染料敏化太阳能电池电子传输的数值模拟研究

基于电子传输的扩散理论建立了染料敏化太阳能电池(DSSC)的连续性方程,使用适合于二氧化钛(TiO₂)作为光阳极的内部参数,对DSSC电子注入和传输的内在机理进行研究。分别考查温度、TiO₂膜厚、电子寿命、电子扩散系数、光照强度、吸收系数等因素对DSSC光电性能的影响,为DSSC性能的改进及光电转换效率的提高提供理论指导。     

TiO2纳米薄膜厚度对CdS纳米柱阵列 光电化学性能和稳定性的影响

利用水热合成法在导电玻璃表面上原位生长CdS纳米柱阵列（CdSNRA）,然后通过浸渍提拉法在其表面涂覆TiO₂纳米薄膜,制备CdSNRA@TiO₂异质结复合结构材料。利用扫描电镜、X射线衍射、紫外可见光吸收、拉曼光谱等手段对其形貌和结构进行表征。进一步考察了TiO₂薄膜厚度对CdSNRA@TiO₂复合结构光电极的光电化学性能的影响。结果表明,覆盖50 nm 厚TiO₂层的CdSNRA复合结构光电极在可见光下具有更好的光电性能和稳定性,这归因于CdSNRA核和TiO₂壳之间光生电子和空穴的有效分离。     

CdS量子点敏化TiO_2纳米颗粒多孔薄膜太阳能电池性能研究

以CdS量子点敏化TiO2纳米颗粒多孔薄膜为光阳极,与多硫电解液和Pt对电极组装太阳能电池,研究了光阳极厚度和敏化周期对光伏性能的影响。结果表明,TiO2纳米颗粒多孔薄膜的最佳厚度为14μm,最佳CdS量子点敏化周期为20,由此得到的太阳能电池的短路电流密度J sc、光电转换效率η和量子效率分别为4.51 mA/cm2、0.76%和69%。在光阳极中采用TiO2纳米颗粒/TiO2纳米线多孔薄膜双层工作电极,TiO2纳米线散射层增加了对入射光的利用率,使电池在可见光波段的量子效率增加,从而使电池的短路电流密度J sc和光电转换效率分别比原来提高了11.6%和10.5%。     

不同粒径ZnO的制备及其光电性能

采用直接化学沉淀法和均匀化学沉淀法分别制备了不同粒径的ZnO粉体,并分别研究了其在染料敏化太阳电池(DSSC)中的光电性能.通过TG,XRD和SEM对粉体的结构和形貌进行了表征.通过将制备的粉体制成DSSC的阳极,对两种方法制得的ZnO粉体的光阳极的紫外,可见吸收光谱进行分析,并测试了不同方法制备的ZnO薄膜组装的DSSC的伏安曲线.结果表明:两种方法制备的ZnO粉体均为纳米晶,均匀沉淀法制备的ZnO粉体比直接沉淀法制备的颗粒粒径更均匀、更大.均匀沉淀法制备的ZnO薄膜组装的DSSC的短路电流(Isc)和转换效率(η)分别为1.99mA/cm2和0.53％,均高于直接沉淀法制备ZnO的Isc=1.17mA/cm2和η=0.36％.     

晶硅异质结太阳电池nc-Si:H/nc-SiOx:H叠层窗口层研究

该研究制备高电导、高透明的磷掺杂氢化纳米晶硅氧(nc-Si O_x:H)薄膜,应用于晶硅异质结(SHJ)太阳电池的窗口层以替代传统的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。与以a-Si:H薄膜为窗口层的电池相比,短路电流密度提高0.5 m A/cm²,达到38.5 m A/cm²,填充因子为82.7%,光电转换效率为23.5%。实验发现,在nc-Si O_x:H薄膜沉积前对本征非晶硅层表面进行处理,沉积1 nm纳米晶硅(nc-Si:H)种子层,可改善nc-Si O_x:H薄膜的晶化率,降低薄膜中的非晶相含量。与单层nc-Si O_x:H窗口层的电池相比,nc-Si:H/nc-Si O_x:H叠层结构提高电池填充因子,达到83.4%,光电转换效率增加了0.3%,达到23.8%。     

