硅光电池光谱响应分布曲线测定的研究

硅光电池是目前有实用价值的一种光电转换器件,除已用作人造卫星和宇宙飞船中长期电源外,还广泛用于光电自动控制、光电计数、光电显示、曝光表和比色计等。硅太阳电池的能量转换效率是它的重要基本特性。目前单晶硅太阳电池的转换效率较高,可达15％左右,接近理论值,已合适用要求,但因成本太高,难以普及使用。可     

基于反萃空转的高效无机钙钛矿太阳电池

铯铅碘二溴(CsPbI₂Br)钙钛矿具备合适的容忍因子与良好的热稳定性,是无机钙钛矿太阳电池的理想材料,而其转化效率低、工艺重复性差的缺陷,阻碍了CsPbI₂Br太阳电池性能的进一步提高．研究CsPbI₂Br无机钙钛矿太阳电池的制备工艺发现,成膜环境对CsPbI₂Br薄膜的均匀性、光学性质及器件性能重复性具有较大影响．提出采用反萃空转辅助生长工艺提升CsPbI₂Br薄膜的晶粒尺寸,提高结晶度,降低缺陷态密度,并获得14. 1%的CsPbI₂Br太阳电池光电转换效率．反萃空转辅助生长工艺降低了周围环境氛围对薄膜质量的影响,提高了器件制备的可重复性．     

电泳沉积制备TiO2纳米片作为钙钛矿太阳电池缓冲层

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池自诞生以来,经过十几年的探索与发展,其认证效率由最初的3.8％发展为25.2％.界面问题一直是提升器件光电转换效率的关键.利用电泳沉积法制备TiO2薄膜,以TiO2纳米片为缓冲层制备钙钛矿太阳电池,研究TiO2缓冲层对钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率及载流子运输的影响.结果表明,相对于未加入缓冲层的PSCs,电池的光电转换效率由10.78％提升至12.71％.TiO2缓冲层的加入有效地改善了界面接触问题,降低了电荷转移时的电阻,促进了载流子的运输,明显提高了钙钛矿太阳电池的光伏性能.     

倒金字塔结构钙钛矿太阳能电池的仿真研究

为提高钙钛矿太阳能电池的性能,对太阳能电池功能层之间的接触界面结构进行优化,调节各功能层厚度．利用COMSOL多物理场仿真软件对钙钛矿太阳能电池进行结构仿真,并验证优化结构对电池电学性能的影响．结果表明,在功能层的接触面采用倒金字塔结构会影响光电转换效率,当在电子传输层与光吸收层之间设置倒金字塔结构时,可得最高输出功率密度为 27. 36 mW/cm~2,光电转换效率为27. 3%,对应开路电压为1. 19 V,短路电流密度为26. 64 mA/cm~2,填充因子为86. 19%．研究结果为进一步提高钙钛矿太阳能电池的整体性能提供结构优化思路．     

添加剂对钙钛矿太阳能电池性能的影响

为了钝化甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿薄膜表面的缺陷,在PbI2前驱液中引入氨基锂(LiNH_2)作为添加剂制备钙钛矿电池器件,对其电学性能、表面形貌、结晶性、紫外可见光谱和荧光光谱进行测试分析,考察不同质量分数LiNH_2对钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明:LiNH_2含有孤对电子,能够钝化钙钛矿缺陷,有利于光生激子的解离,提高器件的光电效率及稳定性;当LiNH_2质量分数为2%时获得了最优的器件性能,与无添加剂的器件相比,钙钛矿电池器件的开路电压(Voc)从0.96 V提升至1.00 V,短路电流(Jsc)从18.47 mA/cm~2增加至20.24 mA/cm2,填充因子(FF)从0.53提高到0.63,光电转换效率(PCE)由9.4%提升至12.6%,器件没有回滞现象。     

