基于Python的多结电池仿真及其应用

Python作为目前应用广泛且快速发展的编程语言,已经被运用于科学研究的多个方面。随着III-V多结太阳电池结构日趋复杂,人们对电池模型的多元性和复杂度提出了更高的要求。基于Python语言编写太阳电池仿真计算程序,计算晶格失配多结电池理想状态以及非理想状态下的光电转换效率,开展两端/四端III-V/Si电池发光耦合作用分析以及减反射膜电池一体化设计。针对每种计算,首先通过理论分析确定仿真边界条件,然后利用仿真程序进行计算分析,最后对计算结果进行讨论。     

空间三结太阳电池用激光防护盖片研究

为了提高空间太阳电池阵的激光防护能力,设计并制备了一种空间三结太阳电池用激光防护盖片.使用电子束热蒸发、离子源辅助沉积的方式,在空间用抗辐照玻璃盖片表面沉积激光防护膜.此种盖片在400～900 nm的平均透射率为94.07％,在三结砷化镓太阳电池表面贴片后,对1064 nm的反射率大于60％,效率衰降为2.18％,吸收系数为0.820.相比MgF2盖片组件,激光防护盖片对1064 nm激光的防护能力显著提升,同时可以降低在轨工作温度,提高在轨输出功率.     

32％效率三结砷化镓太阳电池设计与在轨应用

采用晶格小失配的GaInP/GaInAs/Ge三结砷化镓太阳电池结构,通过增加顶电池与中电池中In组分,选取带隙组合为1.87 eV/1.35 eV/0.67 eV的结构体系,使顶、中电池光吸收下限分别红移15和40 nm左右,提高了三结砷化镓太阳电池的电流密度,提升了太阳电池光电转换效率,研制出平均光电转换效率为32%(AM0,25℃)的三结砷化镓太阳电池。该太阳电池已成功应用于PakTES-1A卫星太阳电池阵,入轨初期由其SG1与SG5子阵在轨电流数据计算对比地面同工况测试结果,差异仅为-0.2%和0.5%。产品可用于后续航天器高效率太阳电池阵。     

MOCVD制备禁带宽度2.1～2.2 eV的AlGaInP太阳电池

禁带宽度2.0~2.2 eV的AlGaInP太阳电池是制备五至六结叠层太阳电池必需的一结子电池,但目前高质量高Al组分的AlGaInP材料制备仍存在不小的挑战。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备制备了禁带宽度2.1~2.2 eV的AlGaInP太阳电池,研究了外延生长温度、表面活性剂等外延和结构参数对AlGaInP材料和电池性能的影响。通过优化外延生长温度和掺入表面活性剂,获得了在AM0光谱下开路电压达到1.58 V、光电转换效率为12.48%的AlGaInP单结太阳电池。     

量子阱结构对GaInP/Ga(In)As/Ge电池的光谱响应改善

采用MOCVD工艺制备具有应变平衡量子阱结构GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的方法,及量子阱结构对中间电池的光谱响应的改善,从而使GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池各子电池电流匹配设计更为合理,揭示了量子阱结构提高GaInP/Ga(In)As/Ge三结级联太阳电池光电转换效率的可能性。     

高效率非晶硅叠层太阳电池的研制

深入研究了a-Si/a-Si/a-SiGe三结叠层通讯卫星电池的制备技术.为了提高叠层电池的转换效率,提出改善n/i界面特性的缓冲层技术和高光敏性a-SiGe:H(F)薄膜的高氢气稀释比、低反应气压的淀积技术.通过工艺优化,研制出了AM1(100mW/cm~2)光照下转换效率为11.5%的a-Si/a-Si/a-SiGe三结叠层太阳电池.     

双层SiN 膜多晶硅太阳电池抗PID性能研究

以双层SiN 膜多晶硅太阳电池为研究对象,通过调整PECVD工艺参数制备不同折射率和厚度的双层氮化硅减反射膜太阳电池,并用玻璃、EVA和背板等将电池片封装成光伏组件,进行85℃、85%RH条件下组件电势诱导衰减(PID)实验。研究结果表明：(1)改变内层折射率和厚度保持外层较低的折射率时,双层氮化硅膜太阳电池均会发生严重的PID效应;(2)但随着外层折射率提高,电池PID效应显著减小,外层折射率≥2.15的电池PID实验600 h功率衰减小于5%;(3)双层氮化硅膜抗PID太阳电池的转化效率略低于普通太阳电池,但其组件的封装损失较小,与普通电池的组件功率相当,因此具有很好的应用前景。     

