多层结构聚丙烯酰胺水凝胶太阳能蒸发器的制备及性能

优化设计太阳能蒸发器的结构并提高光热转换效率是改善其蒸发性能的有效途径。本工作基于原位自由基聚合反应,设计了一种多层结构的聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶太阳能蒸发器并研究了其性能。该水凝胶由底部PAM/纳米纤维素(PAM/CNF)水运输层、中部PAM/碳纳米管/氮化钛(PAM/CNTs/TiN)光热转换层以及顶部“孤岛”状PAM/空心MXene微球(PAM/HSMX)构成的粗糙表面层组成。这种设计构建的PAM/CNF-PAM/CNTs/TiN-PAM/HSMX多层结构水凝胶太阳能蒸发器(ML-SVG)不仅能够提高光热转换效率,减少热量的损耗,而且促进了水分的运输,从而赋予ML-SVG优良的蒸发性能。ML-SVG在2kW·m^(-2)太阳光照射下的蒸发速率达到2.2kg·m^(-2)·h^(-1),同时具有优良的循环使用性能,高效的污水净化和盐水淡化性能。

碳氮化钛/粘胶纤维束集合体太阳能界面水蒸发器的制备及其性能

为提高太阳能光热转化效率,基于太阳能驱动的界面水蒸发原理,结合粘胶纤维的形貌和性能特点,通过在垂直排列的粘胶纤维束端面构筑碳氮化钛(MXene)作为光热转化层,制备MXene/粘胶纤维束集合体太阳能界面水蒸发器,并系统分析MXene涂层数、光照强度对太阳能界面水蒸发器蒸发性能及稳定性的影响。结果表明:粘胶纤维表面的沟槽结构及其集合体垂直排列形成的毛细孔为水传输提供了有利通道;纤维束集合体端面涂覆光热转换材料MXene和增加光照强度有利于提高器件的水蒸发性能,当MXene涂层数由1层增加至5层时,其蒸发速率和蒸发效率分别从0.78 kg/(m^(2)·h)和39.4%提高至1.47 kg/(m^(2)·h)和74.4%;随着光照强度的增大,太阳能界面水蒸发器的蒸发性能也随之大幅提高,当光照强度由1 kW/m^(2)增加到5 kW/m^(2)时,其蒸发速率由1.47 kg/(m^(2)·h)提高至6.45 kg/(m^(2)·h),蒸发效率由70.6%提高至82.4%;太阳能界面水蒸发器在2 kW/m^(2)的光照强度下使用144 h后,其蒸发速率和蒸发效率仍分别高达3.31 kg/(m^(2)·h)和82.1%,与初始值相比仅降低4.1%和3.5%,具有较好的稳定性能。

基于多目标算法集热/蒸发器微通道结构优化

为提升微通道集热/蒸发器流动与传热性能,该研究通过多目标算法对集热/蒸发器微通道孔结构进行优化。首先,建立集热/蒸发器流动传热耦合模型,通过试验验证模型准确性;其次,采用响应曲面法拟合集热效率和压降的目标函数,建立以微通道集热/蒸发器结构参数为变量的双目标优化模型,并通过多目标粒子群优化算法得到集热效率和压降的Pareto优化解集,用K-means聚类算法对优化解集进行分类;最后,采用不同季节典型工况试验数据确定最佳微通道孔结构尺寸。研究结果表明:集热效率和压降目标函数的决定系数R^(2)分别为0.995和0.999,拟合精度高;孔长、孔宽及孔间距对集热效率和压降影响显著;最终确定孔长1.27 mm、孔宽1.53 mm、孔间距0.39 mm为最佳微通道孔结构尺寸,与原结构相比,集热效率平均提高了8.29%,压降平均降低了11.05%。此方法提供了一定工况范围的优化解集,提升了微通道集热/蒸发器流动与传热性能。

影响钙钛矿/异质结叠层太阳能电池效率及稳定性的关键问题与解决方法

高效且稳定的钙钛矿/异质结叠层太阳能电池是学术界与工业界共同探索的方向,目前小面积叠层太阳能电池效率优势已然非常明显,但在商业化推进过程中,叠层路线在电池结构设计与界面调控、钙钛矿材料选型与优化、器件尺寸放大以及稳定性等方面仍存在许多挑战.本文通过收集相关文献资料,包括实验数据和理论模拟结果,对钙钛矿/异质结叠层太阳能电池的研究现状进行分析,认为未来的研究方向可能涉及叠层顶电池的界面调控及组件互联结构设计等关键问题.因此,文章重点阐述钙钛矿/异质结叠层太阳能电池各关键材料层的优化选型、钙钛矿带隙优化与离子迁移抑制、层间界面传输调控、底电池连接层优化及组件互联与封装方式优化.基于现有研究成果对叠层太阳能电池技术进行了总结和探索展望,旨在为后续叠层太阳能电池结构设计的各关键问题提供方向性解决建议.

