纳米石墨化碳在锂离子电池中的应用进展

纳米石墨化碳因其优异的导电、导热及力学性能近年来备受重视,并在锂离子电池体系中得到广泛运用。纳米石墨化碳具有的优异电学性能及纳米尺度结构特征使其在解决锂离子电池中高导电性、导热性、充放电过程中的柔性及结构稳定性等方面发挥了重要作用。本文综述了近年来纳米石墨化碳在锂离子电池应用中的最新进展和研究热点,包括纳米石墨化碳在锂离子电池中直接充当高容量负极材料,纳米石墨化碳作为高性能骨架材料为电极提供导电及力学网络,与硅、金属氧化物等高容量电极材料复合形成同轴、核壳等结构的高容量电极材料甚至柔性电极等。如何进一步认识纳米石墨化碳储锂机制,发展其精确可控制备科学和工程技术,进而在三维尺度上构建高效的锂离子电池电极材料结构仍是未来的重点研究方向。     

静电纺丝法制备硅碳纳米纤维及其在锂钠离子电池中的应用

静电纺丝法由于具有工艺简单、功能多样等优点,是一种重要的制备一维锂钠离子电池纳米结构电极材料的方法。目前,已有大量利用静电纺丝技术制备高性能电极材料的研究报道,但具有系统性和针对性的综述论文尚十分有限。碳材料是最早被研究且已实现商业化的锂离子电池负极材料,硅材料则是理论容量最高的负极材料,因此,两者一直是学术界和工业界关注的重点;但碳材料理论容量低和硅材料体积变化大的问题严重阻碍了各自更广泛的实际应用。静电纺丝技术被证明是一种可以解决上述问题的十分有效的方法。因此,本文系统地综述了静电纺丝法制备的硅基和碳基纳米纤维在锂钠离子电池负极材料上的应用和发展,重点从静电纺丝原理、硅碳材料的设计及合成、结构的调控与优化、复合材料的制备到电化学性能的提高等方面作了详细介绍和讨论,同时也指出静电纺丝法在大规模生产中的不足及未来可能的发展方向。希望此综述可以为先进储能材料（尤其是硅基和碳基纳米电极材料）的设计和制备提供一些有益的指导和帮助。     

硅氧合金薄膜及其在高效纳米硅薄膜叠层太阳电池中的应用研究

系统研究两种不同形态的硅氧合金薄膜,用甚高频PECVD系统制备的非晶硅氧和纳米硅氧薄膜的特性,以及其在纳米硅薄膜叠层薄膜太阳电池中的应用。实验中主要通过对不同的气体流量比的优化、沉积功率和沉积压力的优化,分别制备出光学带隙约为2.1 e V,折射率约为3的a-SiO_x∶B∶H薄膜,作为非晶硅顶电池的p1层,以及带隙为2.2~2.5 e V,折射率为2.0~2.5,晶化率为20%~50%的nc-SiO_x∶P∶H薄膜,作为非晶硅/纳米硅叠层电池的中间反射层和纳米硅的底电池n2层。最后将优化后的a-SiO_x∶B∶H和nc-SiO_x∶P∶H薄膜应用到非晶硅/纳米硅薄膜叠层电池中,在0.79 m~2的玻璃基板上制备出初始峰值功率为101.1 W、全面积初始转换效率为12.8%、稳定峰值功率为87.3 W、全面积稳定转换效率为11.1%的非晶硅/纳米硅叠层电池。     

电场控制金属辅助化学腐蚀制备硅微纳米结构的研究

采用电场控制贵金属颗粒在单晶硅(111)上成功制备出111的硅微纳米结构。构建电场驱动下的硅微纳米结构制备模型,研究电场强度对腐蚀速率和两相电场对腐蚀方向的作用规律。验证电场控制腐蚀方向的可行性,得出优化的电场电流密度,为控制腐蚀方向,制备可控的硅微纳米结构提供新的方法和实验手段。     