双层SiN_x膜多晶硅太阳电池抗PID性能研究

以双层Si Nx膜多晶硅太阳电池为研究对象,通过调整PECVD工艺参数制备不同折射率和厚度的双层氮化硅减反射膜太阳电池,并用玻璃、EVA和背板等将电池片封装成光伏组件,进行85℃、85%RH条件下组件电势诱导衰减(PID)实验。研究结果表明:(1)改变内层折射率和厚度保持外层较低的折射率时,双层氮化硅膜太阳电池均会发生严重的PID效应;(2)但随着外层折射率提高,电池PID效应显著减小,外层折射率≥2.15的电池PID实验600 h功率衰减小于5%;(3)双层氮化硅膜抗PID太阳电池的转化效率略低于普通太阳电池,但其组件的封装损失较小,与普通电池的组件功率相当,因此具有很好的应用前景。     

国外空间多结太阳电池技术进展

报道了国外主要空间太阳电池生产公司最新产品的生产和应用情况。德国AZUR SPACE公司研发的3G30-advanced电池效率达到29.8%,已在德国科技卫星TET-1上使用。美国Emcore公司ZTJ电池批产效率为29.5%,已生产了超过300 000片电池,在多项空间项目中得到应用。美国Spectrolab公司反向生长三结太阳电池转换效率达到32%,正在开发四结的反向生长太阳电池。日本JAXA开发的薄膜双结太阳电池TF2J转换效率达到25%,通过实验可达到低轨5年和高轨10年的寿命要求。     

单晶硅太阳电池最高转换效率的模拟预测

利用AFORS-HET软件模拟单晶硅异质结太阳电池的性能,实验完成后显示当加大发射层的厚度后,电池的短波响应会减弱,短路电流也会随之减小。缓冲层厚度不大于30 nm时,电池的优劣波动很大。没有放入单晶硅异质时,效果很差;然而将本征非晶缓冲层放入非晶硅/单晶硅异质结界面处后,提高了电池效率。由该软件模拟的a-Si/i-a-Si:H/c-Si/i-a-Si:H/n+a-Si双面异质结太阳电池的转换效率最高会达到32.16%。     

键合集成AlGaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池组分与厚度对效率的影响

寻找比传统晶格匹配GaInP/InGaAs/Ge结构具有很高效率的高效太阳电池体系是目前高效太阳电池研究重点。基于直接键合集成技术的AlzGa1-zInP/GaAs/In1-xGaxAsyP1-y/InGaAs四结太阳电池是一条有效的途径。该结构中In-GaAsP材料光学带隙可以在0.75～1.35 eV之间连续调节。作为一种新结构,一些关键点还是不清楚,比如考虑材料吸收系数与实际厚度限制下的带隙优化组合,子电池厚度与最高效率之间的耦合影响等,这些都对结构设计提出了新的挑战。采用半经验全局优化工具,研究了InGaAsP子电池组分和吸收系数比较小的InGaAs子电池厚度这两个因素对最高效率的影响,并对器件设计给出了一些方向性意见。     

不同聚光倍数下太阳电池的特性及仿真

聚光太阳系统的转换效率较高主要原因为该系统是将聚光器与多结太阳电池进行组合所得。主要以单个二极管模型的等效电路为依据,通过建立三结聚光叠层太阳电池的数学模型,对不同聚光倍数下(200~1 000X)太阳电池的电学特性进行研究,并将实测值与理论值进行比较。结果表明,当聚光比增大时其短路电流、开路电压和电池功率均会增加,而电池效率则出现先升高后下降的趋势。经比较得到,理论值均大于所得实测值,且当聚光比增大时计算误差也会随之增大,但计算误差的最大值均小于7.5%。     

薄膜太阳电池的研究与发展

随着多晶硅薄膜电池的玻璃衬底的尺寸越来越大及太阳能转换效率的提高,光伏电池的发电成本得到显著的降低。太阳能光伏电池发电的前景变得越来越光明了。当前,制约太阳电池发展的一个很重要的因素是太阳电池的成本,目前国内晶体硅太阳电池组件的成本高达30～35元/W,远高于传统发电方式的成本。太阳电池的成本取决于太阳电池的组件、电力的存储与转换、电池组件的支持与架设、     

GaInP类异质结提升GaInP/GaInAs/Ge太阳电池效率的研究

基于不同有序度的GalnP材料制备出高/低带隙的发射区/基区结构被称之为同材料类异质结结构,其产生的特殊能带结构可以提高太阳电池效率.通过生长条件的优化,验证了GaInP材料的有序度变小,材料带隙从优化前1.868 eV提高到1.898 eV.采用该工艺条件制造了具有对应有序度的GalnP材料,分别作为GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池顶子电池的发射区/基区.测试结果表明,与参照电池比较,新结构太阳电池光照电流电压(LIV)特性参数在电流密度方面获得了明显的提高.     

