用于染料敏化太阳电池的新型碳纳米管材料

介绍了利用简单有效的电泳沉积工艺制备新型碳纳米管薄膜材料,并应用于染料敏化太阳电池。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段发现,制备的新型碳纳米管薄膜材料直径均匀分布,且形成一种均匀的网状结构,这种均匀的网状结构有利于电子的传输。循环伏安法测试其电化学性能,并且对制备的染料敏化太阳电池的光电性能进行测试。实验结果表明,电泳沉积制备的碳纳米管薄膜具有良好的导电和催化性能,作为对电极组装的染料敏化太阳电池光电转换效率达到6.54%,有希望替代传统的铂对电极。     

染料敏化太阳电池染料协同敏化及其吸附机理

提取了菠菜、藏红花、金银花、雪菊、山楂5种光谱吸收区间不同的植物染料,根据光谱吸收互补性的原则以不同类型、不同比例进行了混合,用于染料敏化太阳电池(DSSC)光阳极的协同敏化,测定了各种染料、染料与TiO_2吸附后的UV-vis吸收光谱及不同染料敏化后的DSSC光电性能。实验结果表明:光谱吸收区间不同的染料混合后能有效拓宽光谱吸收范围和峰值吸光度,5种染料以相应比例协同敏化后的电池性能最佳,与单一染料敏化性能中最好的菠菜敏化电池相比,开路电压提升0.023 V,短路电流提升0.342 mA·cm~(-2),光电转换效率提升0.94%(相比提升2.68倍)。最后从染料的有效色素类型与TiO_2薄膜之间的吸附机理入手解释了造成几种染料电池光电性能差异的原因,从而提出了混合染料协同敏化DSSC应遵循的几项基本原则。     

染料敏化TiO_2单晶纳米棒阵列太阳电池的性能

采用水热法一步合成出TiO2单晶纳米棒有序阵列,进而制备出染料敏化太阳电池。重点探讨了退火时间变化对电池光电转化效率的影响。研究结果表明,与未退火的纳米棒组装而成的电池相比,退火后的纳米棒电池显示出更高的光电转化效率。并且当退火时间为7 min时,光电转化效率最高(5.05%),提高到未退火电池光电转化效率的300%以上。电池性能提高的原因有:TiO2纳米棒阵列与衬底间结合力的增强有利于电子传输;表面态缺陷的减少有利于抑制光生载流子的复合。结合SEM,TEM和J-V曲线等表征手段探讨了这一现象背后的物理机制。     

InP在太阳电池中的应用及进展

介绍了国内外InP太阳电池的发展现状,对InP太阳电池的技术及其优势进行了分析。探讨了反向生长和低温键合对InP多结太阳电池质量的影响,指出其不仅可以降低位错等缺陷,提高太阳电池的转换效率,并且可以节约材料,一定程度上降低成本。InP纳米线太阳电池制造工艺简单,发展迅速,通过堆叠多个子电池可以实现高的转换效率,是未来InP太阳电池的发展方向之一。高聚光太阳电池已成为全球太阳电池的焦点,高聚光性结合低温半导体键合技术,更高转换效率的InP太阳电池一定会实现。     

工作温度对硅基太阳电池转换效率的影响

基于wxAMPS软件建立硅基太阳电池一维物理模型,在温控条件下分别模拟计算了单晶硅电池和非晶硅电池的输出特性,并利用太阳能综合测试平台在温控条件下测试了单晶硅和非晶硅电池的输出特性.模拟结果表明非晶硅电池在温度升高过程中的光电转换效率下降幅度显著降低,与实验结果吻合.     

Pechini法制备TiO_2薄膜及其在染料敏化太阳电池中的应用

用Pechini法在FTO导电玻璃上制备不同厚度的TiO2薄膜,并组装成染料敏化太阳能电池。XRD结果表明,在450℃退火1h得到了主相为锐钛矿的TiO2。SEM结果表明,TiO2薄膜表面疏松多孔,粒径均匀,厚度在6~15μm。紫外-可见光谱分析表明,TiO2薄膜染料的吸附量随薄膜厚度的增加而增加。光电性能研究表明,在0.005W/cm2的弱光照下,膜1(厚6μm)和膜2(厚15μm)光阳极的光电转换效率分别为6.85%和11.83%;在0.1 W/cm2的模拟标准太阳光照下,膜1和膜2光阳极的光电转换效率分别为1.72%和2.39%。     