超薄柔性黑硅太阳电池研究

通过PC1D模拟软件分析了硅片厚度对电池性能的影响,结果表明:随着硅片厚度减薄,硅片对光的吸收效率逐渐减弱。为了强化硅片表面的陷光能力,弥补硅衬底减薄对光吸收的损失,采用化学刻蚀法制备获得了具有纳米绒面的黑硅太阳电池。通过模拟对比厚度为80μm的黑硅电池和常规电池性能,结果表明:硅纳米长度为0.85μm的黑硅表面平均反射率从常规制绒的12.65%降低至4.06%,黑硅电池短路电流从常规的8.693 A增加至9.104 A,黑硅电池效率从常规的18.87%提高至19.74%。     

Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries(Apr.1,2014 to May 31,2014)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以"lithium"和"batter*"为关键词检索了Web of Science从2014年4月1日至2014年5月31日上线的锂电池研究论文,共有1084篇,选择其中100篇加以评论.层状氧化物正极材料的研究工作有材料结构和表面结构分析以及表面包覆对材料充放电循环寿命的影响,高电压的尖晶石结构LiNi_0.5M_1.5O₄材料主要研究了掺杂和表面包覆的作用,磷酸铁锂的研究涉及材料制备方法和热稳定性研究.高容量的硅基负极材料一直是研究的热点,硅负极材料嵌脱锂过程中结构和微结构的变化以及硅或氧化硅与碳或金属复合材料是研究重点,电解液方面的研究论文较多,碳材料与锡/氧化锡复合负极材料,固态电解质,锂空电池,锂硫电池的论文也有多篇.理论模拟工作包括和硅负极材料嵌锂研究以及正极材料的动力学过程研究,除了这些以材料为主的研究之外,针对电池的原位分析,电池模型,电池制造技术的研究论文也有多篇.     

新型纳米蜂窝超结构纹理多晶硅的制备、表征及性能研究

该文通过NH_2C_2H_4OH/NH_4F/HF/H_2O_2的混合溶液对硅片结构进行重构,得到纳米蜂巢状超结构黑硅多晶电池。超结构的蜂巢状纳米结构不仅有利于增强其陷光性能,同时限制了绒面比表面积,因此黑硅电池相对常规电池反射率有了5%的下降,但仍具备较高的钝化效果。经试验得到具有最佳电性能表现的黑硅电池片,其开路电压为0.635 V,短路电流为9.17 A,光电转换效率较常规酸制绒电池片高0.465%,达到19.18%。这说明具备纳米蜂窝状结构的黑硅电池片具备优秀的电性能表现。     

硅薄膜太阳电池制备技术发展概况

薄膜太阳电池是缓解能源危机的新型光伏器件。作为应用最为广泛的硅基薄膜太阳电池,本文主要总结硅薄膜电池的制备工艺和制备方法,讨论了不同陷光结构对太阳电池性能的影响,介绍了最新高效太阳电池的制备方法,并展望硅薄膜太阳电池的发展趋势。     

金属纳米球对太阳能电池增强光电效应分析

使用时域有限差分法(FDTD)研究不同纳米球密集度与直径对Al和Ag纳米球硅基薄膜太阳能电池光电效应的增强作用。计算结果表明,在可见光近红外波段,Ag粒子的光谱增强吸收效率g(λ)曲线波动较Al粒子曲线波动剧烈,Ag粒子的g(λ)曲线存在明显的波峰。对于Ag和Al纳米粒子,随着粒子密集度的增加,增强吸收效率G反而减小,因此针对不同材料和尺寸的纳米球粒子应存在一个最佳的粒子密集度使其G值最大。本文研究了不同直径、材料和粒子密集度的纳米球对硅基薄膜太阳能电池的增强吸收效率的影响,望能为金属纳米粒子在硅基薄膜太阳能电池中的粒子阵列分布设计提供参考,以增强光伏电池的光电效应。     

