具有陷光结构的半透明有机/铜锌锡硫硒四端串联太阳能电池

采用半透明有机太阳能电池和铜锌锡硫硒太阳能电池构成四端串联太阳能器件,并且利用表面具有微型金字塔结构的微米聚二甲基硅氧烷(PS-PDMS)膜的减反射作用来提高太阳能电池的效率。为了研究PS-PDMS的尺寸和放置位置对四端串联太阳能电池性能的影响。制备了尺寸分别为18μm、14μm和9μm微型金字塔结构的PS-PDMS薄膜,比较了不同尺寸下PS-PDMS薄膜的减反射效果,发现9μm尺寸的PS-PDMS薄膜的减反射效果最好。将9μm尺寸的PS-PDMS薄膜用在四端串联太阳能电池的底电池时,四端串联太阳能电池具有最佳效率。最终获得了效率为11.26%的四端串联太阳能电池。与单结铜锌锡硫硒太阳能电池相比,四端串联太阳能电池的最佳效率提高了27.51%。

半透明钙钛矿太阳能电池关键技术及其应用

光伏发电技术的发展对于我国实现“双碳”目标和构建以新能源为主体的新型电力系统起到重要作用。虽然目前市场主流的晶硅光伏器件规模大、技术成熟,但是它也存在制备工艺复杂、成本高、应用场景有限等问题。半透明钙钛矿太阳能电池技术的开发与应用可以大幅度拓宽光伏发电的应用场景、提高光电转换效率,是新一代太阳能光伏发电技术的典型代表。该文首先阐述钙钛矿材料和半透明钙钛矿太阳能电池的基本特点;接着,从钙钛矿薄膜制备和透明电极开发的维度,总结半透明钙钛矿太阳能电池的关键技术;之后,对半透明钙钛矿太阳能电池在叠层光伏器件和温室农业光伏中的应用展开分析与讨论,并对其在新型电力系统中的作用进行展望。

半透明太阳能电池在BIPV中的适用性研究

半透明太阳能电池因其兼具优秀的发电性能和透光性能而被认为在建筑光伏一体化(BIPV)领域极具应用潜力。为了探究半透明太阳能电池在实际绿建工程中的适用条件和优势体现,并分析利用综合光伏系统实现建筑零碳排放的可能性,以在建的常州市建科大楼为例,以现有的研究数据为依据,用数值模拟的方法对半透明太阳能电池在典型绿色办公建筑中的应用进行研究。研究结果给出了满足建筑采光和减碳需求的具体条件,证实了将半透明太阳能电池应用于绿色建筑的可行性。可作为光伏系统设计问题的一种解决途径,研究结果可作为半透明光伏器件投入实际工程的参考依据。

BIPV用半透明硅基薄膜电池模拟计算

为研究半透明硅基薄膜电池效率与透明度的关系,该文分别采用转移矩阵和AMPS-1D模拟软件进行了计算,建立了两者的定量关系。建立1个兼顾透明度与效率的评价指标,评估应用于光伏建筑一体化(BIPV)的半透明硅基薄膜电池的性能。分析了氧化铟锡(ITO)电极厚度对电池透明度的影响。模拟结果显示:最优的非晶硅和微晶硅半透明硅基薄膜电池效率分别为4.7%、4.6%,其可见光透明度分别为56%、49%,适当的ITO厚度可以使电池透明度提高3%。

应用于光伏型智能窗的半透明钙钛矿太阳能电池:透明度与效率间的对立统一

新型杂化钙钛矿材料因其独特的光电特性可制备成半透明太阳能电池,应用于建筑物幕墙,实现对太阳能的收集。本文从光伏型智能窗的最新研究进展出发,归纳了钙钛矿太阳能电池应用到绿色建筑智能窗的主要方法和目前实现钙钛矿太阳能电池透明化的主要技术,并预测了其应用于智能窗的透明度和效率等问题。此外,采用随机抽样的方法进行用户调研,分析了光伏窗的成本与收益,对其商业应用前景进行了展望。