KCl浓度对电沉积ZnO量子点敏化太阳能电池光电性能的影响

文章采用恒电位沉积法在导电玻璃上制备了ZnO薄膜,研究了沉积液中KCl浓度对ZnO薄膜结构的影响,将制备的ZnO薄膜应用于量子点敏化太阳能电池(QDSCs)的光阳极,而后分析了该太阳能电池的光电转换效率。文章还利用X射线衍射(XRD),以及扫描电子显微镜(SEM),表征ZnO薄膜的结构和形貌,以紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)表征量子点敏化前后光阳极的光吸收特性,利用电化学工作站测试不同形貌ZnO-CdS太阳能电池的光电转换特性。分析结果表明:当KCl浓度为0.075 mol/L时,ZnO薄膜呈现出均匀多孔的纳米片结构,以该ZnO薄膜为光阳极的QDSC的开路电压为0.35 V,短路电流密度为3.17 mA/cm~2,光电转换效率为0.36%;与未添加KCl的ZnO薄膜相比,多孔片状ZnO薄膜的活性位点能够与电解液充分接触,这样提高了光阳极内光生电子的注入效率,从而使太阳能电池具有更高的的光电转换效率。     

紫外光下Ag掺杂TiO2薄膜基底对VO2相转变温度的影响

利用溶胶−凝胶法和浸渍提拉技术制备了不同结构银掺杂二氧化钛薄膜为基底材料的VO₂薄膜,考察了Ag分级配置的二氧化钛薄膜基底材料对VO₂薄膜相变温度的影响。在紫外灯照射下测试面内电阻随温度,电压随时间的变化,结果表明基底材料为Ag分级配置的VO₂/TiO₂薄膜相变温度点明显降低。这可能是由于光照条件下空穴载流子从基底材料注入到VO₂薄膜导致相变温度点偏移。因此,不同结构银掺杂二氧化钛薄膜为基底材料的VO2薄膜能够根据环境温度和太阳光线变化而应用于光热致变色智能窗。     

上转换材料TiO2∶Er3+/Yb3+/Li+的制备及其在玻璃盖板中的应用

采用溶胶凝胶法和旋转镀膜法制备Er³⁺/Yb³⁺/Li⁺掺杂TiO₂胶体和薄膜,确定上转换材料最优制备方案为n(乙酰丙酮)∶n(C₁₆H₃₆O₄Ti∶H₂O)∶n(异丙醇)∶n(Er(NO₃)₃·5H₂O)∶n(Yb(NO₃)₃·5H₂O)∶n(LiNO₃)=1∶3∶9∶70∶0.12∶0.60∶0.15(物质的量之比),水的滴加速率为10 s/滴,溶液pH值为2～3,溶胶呈透明均匀淡黄色。吸收光谱在近红外区峰值明显。可见光透光率最高可达94.42%,较普通玻璃提高1%～2%。光伏组件通过光电转换效率测量系统进行检测,玻璃盖板镀膜后光伏组件的光电转换效率从16.5%升至17.2%,增加约0.7%。研究结果表明,该薄膜可提高玻璃盖板透光率,扩大光伏组件光谱吸收范围...     

ITO/Metal/ITO叠层电极中Cu/Ag对钙钛矿太阳电池电极性能的影响

研究ITO/Metal/ITO（IMI）电极中金属层Cu和Ag及其厚度对电极光电性能的影响,结合霍尔测试、紫外分光光度计、原子力显微镜等分析金属层材料和厚度对IMI电极光电性能以及形貌的影响。通过优化金属层厚度,获得方阻分别为11.2 Ω/□和14.5 Ω/□且400~800 nm波长范围内平均透过率分别为93.9%和86.5%的ITO/Ag/ITO和ITO/Cu/ITO电极。将IAI和ICI电极作为正面电极应用于钙钛矿太阳电池,太阳电池的填充因子从62.5%提升至78.0%。IMI在短波段的较大反射率会导致电池短路电流密度低1~2 mA/cm²。当Cu层和Ag层的厚度分别为7.4 nm和6.4 nm时,钙钛矿太阳电池的效率达到最佳。     