双峰纳晶介孔TiO2的制备及在染料敏化太阳电池中的应用

采用水热法,以三嵌段共聚物聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯(EO20PO70EO20,P123)为模板剂,钛酸四丁酯为前驱体,制备了双峰纳晶介孔TiO2,分别利用X射线衍射(XRD)、比表面积与孔径分析、场发射扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对制备的介孔TiO2的相结构、比表面积、孔径和形貌进行了表征,探讨了P123用量对纳晶TiO2微结构的影响。以双峰纳晶介孔TiO2作为染料敏化太阳电池的光阳极材料组装的太阳电池的光电转化效率达5.18%,与相同条件下以P25作光阳极材料组装的电池效率(4.02%)相比提高了28.85%,初步显示了双峰纳晶介孔TiO2在太阳电池领域中的应用潜力。     

高纯氮气退火处理对铁钝化多孔硅形貌的影响

退火处理对复合薄膜的形貌和结构都将产生较大的影响,对由水热腐蚀技术制得的铁钝化多孔硅进行高纯氮气(99.999 9%)下900℃退火3 h,利用扫描电镜(SEM)、XRD等分析手段对比研究了铁钝化多孔硅在退火前与退火后的结构变化特点.发现在微米层次上,退火后的多孔硅样品基本保持了退火前样品表面的规则阵列排布形式;在纳米层次上,退火后样品表面的硅柱仍呈多孔状,但孔壁的硅晶粒长大,平均晶粒尺寸由退火前的5 nm长大为退火后的17.2 nm.     

纳米TiO2染料敏化太阳电池的电极修饰和光电复合研究(英文)

染料敏化太阳电池由于其较高的光电转换效率和低成本等因素正越来越受到人们的重视,当前其技术发展最为核心的问题是如何减少暗电流、进一步提高其光电转换效率.本工作对染料敏化太阳电池的光阳极进行了不同方法的TiCl4修饰处理,测量了各种不同修饰处理下的TiO2太阳电池的光电转换性能.通过248?nm波长的准分子脉冲激光辐照下的开路光电压Uoc随时间的衰减变化关系,研究了单色脉冲激光下的染料敏化TiO2太阳电池的光电子复合效应,从中明确了TiCl4修饰对染料敏化TiO2太阳电池暗电流的调制所起的重要作用.     

石墨烯器件结构参数对光电特性的影响

为了提高石墨烯基器件的光电响应性能,采用化学气相沉积法制备单层石墨烯,制备石墨烯/二氧化硅/硅结构器件;采用紫外-可见分光光度计、光学显微镜以及拉曼光谱对石墨烯薄膜进行材料特性表征,测试和分析不同结构参数的石墨烯器件在光辐照下的光电特性。研究结果表明:当甲烷流量为30 sccm,反应温度为1 030℃,退火时间为20 min时制备单层石墨烯,并将其转移到50 nm二氧化硅及硅基底上形成器件,在偏压为5 V时器件的响应度最高可达0.37 A·W~(-1),表现出优异的光电特性。     

有机无机钙钛矿薄膜的间歇式退火和光电性能

为了改进空气环境条件下有机无机钙钛矿薄膜的制备工艺,开发了一种间歇式退火(intermittent annealing,IA)方法,以制备高质量无针孔的钙钛矿薄膜,优化光电性能.采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射谱(X-ray diffraction,XRD)、紫外可见吸收(ultraviolet-visible,UV-Vis)光谱、光致发光(photoluminescence,PL)光谱等表征,系统比较了在空气环境条件下反溶剂一步法旋涂制备钙钛矿薄膜工艺中,普通退火(traditional annealing,TA)方法和间歇式退火方法处理得到的卤化铅甲胺有机钙钛矿薄膜的形貌、结构和光电性能.结果表明,对于MAPbI_3、MAPbIBr_2和MAPbI_2Br钙钛矿材料,采用间歇式退火方法制备的薄膜均匀致密无针孔,晶粒尺寸显著增大,薄膜结晶性提高,在可见光范围内光吸收能力更强.在空气环境下所得间歇式退火制备的MAPbI_3太阳能电池器件在AM 1. 5的模拟太阳光下,光电转换效率可达11. 5%(有效面积0. 24 cm~2),而在空气环境下以普通退火方法制备的器件的光电转换效率为8. 9%,间歇式退火样品的光电转换效率有大幅度提高.     

