太阳能选择性吸收薄膜的微结构分析

本文介绍了在铝衬底上采用阳极氧化,电解着色方法制备的太阳能选择性吸收薄膜,并运用扫描电子显微镜和扫描俄歇电子能谱仪对薄膜结构进行了表面形貌和元素分布的深度剖析,测定了涂层的反射率和吸收率,获得了性能较好的涂层试样。     

基于W双十字形微结构的太阳能选择性吸收薄膜的数值研究（英文）

提出一种基于金属-介质六层膜的高太阳辐射吸收的新型双十字形微结构,计算显示其加权平均吸收率在截止波长前的光谱区约为96.5%,850K温度的辐射率为0.086.通过场图分析对太阳能波段的光热吸收机制进行了探讨.不同入射角情况下的计算结果显示,基于双十字形微结构的太阳能选择性吸收薄膜可具有低偏振依赖性,以及小于50°入射角条件下的低入射角依赖性特点,将能够满足太阳能选择性吸收器件的应用需求.     

基于W-SiO2双金属陶瓷结构的高效率太阳能选择性吸收薄膜的优化和制备

理论优化并成功制备了一种以W-SiO₂双金属陶瓷作为吸收层的太阳能选择性吸收薄膜,同时提高了薄膜在太阳辐射波段的吸收并降低了在红外波段的热辐射。研究了包括金属反射层材料、吸收层金属体积分数等因素对薄膜整体吸收效率的影响。基于对Si和K9玻璃基底上生长的不同金属体积分数的W-SiO₂陶瓷薄膜光学常数的研究,利用磁控溅射方法制备出如下膜系：W （~150 nm） / W-SiO₂ （94 nm, 0.67HVF） / W-SiO₂ （34 nm, 0.27LVF） / SiO₂ （47 nm）。膜系实际测量结果与仿真结果完全吻合,在250～1 500 nm宽光谱波段实现了高达95.3%的吸收率,并且在600 K温度下达到0.124的低热辐射率。该四层膜系结构简单,易于制备,有很强的实际应用前景。     

AlCN太阳能选择性吸收薄膜光学常数测定

本文讨论了太阳能选择性吸收薄膜ＡｌＣＮ各膜层的光学常数谱ｎ（λ）与ｋ（λ）的测定方法，用分光度计测量各膜层的反射率谱Ｒ０（λ），运用Ｋ－Ｋ关系，获得ｎ（λ）的谱值，最后用台阶仪测定各膜层的厚度，用分光光度计测量同适射率谱Ｔ０（λ）。运用Ｈａｄｌｅｙ方程，计算出反射率谱Ｒ和透射率谱Ｔ（λ），其值与分光光度计的实测值吻合。     

超宽带高吸收超材料太阳能吸收器设计

基于阻抗匹配理论与组合谐振结构特性,设计了一种超宽带超材料太阳能吸收器。该吸收器由栅格结构与金属/介质/金属堆叠结构组合而成,组合结构有效拓展了吸收带宽。采用时域有限差分法分析了吸收器的吸收特性,结果表明：该吸收器在300～4000 nm波段内的平均吸收率可达94.9%,吸收带宽为3700 nm,可有效覆盖可见光与红外光波段。该吸收器在整个吸收波段范围内具有一定的偏振独立特性,以60°广角斜入射时,平均吸收率仍可达到93%。谐振频点处的电磁场分布表明,该吸收器的超宽带高吸收特性主要归因于表面等离子体共振、局域表面等离子体共振、慢波效应、法布里-珀罗共振,以及共振模式间的杂化耦合作用。所提超宽带高吸收太阳能吸收器在许多超材料领域具有潜在的应用价值。     

美国科学家发明透明薄膜材料来吸收太阳能

据报道,美国洛斯阿拉莫斯实验室和布鲁克海文国家实验室的科学家们发明了一种新型的透明材料来吸收太阳能。因此,有望在将来使整栋房子都可以利用太阳能发电。     

微结构光纤及其双折射特性的研究

主要对微结构光纤以及其双折射特性研究情况进行总结,首先介绍了微结构光纤的研究历程和基本概念,然后重点总结了微结构光纤的解析和数值分析方法,接着介绍了高双折射微结构光纤设计和最新研究进展,最后对微结构光纤的应用和研究前景进行了展望。     