纳米硅薄膜及纳米硅薄膜太阳电池

综述了纳米硅薄膜及纳米硅薄膜太阳电池的制备方法、结构特性、光电特性等，显示出其有重要的应用前景。迄今为止，最好的纳米晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率已达8．7％。     

Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries(June 1,2014 to July 31,2014)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以"lithium"和"batter*"为关键词检索了Web of Science从2014年6月1日至2014年7月31日上线的锂电池研究论文,共有1302篇,选择其中100篇加以评论.层状氧化物正极材料的研究工作有材料结构分析以及掺杂和表面包覆对材料充放电循环寿命的影响,高电压的尖晶石结构LiNi_0.5M_1.5O₄材料主要研究了掺杂和表面包覆以及电解液的作用,磷酸盐正极材料的研究涉及材料制备方法和充放电过程结构变化研究.高容量的硅基负极材料一直是研究的热点,硅碳复合负极材料,硅材料表面包覆以及SEI是研究重点,碳材料与锡/氧化锡复合负极材料,固态电解质,锂空电池,锂硫电池的论文也有多篇.理论模拟工作包括SEI研究以及正极材料表面电子结构研究,除了这些以材料为主的研究之外,针对电池的原位分析,电池模型,电极制造技术的研究论文也有多篇.     

硅纳米线阵列的制备及其光伏应用

采用金属催化化学腐蚀方法在单晶硅片表面可以制备出大面积排列整齐、与原始硅片取向一致的硅纳米线阵列,得到的硅纳米线单晶性好、轴向可控且掺杂浓度不受掺杂类型和晶向的影响。基于此,我们成功制备了大面积硅纳米线p-n结二极管阵列。此外,硅纳米线阵列结构具有优异的减反射性能,探索了其在太阳电池中的应用。目前初步研制出了基于硅纳米线阵列的新型太阳电池,获得了最高为9.23%电池效率。同时也研究了限制硅纳米线阵列太阳电池转换效率的主要因素,为以后的应用做了前期的探索工作。     

非晶／微晶硅叠层电池中间层的研究进展

由于非晶硅光致衰退、微晶硅吸收系数低的原因,叠层结构电池成为提高电池效率和稳定性的有效途径.叠层电池各子电池较薄、太阳光的利用率较低,因此陷光结构在叠层电池中的作用尤其重要.具有绒面结构的前电极、叠层电池的中间层以及ZnO/Al或ZnO/Ag复合背电极共同组成硅薄膜太阳电池的陷光结构.中间层位于各子电池之间,作用是改变界面反射率,影响电池中光的传播路径.该文综述了叠层电池中间层的作用、要求以及此方面国内外的研究现状,并指出中间层研究中需要注意的主要问题和未来发展的趋势.     

基于ZnO纳米纤维的新型有机无机太阳电池

通过静电纺丝技术制备电子迁移能力高的N型ZnO纳米纤维,得到纳米点、纳米线、纳米带和纳米网等结构,对各结构的纳米纤维形貌进行表征和分析。将不同形态的N型ZnO纳米纤维和给体聚合物材料共混制备有机无机复合太阳电池,结构为FTO/ZnO nanofibers∶P3HT/MoO_3/Ag。发现只有纳米网状结构较适合此太阳电池的应用。经过电池工艺条件优化,此纳米纤维电池效率可达3%,成本较纯有机电池降低近50%。     

超薄晶硅太阳电池表面介质纳米结构减反及陷光机理研究

该文以实现宽谱减反、吸收增强的介质纳米结构织构化表面超薄晶硅太阳电池为目标,利用时域有限差分(FDTD)方法,系统仿真不同形貌纳米结构对太阳电池宽谱减反及吸收性能的影响。同时,借助仿真所得电场强度分布数据,进一步分析介质纳米结构织构化表面的超薄晶硅电池减反及陷光机理。结果表明:基于Mie共振散射、Fabry-Perot共振等多种模式的共同作用,表面制备介质纳米结构的超薄晶硅电池对入射光的吸收能力较表面制备单层减反层的电池大大提升,在部分波段甚至超过Yablonovitch界限。     

适用于太阳电池的nc-Si:H薄膜及 nc-Si/c-Si异质结的研究

该文介绍了使用改进的PECVD薄膜沉积设备,制备出掺杂氢化纳米硅(nc-SiH)薄膜,并在此基础上制备了纳米硅/晶体硅(nc-Si/c-Si)异质结;研究了其光学和电学特性.实验表明nc-Si/c-Si异质结具有良好的光电转换性能和稳定性,适用于制造太阳电池.     