PEO作阴极修饰层提高有机光伏电池的稳定性

采用聚氧化乙烯(PEO)作为聚合物太阳能电池的阴极修饰层,以P3HT:PCBM为活性层制备了聚合物本体异质结太阳能电池。考察了PEO的厚度对器件光伏性能及稳定性的影响。比较了加入PEO修饰层前后器件的稳定性,研究了采用PEO修饰层前后器件电阻的差异。结果表明:加入PEO作为阴极修饰层后器件的光电性能(JSC,VOC,FF,PCE)均有明显提高,而器件的串联电阻Rs则有了明显降低。没有阴极修饰层的器件的初始光电转换效率为1.92%,90 h后衰减为初始值的5%;而加入PEO修饰层后初始光电转换效率为3.36%,90 h后仅衰减为初始值的20%,光电转换效率提高了75%,稳定性提高了3倍。     

TiO_2纳米线/纳米粒复合光阳极的制备及其光电性能

以P25TiO2为原料,采用水热法制备了TiO2纳米线/纳米粒(TNW/NP),用XRD和SEM对所制备样品的结构和形貌进行表征。探讨了不同水热反应时间对所制备的样品光阳极组装染料敏化太阳能电池(DSSCs)光电性能的影响。结果表明,水热反应时间为16h时,获得了TNW/NP共存的复合样品,其染料吸附量大,电子传输阻抗小,电子和空穴分离效率高;基于TNW/NP光阳极的DSSC光电性能最好,开路电压为0.75V,短路电流密度为6.22mA/cm2,填充因子为0.59,光电转换效率为2.75%。     

温场均匀性对CdTe薄膜及太阳电池性能的影响

采用近空间升华法(CSS)制备CdTe多晶薄膜,模拟制备过程中的温场变化,结合,I-V、C-V特性及深能级瞬态谱研究温场均匀性对CdS/CdTe太阳电池性能的影响.结果表明,温场分布和薄膜厚度分布基本一致,温场均匀性对电池组件的开路电压影响不大,对短路电流和填充因子有影响,CdTe薄膜的深中心对温度和频率的响应基本一致.580℃制备的样品暗饱和电流密度最小,载流子浓度较高,光电特性较好,而且空穴陷阱浓度较低,深中心复合作用较小.通过改进温场的均匀性能够制备出组件转换效率为8.2%的CdS/CdTe太阳电池.     

TiO_2纳米片/CuS钝化层量子点敏化太阳能电池的制备和性能表征

通过在TiO_2和量子点之间添加钝化层进行光阳极的优化,可以调节光阳极界面结构,从而增加产生的光电流,与没有钝化层的光阳极数据相比,在更宽的光谱范围内增强了光电转换效率。TiO_2纳米片具有较高的电子输运效率,主要原因是其表面积大,光散射特性增强。由于CuS钝化层很好地修饰了TiO_2纳米片表面缺陷会使其光电转换性能提高,得到在标准模拟太阳光AM 1.5G,100 mW/cm~2下,沉积CuS钝化层的电池能量转换效率达到4.71%,远高于未沉积钝化层的电池效率3.91%。     

水热法制备TiO_2致密层及其在钙钛矿太阳电池中的应用

通过水热法在180℃下制备了三种不同厚度的TiO_2致密层并成功应用于钙钛矿太阳电池。通过场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对TiO_2致密层的形貌、成分及晶型进行表征,并利用电流-电压(I-V)特性曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究了TiO_2致密层的厚度对钙钛矿太阳电池光电性能的影响。研究表明:随着TiO_2致密层厚度的增加,钙钛矿太阳电池的转换效率先增加后降低,在厚度为300nm时转换效率较高,为3.31%。     

