫蛀,易于着色,维护要求低,使用寿命长,易于成型,可二次加工等众多优异性能。被广泛的应用到建筑、室内潢、汽车、包装、仓储等领域代替木材使用;得到了广泛应用。 另外它还可充分利用回收木材、余料、木屑等原来被废弃的木料,大幅度提高天然木材的利用率,并可解决废弃木料所造成的垃圾污染及处理问题,具有保护环境,提高人造木材制品附加价值的功效,被誉为绿色环保新型材料,具有广阔的发展前景。
西安交通大学 2021-04-11
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