InGaN太阳电池光电转换特性的理论计算

从p-n结太阳电池的理论模型和InxGa1-xN带隙的经验公式出发,结合实际材料参数,通过改变In组分来调节InxGa1-xN带隙。计算了标准太阳光谱AM1.5光子通量及该光谱下InxGa1-xN单结和InxGa1-xN/Ga P异质双结太阳电池的光电转换效率。结果显示,InxGa1-xN单结太阳电池的最大转换效率是27.28%,与之对应的In组分为0.82。InxGa1-xN/Ga P异质双结太阳电池的最高转换效率为30.75%,对应的In组分是0.74。这些结果可作为设计制备In Ga N太阳电池的理论依据。     

衬底材料表面形貌和特性对太阳电池性能影响

研究不同腐蚀时间下光伏微晶硅太阳电池衬底形貌及特性及其对电池性能的影响。利用多功能辐射型薄膜沉积系统生产电池膜层,对衬底进行0~50 s的腐蚀,分析相关长度、表面粗糙度与腐蚀时间的关系,得出衬底散射率与腐蚀时间的关联。结合散射率与电池电学性能的变化,最终得出40 s腐蚀后电池具有最佳的转换效率。该研究为微晶硅太阳电池的进一步优化提供了参考。     

半透明钙钛矿电池电/热复合系统仿真分析

钙钛矿太阳电池因其高转换效率、低成本被认为是最有潜力的光伏发电技术。设计了基于半透明钙钛矿电池电/热(PV/CT)复合系统,利用半透明钙钛矿太阳电池(ST-PSCs)实现太阳能高效低成本转化以及主动分频功能;同时,利用真空管集热技术高效回收电池无法利用的能量,实现光热综合利用。建立半透明钙钛矿太阳电池性能仿真模型和集热系统仿真模型。对影响系统性能的电池结构参数、聚光倍数等因素进行仔细分析。结果显示:标准光照条件下(AM1.5),吸收层厚度为200 nm时,半透明钙钛矿电池的平均透过率为42%,太阳能光电转换效率为15.7%,热效率为39.6%,其综合效率可达55%,该系统可大幅提高太阳能综合利用效率。     

CIGS薄膜太阳电池研究进展

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池以其具有的诸多优势成为最具发展潜力的太阳电池之一。随着CIGS薄膜太阳电池光电转换效率世界纪录的不断被刷新,继续提高电池性能、研究无Cd缓冲层材料,发展柔性衬底CIGS薄膜电池及组件,优化现有的工艺流程,开发低成本的吸收层沉积工艺,尽快将实验室技术转移为CIGS电池组件的商业化生产成为今后的研究热点。主要介绍了CIGS薄膜太阳电池近年来在这些方面的研究进展。     

非晶硅太阳电池进展和展望

综述了非晶硅（ａ－Ｓｉ）太阳电池在研究、开发和应用方面的新进展。采用Ｈ２稀释和较低衬底温度、防止Ｏ２、Ｎ２等杂质沾污、用氘代替Ｈ２等工艺提高ｉ层质量;在ｐ／ｉ界面间生长适当的缓冲层以得到良好的ｐ／ｉ界面、优化三结迭层电池结构;目前,１ｃｍ２电池和９００ｃｍ２组件的稳定转换效率分别达１４％和１０．２％,为ａ－Ｓｉ电池的大规模应用展现了良好前景。介绍了美国Ｓｏｌａｒｅｘ公司在大面积多结电池组件生产化工艺研究方面的经验,强调严格控制ＴＣＯ的沉积条件是重要的环节。同晶体Ｓｉ电池比较,ａ－Ｓｉ电池生产具有易于进行大面积自动化生产、原材料省、能耗低等特点,使它可能成为建造全球太阳电池发电网的主要侯选者。     

酞菁类化合物在太阳电池中的应用

有机太阳电池与无机太阳电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳电池的性能,尤其是转换效率,研究了掺杂、敏化、施主-受主共轭体系以及开发多层结构电池和创造新型光伏材料。酞菁类化合物作为新兴的功能材料已经得到了广泛的研究,作为敏化染料,酞菁能够增加光生载流子,有效提高光电转换效率。综述了太阳电池的工作原理,酞菁类化合物作为功能材料在肖特基型电池、p-n异质结型、纳米晶体光电池的应用进展。