低光强下CdTe太阳电池的性能研究

研究了低光强下CdTe太阳电池的性能变化.基于经典的CdS/CdTe结构,建立了短路电流、开路电压、填充因子和转换效率等参数与光强之间的关系模型,模拟了0.02～1kW/m2光强范围内的主要参数变化规律.结果表明,随着光强的减小,CdTe电池短路电流呈线性减小,开路电压呈指数下降,填充因子先增大,在0.3 kW/m2附近达到最大值,之后迅速降低;转换效率逐渐恶化.研究结果为CdTe薄膜太阳电池在室外低光强下和室内应用提供了理论基础.     

扩散温度和时间对晶体硅太阳电池性能的影响

研究了薄层方块电阻对单晶硅太阳电池的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)和转换效率(η)的影响。通过控制扩散温度和时间制备了具有不同薄层方块电阻的单晶硅太阳电池。结果表明:当扩散温度和时间分别为863℃和1 050 s时,电池性能得到了有效的改善,其平均开路电压、短路电流、填充因子和转换效率分别为0.64 V,5.58 A,0.755和17.3%。     

光强和温度对多结太阳电池的影响研究

基于模拟太阳光源的方法,在室内研究了在不同光照强度、不同工作温度下GaAs多结太阳电池的输出特性.通过实验得出:随着光源辐照强度的增加,太阳电池的特性参数:短路电流Isc线性增加,开路电压Voc对数增加,最大输出功率P线性增加,光电转换效率η随聚光比增加到一定程度后减小.对比分析了光强和温度对电池输出特性的影响,数据结...     

InGaAsP/InGaAs双结太阳电池研究

本文采用MOCVD设备生长了与InP晶格匹配的InGaAs(P)光伏器件。分析了InGaAsP/InGaAs (1.07/0.74 eV)双结太阳电池的QE与I-V特性。在AM1.5D光谱下,InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压,短路电流,填充因子及转换效率分别为0.977 V, 10.2 mA/cm,80.8%,8.94%。对于InGaAsP/InGaAs双结太阳电池,在聚光条件下,其最大转换效率在280个聚光倍数下达到了13%。这一结果预示了GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结太阳电池的潜在应用前景。     

II类单晶硅片太阳电池扩散工艺的优化研究

为了得到优化的扩散工艺,通过改变扩散时间来改变Ⅱ类单晶硅片电池发射区的掺杂浓度和结深,研究了扩散时间对太阳电池性能的影响。通过太阳电池单片测试仪(XJCM-9)测试电池性能。得到了实验条件下优化的扩散工艺,此工艺既考虑了短路电流,又兼顾到开路电压。最优扩散工艺参数为:扩散温度850℃,主扩时间和再分布时间分别为40 min和15 min。此时电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和转换效率分别为657 mV3、3.57 mA/cm2、74.36%和16.4%。优化扩散工艺制备的电池效率较原扩散工艺电池提高了约0.3%。     

背面刻蚀对单晶硅太阳电池性能影响的研究

为了减少太阳电池载流子的背面复合,采用离子束对沉积完SiNx减反射膜后的单面扩散和双面扩散的单晶硅片背面进行刻蚀,研究了刻蚀时间对太阳电池性能的影响.采用标准的太阳电池单片测试仪测试电池性能.发现背面经离子束刻蚀后,单面扩散和双面扩散电池片的并联电阻、开路电压、填充因子和转换效率都有所提高,而串联电阻和短路电流的变化则...     

电磁脉冲对太阳电池的损伤效应研究

针对电磁脉冲对太阳电池造成的损伤效应,通过器件-电路联合仿真的方法,在建立硅太阳电池单元器件模型的基础上,分析研究了在阶跃脉冲电压的注入下,太阳电池性能的退化情况.结果表明:在电压幅值一定时,上升时间存在一临界值,当上升时间大于这一临界值时,太阳电池的性能退化是可恢复的,小于这一临界值时,太阳电池短路电流和开路电压将迅速衰减,填充因子也随之减小,电池部分失效甚至全部毁坏.在上升时间一定时,不同幅值的电压都会使得电池的短路电流和开路电压下降,但相对于开路电压,短路电流的下降并不显著,当电压幅值大于某一值时,开路电压下降趋于加快,随着电压幅值的不断增加,太阳电池将被击穿,从而完全失效.     