局域耦合效应在GaInP太阳电池中的应用

近年来,局域耦合效应在光电转换器件中的应用受到广泛关注,在发光二极管以及硅基太阳电池中的基础与应用研究成为本领域的研究热点。然而局域耦合效应在宽禁带材料体系太阳电池中的应用仍未见系统报道。研究中利用溅射与热退火的手段在GaInP太阳电池表面成功制备了粒径与占空比可控的Au/半导体纳米异质结构,并对其退火前后的形貌进行了系统分析,后续对纳米异质结构的光学吸收现象及局域耦合效应的内在机制进行了探讨。最终,通过反射光谱的表征,在Au溅射时间为20 s和30 s样品中分别得到了2.2%和5.5%的光吸收增强。该研究提出的局域耦合效应在GaInP太阳电池中的应用,为改善GaInP太阳电池的表面吸收效率提供了一种新的思路。     

29种天然染料敏化的太阳电池的性能研究

采用超声波萃取法从29种天然植物中提取染料, 测试天然染料的紫外-可见光(UV-vis)吸收光谱,探讨天然染料所 含的色素种类。采用水热法制备了TiO₂薄膜电极,用所提取的29种天然染料敏化TiO₂光 电极并将其组装成染料敏化太阳电池(DSSCs)。测试天然染料敏化的DSSCs 的光电性能结果显示,天然染料敏化的DSSCs的开路 电压Voc为0.46~0.64 V,短路电流I_sc为0.07~3.61mA· cm－2,其中山竹皮敏 化的DSSCs光电性能最佳,对应的I_sc和光电转换 效率η分 别为3.61mA·cm－2和2.13%。从天然 染料中挑选出7种不同吸收波段色素的染料进行协同敏化,UV-vis吸收光谱测试结 果显示混合染料的吸收峰一般有微小偏移。光电性能测试结果表明,协同敏化后的DSSCs的 性能一般都介于天然染料单独敏 化的两个DSSCs的性能之间,其中山竹皮和芥蓝协同敏化的DSSCs的η最高,为1.70%。对实验结果进行深入分析,探讨提高天然染料 敏化的DSSCs光电性能的途径。     

硅高效太阳电池的效率限制

提高硅太阳电池的转换效率主要在于提高开路电压Ｖ（ｏｃ）和短路电流密度Ｊ（ｓｃ）。采用减薄硅片衬底厚度和光陷阱技术可望使转换效率达到２９％。     

CdS/TiO_2纳米棒阵列复合电极制备及性能研究

染料敏化太阳电池以其良好的电池性能、简单的制作工艺、廉价的制作成本等优点越来越受到人们的关注。尝试用水热合成法在透明导电玻璃FTO(SnO2∶F)衬底上一步制备出高度有序的TiO2单晶纳米棒阵列,使用扫描电子显微镜SEM及X射线衍射仪(XRD)等对其进行表征分析。用制备的样品作为光阳极封装电池并对其进行电池性能的测试。用化学浴沉积(CBD)方法对制备的样品进行CdS表面修饰,通过测量其紫外-可见吸收光谱及明暗场的电流-电压特性曲线等考察电池性能随硫化镉修饰次数的变化规律。     

薄膜太阳电池研究综述

薄膜太阳电池是最具发展潜力的新型能源之一,对缓解能源危机、保护人类生存环境提供了一种新的切实可行的方法。综述了目前国际上研究较多的几种薄膜太阳电池的最新进展,包括硅基薄膜(非晶硅、多晶硅)、多元化合物类(碲化镉、铜铟硒、铜铟镓硒、铜锌锡硫等)、有机薄膜太阳电池以及染料敏化太阳电池等。分析并总结了其在成本、转换效率等方面的优劣。为更有效地降低成本及提高电池效率,新技术、新结构的不断创新应该是未来薄膜太阳电池的发展趋势。     

PbI2对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响

碘化铅(PbI₂)是两步法制备钙钛矿薄膜最常使用的金属卤化物前驱体,精确控制PbI₂在钙钛矿薄膜中的含量和空间分布以及优化PbI₂薄膜的形貌结构对于制备高效稳定的太阳电池具有重要意义。探索了PbI₂的浓度和退火方式对钙钛矿薄膜及太阳电池性能的影响。研究发现,PbI₂溶液的浓度不仅决定钙钛矿薄膜中PbI₂的含量,也影响钙钛矿的晶粒尺寸、取向及光学吸收等性质,从而导致器件性能的改变,当钙钛矿薄膜表面分布约45%的PbI₂时器件性能更佳。此外,PbI₂的形貌、结晶性和孔隙度受退火方式的影响显著,与溶剂退火相比,通过短暂的1 min热退火制备的PbI₂薄膜更有利于减少钙钛矿表界面缺陷,提升器件的开路电压,最终使器件的基础光电转换效率(PCE)可以提升至20.89%。上述研究结果有助于进一步优化钙钛矿太阳电池制备工艺,提升器件性能。     