半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极研究综述

钙钛矿太阳电池由于具有独特的光电性能及制造工艺简单、低成本等特点而引起人们极大的关注。在钙钛矿太阳电池出现后的短短几年之内,其效率取得了突飞猛进的发展。在这个过程中,半透明钙钛矿太阳电池由于应用潜力巨大也受到越来越多的关注。特别是其与传统的硅电池或者铜铟镓硒电池组成的叠层太阳电池,由于其能够更加合理地利用太阳光谱而被认为是提升太阳电池光电转换效率的一条有效途径。到目前为止,半透明钙钛矿太阳电池的最高效率已达17.9%,叠层太阳电池的最高效率已达25.5%。顶部透明电极是半透明钙钛矿及叠层太阳电池的关键研究内容之一。对半透明钙钛矿及叠层太阳电池来说,理想的顶部透明电极应具有高透过率、低电阻、良好的化学稳定性以及能够在低温下制备等特点。截至目前,多种透明电极已经被应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中,包括银纳米线、碳纳米管、超薄金属、石墨烯、导电聚合物以及透明导电氧化物等。银纳米线透明电极的光电性能良好,但稳定性较差,易与钙钛矿中的卤离子反应导致器件恶化,且在空气中易被氧化和腐蚀。超薄金属电极往往不能同时具有较高的导电性和光学透过率,需要引入合适的缓冲层来促使其均匀生长,但同样存在稳定性较差的问题。碳基透明电极的稳定性很强,但是其光电性能有待提高。透明导电氧化物具有良好的光电性能和稳定性,但往往采用溅射的方式制备,在溅射的过程中容易损伤钙钛矿活性层,需要引入合适的缓冲层。本文归纳了应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极的研究进展,分别对透明电极的种类、光电性能、制备工艺进行了系统的介绍,对比了各种透明电极光电性能及制备工艺的优缺点,分析了它们在研究中面临的问题并展望了其发展前景,以期为应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池的透明电极研究提供有益的参考。

基于非富勒烯电子受体的半透明有机太阳能电池

半透明有机太阳能电池以其独特的光电特性在建筑集成光伏上具有广阔的应用前景。非富勒烯小分子受体近几年发展十分迅速。其中,基于非富勒烯小分子受体的半透明有机太阳能电池具有较高的光电转换效率和平均可见光透过率,因而得到了广泛关注。本文总结了近几年来非富勒烯受体型半透明有机太阳能电池的最新研究进展,探究活性层材料设计及器件构型优化对半透明有机太阳能电池的影响,希望为半透明有机太阳能电池在今后研究中新材料体系的优选提供一定的参考。

超薄Ag透明电极的厚度对半透明有机太阳能电池光伏性能的影响

基于热蒸镀法制备了超薄透明银(Ag)电极,将其利用在半透明有机太阳能电池中,研究了超薄Ag透明电极的厚度对半透明有机太阳能电池透射率和光伏性能的影响。测试不同厚度Ag透明电极的透射率发现,当Ag电极厚度由15 nm增加到20 nm时,可见光区的透射率逐渐降低。透明Ag电极的厚度在18 nm时,器件在可见光区的平均透射率为23.02%,光电转换效率(PCE)可达到2.70%,比不透光器件的PCE数值3.93%降低21.95%。

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。

半透明太阳能电池的热力学极限效率研究

半透明太阳能电池可充分利用现代建筑的太阳照射面积,具有广阔的应用前景,其热力学极限效率是重要的基础问题。本工作将已有研究中用于建筑窗户的无色半透明太阳能电池拓展至可安装于建筑幕墙表面的彩色半透明太阳能电池,基于细致平衡原理计算其热力学极限效率,以便更全面地描绘半透明太阳能电池在建筑一体化应用的前景。结果表明,用于窗户的无色半透明太阳能电池的极限效率为18.1%,而安装于蓝色建筑幕墙表面的半透明太阳能电池的极限效率高达28.3%,提升了10个百分点。本研究的彩色半透明太阳能电池扩大了可利用的太阳照射面积,有望弥补太阳能能量密度低的问题。研究结果可以指导选择合适的半导体材料和设计新材料。