锑基硫属化合物半导体及太阳电池

锑基硫属化合物是一类性质稳定、环境友好、元素含量丰富、带隙连续可调、光电性质优异的半导体材料,包括硒化锑（Sb₂Se₃）、硫化锑（Sb₂S₃）以及硒硫化锑[Sb₂(S,Se)₃]等。其中,Sb₂(S,Se)₃的带隙和太阳光谱的匹配度较高,比较适合作为太阳电池的光吸收层材料。以Sb₂(S,Se)₃为光吸收层的太阳电池取得了10% 的认证能量转换效率,显示了锑基硫属化合物太阳电池的巨大潜力。本文详细阐述了锑基硫属化合物的材料及光电特性、薄膜制备工艺及缺陷特性。结合近年来锑基硫属化合物太阳电池的研究进展,提出进一步提高锑基硫属化合物太阳电池性能的方向和策略。     

麦秆酶解残渣热解特性及动力学分析

对比分析了麦秆及其酶解残渣的基础物化特性,利用热重−红外联用技术研究了酶解残渣的热解反应过程及其主要气体产物的析出特性,并用混合反应模型计算了酶解残渣热解过程的表观动力学参数。结果表明,麦秆酶解残渣是一种富含木质素的高灰分、低热值的生物质原料,与麦秆原料相比,其热解过程相对平缓,主要失重温度区间为200℃ ~ 800℃,最大失重峰为350℃,与木质素的热解特性相近;提高升温速率可以使酶解残渣热解反应剩余产物质量明显减少,最大失重速率提高;热解主要气体产物中CH4析出的温度区间为400℃ ~ 700℃,CO和CO2在380℃、450℃和650℃都存在析出峰。动力学分析结果表明,酶解残渣热解过程在低温区（200℃ ~ 350℃）和高温区（350℃ ~ 800℃）分别遵循一级和二级反应动力学规律。     

中国南方典型农业生物质结渣特性实验研究

实验研究了广东省典型农业生物质稻杆、甘蔗渣/叶的燃烧结渣特性。采用GB/T212-2001和ASTM E1755标准进行灰化实验,采用角锥法和一步法检测生物质的熔融特性。实验结果证实ASTM的低温灰化标准更适合稻杆类高无机盐含量的生物质原料。稻杆中碱金属氧化物含量达20%以上,是导致灰渣粘结和熔融的主要因素。由于角锥法灰熔点检测法提前将部分碱金属和Cl元素转化和析出,导致检测结果远高于实际燃烧的熔融温度;相比而言,一步法更具有直观性和指导作用。通过一步法实验获得稻杆临界结渣温度为700℃ ~ 750℃,甘蔗渣为850℃ ~ 900℃,甘蔗叶为900℃ ~ 950℃。CaO和Al₂O₃添加剂对于生物质燃烧过程具有一定的抗结渣功能,CaO通过与SiO₂ (s) 反应生成高熔点的固态Ca₃Si₂O₇ (s) 和MgOCa₃O₃Si₂O₄ (s),因此能消耗物料周围的SiO₂ (s),抑制低温共融;Al₂O₃则通过生成高熔点温度的固态KAlSiO₄和固态KAlSi₂O₆,减少低温共熔现象的发生。     

炭化活化温度对活性炭-CaCl2复合吸附剂性能的影响

为研究并开发高性能的吸附剂,本文以CaCl₂和杉木木屑为原料,采用炭化活化造孔的方法制备复合吸附剂,考察了炭化活化温度对复合吸附剂性能的影响,炭化活化温度分别选择400℃、500℃、600℃和700℃。扫描电镜照片和元素分布图表明,复合吸附剂具有发达的孔隙结构而且CaCl₂分布均匀。NH₃吸附性能实验表明,吸附剂4 h的NH₃吸附量随炭化活化温度的升高而增加。而对于吸附制冷而言,500℃炭化活化温度下制备的复合吸附剂具有最好的性能,其30 min的吸附量达到0.488 g/g。     

CO2单井增强地热系统取热性能研究

为提高闭式单井系统取热性能,提出一种CO2单井增强地热系统（CO2-SEGS）。建立井筒流动换热和储层热-流-固耦合的数学模型,考虑CO2可压缩性以及井纵向压力传递特性,对比分析了水和CO2在SEGS中的取热性能,研究系统取热性能与封隔间距、井筒保温的关系。结果表明：（1）额定循环流量下,井口生产温度从134.09℃降低至116.06℃;CO2在采出过程中降压膨胀做功,产生明显的温降效应,中心管井口温度比底部低约57℃。（2）井筒不同位置处CO2的密度、热容差异很大,当循环流量小于50 kg/s时,依靠浮升力作用,SEGS可实现自主循环运行,无需额外泵功。（3）当水和CO2的流量分别为15 kg/s和40 kg/s时,两者年均取热速率近似相等,CO2的采出温度比水低约40℃,而压力损耗远小于水。（4）SEGS取热性能与封隔间距以及中心管保温性能呈正相关。研究结果可为SEGS系统的开发提供参考。     