硅基谐振结构中非线性光学效应导致的光学传播参数非互易分析

研究全硅基光学二极管,即在硅基芯片上实现非互易光学传输,是一项具有广泛应用前景并极具技术挑战的研究课题。采用硅基谐振结构微纳器件中非线性光学效应,完成光学非互易传输,是当前实现硅基光学二极管的重要方法。结合硅基波导中的非线性光学效应的基本原理,以及谐振结构微纳器件的基本模型,分析了硅基谐振结构微纳器件构成的光学二极管中的非互易传输问题。仿真结果表明,依靠谐振结构中的非线性光学效应产生的器件非互易特性仅存在于特定频率,这种非互易性在谐振波长附近的一段频率区域较为明显,考虑3 d B以上的非互易传输比率区间,区间宽度累计可以达到10.6 GHz以上。分析了微环耦合系数对硅基光学二极管的非互易传输比率的影响,得出结论:精确控制波导的耦合系数,使得微环工作在接近临界耦合的状态,有助于提升器件的非互易传输比率。     

SnO2致密层在染料敏化太阳能电池中的应用研究

在染料敏化太阳能电池中,半导体薄膜为其重要组成部分,是当前研究热点之一。为有效提升电池器件短路电流密度,在氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃上构建Sn O2致密层,制备出Sn O2-Ti O2复合半导体薄膜。结构形貌测试表明,Sn O2-Ti O2复合半导体薄膜厚度略大于Ti O2半导体薄膜。电化学测试明确,Sn O2-Ti O2复合半导体薄膜能抑制FTO导电玻璃上电子与电解液中氧化还原电对之间的复合反应,有效提升了电池器件的短路电流密度。光电流密度-电压曲线证实基于Sn O2-Ti O2复合半导体薄膜的电池器件短路电流密度达到了17. 53 m A/cm2,其光电转换效率为7. 28%,高于基于Ti O2半导体薄膜的电池器件效率6. 74%。     

多孔金字塔型黑硅电极的制备及其光电性能研究

介绍了一种不需要抗反射层的多孔黑硅的制备方法.通过两步法在n-硅上合成得到具有梯度折射的多孔金字塔型表面,该表面能有效降低硅片对太阳光的反射,对可见光区太阳光的反射率可降至2.24%,因此,有利于光电转换效率的提高.I-V曲线测试表明:多孔金字塔型硅电极的最大电流密度可达0.969mA/cm2,光电转换效率为22.3%.     

染料敏化太阳能电池中铁和钙复合掺杂改性研究

通过水热法制备出不同掺杂量草酸高铁(Fe(C2O4)3·5H2O)和硫酸钙(CaSO4)盐复合掺杂的二氧化钛薄膜,以X射线衍射(XRD)及光电性能测试系统对其进行了测试表征,研究了Fe和Ca掺杂对TiO2染料敏感化太阳能电池的光电性能影响。莫特-肖特基曲线显示掺杂Fe3+和Ca2+离子后二氧化钛平带电位发生正移。其中摩尔分数1.0%的铁和钙复合掺杂TiO2薄膜电极的掺杂效果最佳,其光电转换效率为6.07%。     

基于CMOS图像传感技术和等倾干涉的改进的二维微位移传感系统

结合矩形光学谐振腔的横向等倾干涉原理和F-P干涉技术,设计改进了一种新型的二维微位移光学传感器系统.该系统使用最新的CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)图像传感器芯片代替传统的电耦合器件(CCD)实现光电转换,经过1块现场可编程门阵列(FPGA)芯片处理电信号,再将数据传输给计算机以实现实时显示,该位移传感系统的测量精度可达0.1~1μm微米级,在实现功能优化的同时降低了成本,可应用于光学与工业器件的精密加工、大型工程与建筑物的微位移的实时监控.