应用于下一代太阳电池的2.05 eV AlGaInP 子电池研究

研制了应用于下一代高效多结太阳电池中的定电池的 Al0.13GaInP子电池,其实验室效率为10.04%,开路电压为1457.3mV,短路电流为11.9mA。使用量子效率来验证MOVPE生长过程中涉及高Al组分引起的O缺陷对电池性能的影响。相比GaInP单结电池,Al0.13GaInP电池的短路电流下降地较为厉害,实验中生长了GaInP/Al0.13GaInP异质结电池来分析其原因,因此也提出了以牺牲部分开路电压来提升短路电流的一种有效提升电池性能的方法。     

表面处理对低成本多晶硅太阳电池性能的影响

通过沉积SiNx薄膜和H2退火表面处理工艺对低成本多晶硅太阳电池进行了处理,对表面处理前后的电池效率进行了对比测试,详细地研究了这两种表面处理工艺对电池的短路电流、开路电压、填充因子和转换效率的影响。实验发现,沉积了SiNx薄膜的低成本多晶硅太阳电池的效率在原有基础上提高了1.8%左右;而经过H2退火后的电池效率则出现了效率衰减。与此同时,对成本相对高的太阳能级多晶硅电池也进行了H2退火,与低成本多晶硅电池相比,其效率增加明显,与低成本太阳电池呈现了相反的现象。最后分析了两种表面处理工艺对电池性能造成影响的原因。     

菲涅耳透镜下多结电池表面局部高辐射功率对短路电流的影响

为探索以菲涅耳透镜为聚光器的聚光光伏模组中,多结电池中心局部高辐射功率对短路电流的影响,测量菲涅耳透镜的高亮度光斑直径,并据此分别测试室内不同局部光照面积下和户外不同尺寸透镜下的GaInP/GaInAs/Ge三结电池的短路电流,利用电路网络模型分析实验结果。结果表明,短路电流与局部聚光的面积无关;小尺寸菲涅耳透镜聚焦下,沿光轴电流与辐射功率同步变化;透镜尺寸增大到一定程度,电池中心局部承受过高辐射功率,电流受峰值隧穿电流限制,宏观体现为焦平面处短路电流下降。电池放置在焦平面两侧,均可缓解局部高辐射功率,短路电流最高提升 8.0%。     

基于菲涅尔透镜与抛物面反射镜光伏系统设计

在菲涅尔透镜具有聚光特性的基础上,提出一种同时利用抛物面反射镜焦点发出的光线可反射成平行光的特性混合式聚光光伏系统。利用Zemax软件,对整个聚光光伏系统进行仿真并得到初步仿真数据,参考仿真结果对聚光系统进行改进优化,提高了光能吸收率和有效几何聚光比,同时降低了系统实现成本提高了实用性。     

聚光光伏系统菲涅耳聚光器性能分析与仿真

对太阳能聚光光伏发电技术中的聚光系统进行了研究,分析了菲涅耳透镜应用于太阳能聚光器的优点、聚光特性以及光学效率,推导并获得了平面向外、菲涅耳面向太阳电池的点聚焦菲涅耳透镜的设计公式。在ZEMAX软件的非序列模式中实现了基于非成像光学理论的光线追迹仿真,对某一尺寸的菲涅耳透镜的焦平面上光斑能量分布情况进行了分析与模拟。研究结果表明,利用通常的菲涅尔透镜实现聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太阳电池的中心部位,呈现为从中心往外围能量越来越弱的同心圆环。要使太阳电池接收到的光能量尽可能均匀,则需要增加二次聚光元件。     

一种环面焦斑菲涅耳聚光器的设计与分析

在聚光光伏系统中,聚光光斑辐照度的不均匀性会降低光伏系统的光电转换效率,且会在光伏电池表面形成热斑效应,灼伤光伏电池。基于多焦点方法,设计了一种环形焦斑菲涅耳太阳能聚光镜,每环小透镜在焦平面上具有一个环面焦斑,且环面焦斑在接受面上均匀依次排列,实现均匀聚光。以口径400mm,具有200环,焦斑半径20mm,F数为0.8的圆状环面焦斑菲涅耳聚光器为实例,用TracePro模拟平行太阳光垂直照射下时的照度图,得到其理想光学效率为86.77%,光能均匀度为0.8,表明环状焦斑菲涅耳聚光器具有较高的光能利用率和照明均匀性。分析了焦斑均匀性与聚光器F数的关系,当F数一定时,焦斑均匀性随着聚光器口径的增大而逐渐降低。     

太阳能采集用1000mm口径菲涅耳透镜设计

针对太阳能利用率较低、光伏发电成本过高的问题,从聚光器的角度出发,采用菲涅耳透镜对太阳光进行聚焦.在分析菲涅耳透镜结构的基础上,提出了透镜主要性能指标,设计了一个满足要求的1 000 mm口径透镜,对聚光时透镜位置的放置进行了讨论.该设计具有一定的通用性,可以适用于其他大口径的菲涅耳透镜设计,对于促进太阳能采集发展具有重要意义.     