超96%近红外光隔热率的高性能半透明有机太阳能电池

半透明光伏是一种广受关注的太阳能光电转换技术,在吸光供能的同时,还可以保留一定的透光性.但半透明有机太阳能电池(semitransparent organic solar cells,STOPV)要想实现应用,必须解决能量转换效率(power conversion efficiency,PCE)、可见光透过率(average photopic transmittance,APT)与近红外光隔热率(infrared-light rejection rate,IRR)有机统一的问题.不同于传统的单一优化策略,本文工作通过采用高性能三元策略和多层光学调控层的方法来协同改善STOPV的性能.材料层面,通过结合宽带隙给体和2个吸收相似但对称性不同的近红外受体分子,将单结三元不透明有机太阳能电池的效率优化至18.66%.器件层面,提出三重光学调控方案,同时引入减反射层(anti-reflection layer,ARC),二氧化碲(tellurium dioxide,TeO_(2))光学层和带通滤光片(bandpass filter,BF),来优化器件的透光性.最终制备的最佳STOPV,其PCE和APT分别达到了12.82%和35.70%,对应的光利用效率(light utilization efficiency,LUE)为4.6%,并且近红外光隔热率达到96.8%,实现了PCE、APT和IRR的均衡提升.本文提出了一种开发设计高性能STOPV的有效方案,有利于进一步推动STOPV的商业化应用进展.

半透明Cu2O/ZnO异质结的制备及其光电性能研究

为研究具有更好材料稳定性的半透明薄膜太阳能电池,本文采用直流磁控溅射技术沉积氧化亚铜(Cu2O)薄膜和氧化锌(ZnO)薄膜,制备了Cu2O/ZnO异质结.使用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、薄膜测定系统和太阳能模拟器,研究在不同氩/氧气体流量比的条件下制备的Cu2O层对异质结的材料特性、光学特性及光电特性的影响.研究结果表明:在一定氩/氧气体流量比范围内制备的Cu2O/ZnO异质结,在AM1.5的标准模拟太阳光的照射下具有一定的光电转换能力,可作为半透明太阳能电池的换能单元.

无电子传输层半透明钙钛矿太阳电池的仿真研究

无电子传输层半透明钙钛矿太阳电池在叠层太阳电池的应用上有着良好的应用前景。本文利用SCAPS软件对无电子传输层半透明钙钛矿太阳电池进行建模仿真,从理论上分析器件性能提升的关键因素。仿真结果表明,为了得到高转换效率的器件,入光侧透明导电层(TCO)功函数应低于3.5 eV,背光侧TCO功函数应高于4.9 eV。同时,要降低钙钛矿薄膜缺陷密度至1×10^(15)cm^(-3)以下。此外,TCO与钙钛矿薄膜界面、钙钛矿薄膜与Spiro-OMeTAD界面的缺陷态密度应分别控制在1×10^(16)cm^(-3)和1×10^(19)cm^(-3)以下。

柔性及半透明钙钛矿太阳能电池

近几年来,有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池的效率突飞猛进,仅仅4年时间里,基于这类材料的固态太阳能电池效率已经达到了经过认证的22.1%.该效率能够与商用的硅基太阳能电池相媲美,并且已远超有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池的效率.除了可观的效率,相较于其竞争对手,该类材料具有适应于低温/空气中的溶液处理的能力以及更好的柔性,使其在大规模制备上具有成本优势以及能更好地应用于可穿戴电子设备的能力.本文聚焦于柔性及半透明钙钛矿太阳能电池近期的发展.在柔性钙钛矿太阳能电池方面,讨论了两种主要的器件结构:平面型及纤维型;而在半透明钙钛矿太阳能电池方面,则讨论了两种主要的构造策略:减少膜厚及形成孤立的岛状结构.鉴于该类材料的优势和特性,我们可以确信其在柔性及半透明太阳能电池领域的应用潜力,而这些应用也将进一步推动基于该类材料的太阳能电池的发展.

双面钙钛矿太阳能电池:不局限于反射利用的通用组件

双面钙钛矿太阳能电池能够充分利用环境的反射和散射光,从而提高光伏电站的能量产量,并为建筑-光伏一体化提供更出色的美学设计,然而,双面电池的潜力不仅限于这些传统应用,它还可以作为子组件用于构建叠层电池,或与光子工程材料相结合,实现单结电池的全光谱能量利用.本综述从双面钙钛矿太阳能电池的结构入手,主要介绍了其在反射利用、半透明电池和叠层电池等方面的潜在应用,同时指出了目前面临的一些挑战,如稳定性、大面积制备、背电极载流子复合和铅毒性等问题.此外,通过详细介绍双面钙钛矿太阳能电池的设计策略和应用场景,本综述展示了光伏器件采用双面结构后所带来的巨大优势,引领了通过双面结构来提升单结性能的研究方向,为钙钛矿光伏产业化开辟了新的发展路径.