金刚石薄膜的红外吸收谱研究

研究了热丝CVD金刚石薄膜的红外反射吸收谱,讨论了金刚石薄膜中H、N等杂质和晶粒晶型、晶粒尺度对膜红外透过率的影响。     

薄膜太阳能电池的研究进展

薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。评述了薄膜太阳能电池的优缺点,主要介绍了薄膜硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的研究现状,总结了它们各自在价格成本、光电转换效率及对环境影响等方面的特点,并对其发展趋势进行了展望。     

非晶硅薄膜太阳能电池特性研究

介绍了太阳能电池的工作原理,并给出了太阳能电池的物理模型。设计了室内测试非晶硅薄膜电池输出特性的实验,并对实验结果进行分析。搭建了小型独立光伏发电系统,给出系统的工程设计结构。实验结果表明,太阳能电池的转换效率与室内实验所测得的结果相吻合,证明该系统具有可靠性和高效性。     

频率选择表面结构吸波体的电磁特性研究

采用时域有限差分法(FDTD)计算了蝶形和方环形FSS单元图形的反射与传输特性以及反射信号与入射信号的相位关系,并对计算结果进行了分析.结果表明电磁波的干涉相消是FSS吸波体吸波的主要原因,并且当反射电磁波满足2nπ的相位关系时才能达到最佳吸波效果;FSS吸波体的中心频率随介质层厚度的增加而下降;介质层厚度为5 mm时...     

Photonic crystal microcrystalline silicon solar cells

Enhancing the absorption of thin‐film microcrystalline silicon solar cells over a broadband range in order to improve the energy conversion efficiency is a very important challenge in the development of low cost and stable solar energy harvesting. Here, we demonstrate that a broadband enhancement of the absorption can be achieved by creating a large number of resonant modes associated with two‐dimensional photonic crystal band edges. We utilize higher‐order optical modes perpendicular to the silicon layer, as well as the band‐folding effect by employing photonic crystal superlattice structures. We establish a method to incorporate photonic crystal structures into thin‐film (~500 nm) microcrystalline silicon photovoltaic layers while suppressing undesired defects formed in the microcrystalline silicon. The fabricated solar cells exhibit 1.3 times increase of a short circuit current density (from 15.0 mA/cm² to 19.6 mA/cm²) by introducing the photonic crystal structure, and consequently the conversion efficiency increases from 5.6% to 6.8%. Moreover, we theoretically analyze the absorption characteristics in the fabricated cell structure, and reveal that the energy conversion efficiency can be increased beyond 9.5% in a structure less than 1/400 as thick as conventional crystalline silicon solar cells with an efficiency of 24%. © 2015 The Authors. Progress in Photovoltaics: Research and Applications published by John Wiley & Sons Ltd.     

Design and realization of transparent solar modules based on luminescent solar concentrators integrating nanostructured photonic crystals

Herein, we present a prototype of a photovoltaic module that combines a luminescent solar concentrator integrating one‐dimensional photonic crystals and in‐plane CuInGaSe₂ (CIGS) solar cells. Highly uniform and wide‐area nanostructured multilayers with photonic crystal properties were deposited by a cost‐efficient and scalable liquid processing amenable to large‐scale fabrication. Their role is to both maximize light absorption in the targeted spectral range, determined by the fluorophore employed, and minimize losses caused by emission at angles within the escape cone of the planar concentrator. From a structural perspective, the porous nature of the layers facilitates the integration with the thermoplastic polymers typically used to encapsulate and seal these modules. Judicious design of the module geometry, as well as of the optical properties of the dielectric mirrors employed, allows optimizing light guiding and hence photovoltaic performance while preserving a great deal of transparency. Optimized in‐plane designs like the one herein proposed are of relevance for building integrated photovoltaics, as ease of fabrication, long‐term stability and improved performance are simultaneously achieved. © 2015 The Authors. Progress in Photovoltaics: Research and Applications published by John Wiley & Sons Ltd.     