Interface contribution to GaAs/Ge heterojunction solar cellefficiency

A solar cell formed by growing a p-on-n AlGaAs/GaAs heteroface homojunction on a thin Ge substrate is studied by investigating the contribution of the GaAs/Ge heterostructure to the solar-cell efficiency. The existence of interface states is required in the absence of a Ge p-n junction to produce the photovoltaic effect with an open-circuit voltage enhancement as experimentally observed. Dark current-voltage characteristics of the GaAs/Ge heterojunction are calculated when the carrier transport is by thermionic emission and tunneling mechanisms. The evaluations correctly explain the observed changes of efficiency, the decrease of fill factor, the increase of open-circuit voltage, and the insignificant change of short-circuit current as compared to a GaAs/GaAs solar cell. It the short-circuit current from the heterojunction is on the order of 25 mA/cm², which is less than that of the p-n junction cell, the reduction of the solar cell efficiency is about 0.5-1.5% over a wide range of GaAs/Ge doping concentrations. Very few interface states tend to yield a diode-like dark I-V curve     

基于平板型导光板的太阳能聚光系统

针对传统线性聚光系统聚光光斑辐照度不均匀的问题,提出了一种由曲面线聚焦菲涅耳聚光器阵列及平板型导光板所组成的、系统高度小于40mm的小体积聚光系统方案,建立了曲面线聚焦菲涅耳透镜的一般方程,给出导光板V形槽设计公式,并采用正交试验法和光学仿真实验对聚光器系统的各项结构参数进行优化设计,同时分析了曲面线聚焦菲涅耳的加工误差及导光板安装偏角误差的影响。结果表明:优化后系统在采光面积500mm×200mm、聚光比50倍时,聚光效率可达75%,聚焦光斑均匀性优于88%,且入射太阳光偏角在±7°内聚光效率大于50%。通过拼接可获得不同聚光倍数系统,由仿真实验得出在160倍聚光比内,效率高于50%,均匀性优于85%。     

Analysis of the EWT‐DGB solar cell at low and medium concentration and comparison with a PESC architecture

Silicon represents an interesting material to fabricate low‐cost and relatively simple and high‐efficient solar cells in the low and medium concentration range. In this paper, we discuss a novel cell scheme conceived for concentrating photovoltaic, named emitter wrap through with deep grooved base (EWT‐DGB), and compare it with the simpler passivated emitter solar cell. Both cells have been fabricated by means of a complementary metal–oxide–semiconductor‐compatible process in our laboratory. The experimental characterization of both cells is reported in the range 1–200 suns in terms of conversion efficiency, open circuit voltage, short circuit current density and fill factor. In particular, for the EWT‐DGB solar cells, we obtain an encouraging 21.4% maximum conversion efficiency at 44 suns. By using a calibrated finite‐element numerical electro‐optical simulation tool, validated by a comparison with experimental data, we study the potentials of the two architectures for concentrated light conditions considering possible realistic improvements with respect to the fabricated devices. We compare the solar cell figures of merit with those of the state‐of‐the‐art silicon back‐contact back‐junction solar cell holding the conversion efficiency record for concentrator photovoltaic silicon. Simulation results predict a 24.8% efficiency at 50 suns for the EWT‐DGB cell and up to 23.9% at 100 suns for the passivated emitter solar cell, thus confirming the good potential of the proposed architectures for low to medium light concentration. Finally, simulations are exploited to provide additional analysis of the EWT‐DGB scheme under concentrated light. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

用于水下通信系统的复合折反式接收天线设计

针对水下无线光通信系统中无法兼顾聚光效率和光斑均匀性的问题,文章设计了一种复合折反式接收天线。仿真结果表明,传统的菲涅尔透镜聚光效率只有58.725%,而新设计的复合折反式接收天线聚光效率达到86.557%。在保证高聚光效率的情况下,光斑的均匀性也较好,均匀度为0.659 3。随后分析了平行光源在不同角度入射时聚光效率和光斑位置偏移的变化,发现菲涅尔透镜在入射角为2°时聚光效率就只有3.582 2%;而文章所设计的复合折反式接收天线在入射角度为1.5°时,聚光效率仍可以达到50%以上,入射角度在4°时仍能检测到光斑。文章设计的接收天线在水下远距离无线激光通信系统中有很好的接收效果,该接收天线适用于高增益和小视场的水下无线激光通信环境。     

n+-p-p+structure InP solar cells grown by organometallic vapor-phase epitaxy

The fabrication of n⁺-p-p⁺InP solar cells by OMVPE has been studied. A conversion efficiency (active area) as high as 20 percent under AM1.5 illumination has been obtained. It is experimentally verified that the n⁺-p-p⁺InP solar cell has a higher resistance to radiation degradation than the n⁺-p InP solar cell. Diode characteristics and photovoltaic performances such as saturation current density, diode-ideality factor, and open-circuit voltage for the n⁺-p-p⁺cells are found to drastically deteriorate when junction depth decreases to ≤ 0.15 µm. An electron concentration dependence of a hole diffusion length in n-InP is estimated from the measurement of photoluminescence spectra. For the improvement of photovoltaic performances, a series of systematic examinations has been made on the relationship between collection efficiency and hole diffusion length from photogenerated carrier distribution analysis.