钙钛矿薄膜制备技术及其在大面积太阳电池中的应用

详细介绍了钙钛矿薄膜的各种制备方法,系统地探讨了各种制备工艺存在的优点和缺点。在此基础上,综述了大面积钙钛矿太阳电池的各种制备方法的国内外研究进展,并对钙钛矿太阳电池发展历程中的关键节点进行了总结。然后,结合当前的研究进展对钙钛矿太阳电池有待解决的关键性问题,如有毒金属的代替、电池的长期稳定性、大面积太阳电池制备的工艺难点等问题进行了逐一分析并提出了可能的解决方法。最后,对其发展前景进行了展望,希望进一步加深对钙钛矿太阳电池的了解,为今后研究高效、稳定的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础。     

第二讲:太阳电池

2.1太阳电池的基本发电原理光伏发电系统中成本最高的部分当数太阳电池,也称为光伏电池。它是光伏发电系统中科技含量最高的部分,是光伏发电系统的核心,也是目前光伏发电系统普及和发展的瓶颈。太阳电池本体研究主要集中在物理学、材料学和微电子学等领域。     

晶体硅太阳电池烧结工艺优化

金属电极与硅的接触电阻是影响太阳电池填充因子和短路电流进而影响光电转换效率的重要因素之一。首先对晶体硅太阳电池的烧结工艺进行了优化,利用平台式烧结温度曲线代替陡坡式烧结温度曲线。然后,采用Core Scan方法测试工艺优化前后晶体硅太阳电池丝网印刷烧结银电极与硅之间的接触电阻Rc,并测试了工艺优化前后电池片的IV特性。数据显示烧结工艺优化后可减小银电极与硅的接触电阻,从而提高了太阳电池的光电转化效率。平台式烧结温度曲线更适用浅结高方阻的电池结构。     

TiO_2纳米管柔性光阳极制备及其光电性能

采用电化学阳极氧化法在钛箔表面制备了TiO2纳米管阵列膜层,形成TiO2纳米管柔性光阳极并应用于染料敏化太阳电池(DSSC)。用X射线衍射、扫描电镜及紫外可见光谱仪对纳米管阵列的物相、微观形貌及光学性能进行表征,探讨了阳极氧化时间和TiCl4处理对TiO2纳米管光阳极组装DSSC光电性能的影响。结果表明,500℃热处理后,出现明显的锐钛矿型TiO2的特征峰,且TiO2纳米管阵列垂直取向、排列紧密,长度约为23.17μm,其吸光度比TiO2纳米颗粒薄膜高;与未经TiCl4处理相比,经TiCl4处理的氧化时间为9 h的TiO2纳米管组装DSSC的光电转换效率提高了5.80%,其开路电压为0.76 V,短路电流密度为6.92 mA·cm-2,填充因子为0.45,光电转换效率达到2.37%。     

多孔硅的不稳定性对太阳电池的影响

研究了多孔硅（PS）的特性及其在太阳电池上的应用,并对PS太阳电池性能以及由于PS的不稳定性对电池产生的影响进行了研究。实验表明,将PS的光致发光（PL）以及减反射特性应用于太阳电池能有效提高电池的效率,同比提高了T83．89％,效率为14．73％,但其不稳定性对电池效率的影响较为明显。     

染料敏化太阳电池的光阳极制备及其性能优化

详细讨论了染料敏化太阳电池二氧化钛纳米粒子、丝网印刷胶体、二氧化钛电极、对电极、电解质的制备方法,得到最优化的TiO2纳米晶电极的厚度为12μm左右。通过改善电极染料吸附量、纳米晶颗粒间的电接触性能以及电极对可见光的透射和反射能力,电池的光电性能得到显著提高。     

真空法制备铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的研究进展

真空法具有沉积速率快、重复性高以及成膜质量高等优势,有望成为大规模生产铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄,CZTSSe)薄膜太阳电池的制备方法。主要介绍了热蒸发法、磁控溅射法和脉冲激光沉积法等三种沉积CZTSSe薄膜的方法,阐述了采用真空法制备CZTSSe薄膜太阳电池的研究进展,同时对各种方法的优化途径(如退火条件优化、掺杂、背接触改善等)进行对比分析。最后,阐明了真空法的潜在优势以及存在的问题,并对未来发展进行展望。