选择性电极型晶硅太阳能电池金属栅线印刷位置精度的检测方法

本文提出一种金属栅线印刷位置的检测方法,适用于直接检测金属栅线印刷位置与选择性重扩散栅线印刷区的重合精度,可以实时在线检测栅线印刷位置精度并反馈偏差值,实现对位印刷的闭环控制。该检测方法同时也为采用图形识别技术和图形对位技术的选择性电极型晶硅太阳能电池丝网印刷设备提供了可直观衡量设备印刷精度的验证方法。此外,利用该检测方法可以实现对网板使用寿命的监测,提高网板和丝网印刷设备的使用率,降低生产成本,简化工艺控制。     

数值研究一种基于腔共振和电共振的近红外双频段超材料吸收器

设计, 数值模拟和讨论了一种具有两个宽带和扁平的吸收带的超材料吸收器, 其中一个是腔共振吸收带, 另一个是电共振吸收带.电共振的吸收带由于空腔尺寸(d)或者介质层厚度(H)的增加而蓝移, 而腔共振吸收带则表现出红移的现象.同时, 电共振和腔共振吸收带可以通过优化吸收器的结构设计耦合为一个吸收带.最后, 数值模拟研究了入射角度的改变对电共振和腔共振吸收带的影响.利用不同波段的共振模式形成不同吸收带的方式提供了将双吸收带调制为单吸收带的可能性.     

基于单层频率选择表面的轻质宽频吸波体设计

为解决现有的微波吸波体不能同时具有低面密度和高吸收率的问题,提出了一种电阻式闵可夫斯基环频率选择结构(RMLFSS).RMLFSS整体厚度为6.6 mm,面密度不超过0.678 kg/m2.RMLFSS有三层,分别是电阻频率选择表面(RFSS)、PMI泡沫板和金属地面.RFSS由打印在PI薄膜上的闵可夫斯基环阵列构成,...     

一种基于光子晶体的高效太阳能电池反射器的设计

利用SiO2和TiO2介质,设计了一种可用于太阳能电池反射器的一维光子晶体。采用传输矩阵法对该光子晶体从可见光至近红外波长范围的反射谱进行了模拟计算,并分别讨论了周期数和入射角不同时反射谱的变化。结果表明:光线垂直入射时,周期数N增加,其反射谱在短波段的禁带数增加、禁带宽度变窄,而长波段的反射率增加。入射角θ增大时,平均反射率增加,因而该光子晶体具有良好的角度宽容性,可作为高效的太阳能电池率反射器。     

Global optimization of solar thermophotovoltaic systems

In this paper, we present a theoretical model based on the detailed balance theory of solar thermophotovoltaic systems comprising multijunction photovoltaic cells, a sunlight concentrator and spectrally selective surfaces. The full system has been defined by means of 2n + 8 variables (being n the number of sub‐cells of the multijunction cell). These variables are as follows: the sunlight concentration factor, the absorber cut‐off energy, the emitter‐to‐absorber area ratio, the emitter cut‐off energy, the band‐gap energy(ies) and voltage(s) of the sub‐cells, the reflectivity of the cells' back‐side reflector, the emitter‐to‐cell and cell‐to‐cell view factors and the emitter‐to‐cell area ratio. We have used this model for carrying out a multi‐variable system optimization by means of a multidimensional direct‐search algorithm. This analysis allows to find the set of system variables whose combined effects results in the maximum overall system efficiency. From this analysis, we have seen that multijunction cells are excellent candidates to enhance the system efficiency and the electrical power density. Particularly, multijunction cells report great benefits for systems with a notable presence of optical losses, which are unavoidable in practical systems. Also, we have seen that the use of spectrally selective absorbers, rather than black‐body absorbers, allows to achieve higher system efficiencies for both lower concentration and lower emitter‐to‐absorber area ratio. Finally, we have seen that sun‐to‐electricity conversion efficiencies above 30% and electrical power densities above 50 W/cm² are achievable for this kind of systems. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

超宽带太阳能电磁吸收器优化设计研究

基于不同材料和尺寸的三光栅级联顶层结构设计 了一种太阳能超宽带吸收器。采用时域有限差分法FDTD数值 模拟了铬膜厚度、缓冲层折射率和厚度、吸收器单元周期及三光栅宽度比和高度比等结构设 计参数对共振吸收光谱带宽 和吸收率的影响规律。同时借助选取波长下的电磁场分布规律、结合局域表面等离子体共振 探究了宽光谱、高吸收率产 生的物理机制。仿真结果表明,材料和结构参数不同的三个单光栅级联可明显拓宽入射光的 吸收光谱带宽;优化吸收器 结构设计参数后,获得了横跨部分紫外光、全部可见光和部分红外波段的宽频带,高达2.2 μm的吸收谱宽,近1μm红外频 段的吸收率可达完美吸收;并且吸收器在较宽的入射角范围内依然能保持良好的吸收性能和 极化的敏感特性。本文所设 计的吸收器结构简单,尺寸小,易与芯片集成,可在光伏发电、太阳能热处理和光探测等方 面均具有潜在的应用前景。