The influence of acid treatment of TiO2 porous film electrode on photoelectric performance of dye-sensitized solar cell

A dye-sensitized solar cell (DYSC) was assembled by adsorbing cis-dithiocyanato-bis (2,2^′-bipyridyl-4,4^′-dicarboxylate) ruthenium (II) onto TiO₂ porous film. The influence of acid treatment of TiO₂ electrode with different kinds and concentrations on the photoelectric performance of DYSC was investigated. It was found that DYSC had better photoelectric performance when the TiO₂ electrode was treated by hydrochloric acid than that by sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid. When the concentration of hydrochloric acid to treat TiO₂ electrode increases from 0 to 0.10 M, the fill factor of DYSC increases, the short-circuit current decreases, the open-circuit photovoltage increases and the absorption amount for TiO₂ porous film to dye molecules decreases. The acid treatment of TiO₂ electrode provides useful information on the mechanism of energy conversion of DYSC.     

基于化工流程模拟平台的生物质移动床热解多联产系统模拟研究

在Aspen Plus平台上构建生物质移动床热解多联产系统模型,通过对秸秆热解过程的模拟,研究了生物炭、生物油和生物燃气三态热解产物特性,以及热解温度对系统燃料投入、水耗和电耗的影响。结果表明,随热解温度升高,生物炭热值逐渐增大。生物油和生物燃气的产率分别在450℃和650℃附近达到最大值。当热解温度为450℃时,生物油重质组分主要由糖衍生类和脂肪酸类物质构成,而轻质组分主要包括醛类、醇类和水;当热解温度为650℃时,生物燃气则主要由CO₂和CO构成。生产过程中,系统的燃料消耗和电耗均随着热解温度的升高而增大,冷却水消耗量则经历先减少后增加的过程,并在450℃附近达到最小值。     

CO2钙基吸附剂在急速加热下释放机理的研究

利用自主开发的急速加热和快速质谱气固相反应分析仪进行了CO₂钙基吸附剂N₂气氛中300℃/s、500℃/s、600℃/s、800℃/s高加热速率下释放机理的研究,实验发现CaCO₃的热分解速率随着加热速率的提高而提高。根据最可几动力学模型函数判定方法,求得动力学三因子为：E = 129.38 kJ/mol,n = 6/5,A = 806 129 s^-1,反应动力学模型函数为：f(α)=5/2(1-α)[-ln(1-α)]^3/5。结果表明,急速加热器中CaCO₃分解反应速率比在热重分析仪（thermo gravimetric analyzer, TGA）中快,活化能小于同条件下TGA测得的活化能,且动力学机理符合随机成核及长大模型,与TGA等慢速加热实验中测得的收缩核模型存在较大差异。     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

二氧化碳-氮气混合气体在微粉硅胶中生成水合物的 实验研究

空气中CO₂含量的增加导致了全球气候变暖问题。气体水合物能够有效分离出电厂尾气中的CO₂,对改善环境具有重要意义。考察了微粉硅胶（silica gel）中80mol% N₂与20mol% CO₂混合气体水合物形成特性,选取压力范围为6.0 ~ 8.0 MPa,温度范围为 -20 ~ -5℃。研究发现,N₂与CO₂混合气进入反应釜后,直接生成水合物,诱导时间小于1 min。压力越高、温度越低,生成水合物的相对气体消耗量越大,最大的相对气体消耗量为0.115 (mol/mol),水的转化率最大为77.02mol%,前30 min水合物生成速率与压力无关。水合物气体消耗量越大,反应釜中剩余N₂组分的含量越大,最大为90.95mol%。水合物生成驱动力越低,水合物中CO₂ 组分越高。在6.0 MPa、-5℃下,水合物中CO₂组分最大为65.70mol%。