纳米硅锗热电材料和纳米器件的研究进展

近年来,纳米技术逐渐被用来设计和制备硅锗（Si−Ge）热电材料和新型器件。为了提高Si−Ge热电材料的热电性能,研究学者利用各种纳米结构对Si−Ge热电材料进行了理论研究。其中,利用纳米线、超晶格和量子点等结构中的能带机理与散射机理,从理论上设计了降低Si−Ge纳米结构热导率和提高其功率因子的途径。同时,高效的Si−Ge纳米热电材料被制备出来,包括纳米块体材料的热电性能得到大幅度提高,室温下薄膜和纳米线的热电性能实现了重大突破。在高性能材料的基础上,新型Si−Ge纳米热电器件的研发除了关注于制备工艺优化外,还包括传热结构和原型器件的设计。     

Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries（Dec. 1，2017 to Jan. 31，2018）

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2017年12月1日至2018年1月31日上线的锂电池研究论文,共4457篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了高压尖晶石和富锂层状结构材料充放电过程中的结构演变和表面修饰作用。高容量的硅、硅基负极材料研究侧重于纳米材料、复合材料及反应机理研究。金属锂负极的研究侧重于通过集流体和表面覆盖层的设计来提高其循环性能。固态电解质方面制备方法和离子输运机理是研究重点,电解液添加剂的研究目标是提高电池的高温稳定性。固态电池的工作侧重于界面修饰和电极结构,锂空电池、锂硫电池主要研究电池的循环性能改进。理论模拟工作包括材料体相、界面结构和输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池分析、理论模拟和新型电池的研究论文也有多篇。     

全角度陷光的微-纳复合绒面单晶PERC太阳电池

采用银金属催化化学腐蚀（Ag-MCCE）技术在碱腐蚀的金字塔微米初级绒面结构上制备均匀的纳米次级绒面结构,并研究银纳米颗粒在微米金字塔表面的附着特性及其对纳米结构均匀性和电池性能的影响。结果表明,通过添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）可改善银纳米颗粒在微米金字塔表面的附着均匀性,制备的纳米结构在微米金字塔结构表面分布均匀,且便于后道SiN_x的钝化;制得的单晶PERC电池平均效率达到22.22%,较未改善的对比组提升0.46%;独特的微-纳复合绒面（NOM-texture）可实现单晶太阳电池的全角度陷光,兼顾新型光伏屋顶等光伏建筑一体化（BIPV）场合对电池高转换效率和准全向外观的双重要求。     

硅基叠层薄膜太阳电池前后电极的选择及匹配性

作为光伏的一个重要领域,硅基薄膜电池技术在过去5年有了长足的发展,特别是近期硅基叠层薄膜电池的引入和产业化更显著提高了薄膜电池的转换效率.如今前沿领域的硅基薄膜电池制造商都朝着商业化量产稳定效率10％迈进.过去几年里作为世界上少数几家仍在量产硅基薄膜电池的企业,正泰太阳能一直走在硅基薄膜技术创新及量产大面积组件(1.1×l.3m2)的最前沿,在薄膜电池、组件及组件能源输出方面都做了大量的研发工作.作为硅基薄膜电池的重要组成部分,电池的前后电极对电池表现起非常关键的作用.本文将主要探讨硅基非晶-微晶叠层薄膜电池前后电极的选择,对比研究了不同TCO前电极对电池表现的影响以及传统PVD金属背电极与TCO背电极在硅基叠层电池上的表现.