氧化锆间隔层的低温喷涂制备及其三层结构钙钛矿太阳能电池应用性能

氧化钛/氧化锆/碳三层结构钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)具有原材料廉价、制备工艺易放大和稳定性好等优势,受到了广泛关注。但三层结构PSCs的低温制备研究进展缓慢,主要原因之一在于难以在低温条件下构建合适的氧化锆间隔层。本研究以尿素为孔隙率调节剂,用简单的喷涂法制备多孔氧化锆间隔层用于三层结构PSCs。通过调节喷涂次数优化氧化锆层厚度为1100 nm时,电池的性能最优,单电池功率转换效率达到14.7%,5块电池串联模块(5×0.9 cm×2.5 cm)达到10.8%。PSCs在恒温恒湿箱(25℃,湿度40%)保存200 d,功率转换效率保持稳定,没有明显下降。柔性基底上的氧化锆层经50次弯曲测试后保持完整,未见脱落。与传统的丝网印刷氧化锆间隔层制备方法相比,本研究的喷涂方法具有方法简便、操作温度低、与柔性基底兼容性好的优点。

a-Si/μc-Si叠层结构太阳能电池中的光诱导性能衰退

通过应用 Scharfetter- Gummel解法数值求解 Poisson方程 ,对经高强度光辐照过的a- Si/ μc- Si叠层太阳能电池进行计算机数值模拟分析。结果表明 ,光生空穴俘获造成的 a- Si∶H(与μc- Si∶ H)中正空间电荷密度增加改变了电池内部的电场分布 ,普遍抬高 a- Si∶ H薄膜中电场强度。在光照射下 ,空间电荷效应不会给 a- Si/μc- Si叠层结构中的 a- Si∶ H薄膜带来准中性区 (低场“死层”) ,因而没有发生 a- Si/μc- Si叠层太阳能电池顶电池 (a- Si∶ H p- i- n)的光诱导性能衰退。a- Si/μc- Si叠层结构太阳能电池具有较高的光稳定性。

聚合物太阳能电池结构对光敏层光强的影响

采用正交实验设计方法,通过Matlab模拟研究了聚合物太阳能电池(PSC)结构对电池内部光强分布的影响。结果表明,阳极修饰层和光敏层的影响较大、阴极修饰层的影响较小,引入厚度合适的阳极或阴极修饰层有利于增加光敏层内部的光强,PSC结构优化对电池光伏性能的提升具有重要作用。

聚合物叠层太阳能电池结构的光学优化

利用中间电极将两层有机太阳能电池串联起来形成的叠层结构能够吸收不同波长的太阳光,从而有效地提高了有机太阳能电池的能量转换效率。本文基于光学薄膜传递矩阵方法(TMM),针对包含了P3HT:PCBM聚合物功能层与Al Cl Pc:C60的有机小分子吸收层的两个光吸收层并且结构为ITO/Al Cl Pc:C60/Ni O/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Li F/Al的叠层器件的光学吸收进行研究。通过优化有机层厚度,器件在780nm-900nm的光学吸收增加了0.2。

本征层为In_xGa_(1-x)N结构柔性太阳能电池研究

本文研究一种可调带隙量子阱结构的柔性衬底太阳能电池及制备方法。本论文研究的太阳能电池具体结构是:Al电极/GZO/P型nc-Si:H/I层本征InxGa1-xN/N型nc-Si:H/GZO/Al背电极/AlN/PI柔性衬底;其制备方法是首先磁控溅射制备AlN绝缘层和Al背电极,然后采用ECR-PEMOCVD依次沉积GZO基透明导电薄膜、N型nc-Si:H薄膜、InxGa1-xN量子阱本征晶体薄膜、P型nc-Si:H薄膜、GZO基透明导电薄膜,最后制备金属Al电极。由于本征层InxGa1-xN量子阱本征晶体薄膜具有可调禁带宽度,对该结构的太阳能电池起着巨大的作用,很大程度上提高了该结构太阳能电池的效率。

染料敏化太阳能电池中空微/纳结构光阳极材料研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)以其低成本、易加工、高转化等特点受到广泛关注,半导体光阳极是DSSC的重要组成部分,其组成和微观结构直接影响电池性能,中空微/纳结构能够提供高表面积、增加染料负载量、促进光捕获,增强电子传输,因而成为近年来光阳极材料领域的一个热点内容。本文综述了中空微/纳结构光阳极材料的研究进展,主要包括空心球、空心盒、核-壳结构、多级空心、多壳层结构等,并着重分析了各个结构特征与光电转换效率的关系和增益机制,探讨了中空微/纳结构光阳极面临的挑战及发展趋势。

采用叠层结构的有机太阳能电池

美国国家标准局（NIST，马里兰州Gaithersburg）最新的研究成果——一种新型的具有商业价值的太阳能电池——使太阳能电池更加接近于实际应用。NIST的科研人员对复杂的有机光电材料进行了深入的研究，这种新材料是有机光电器件的核心部分。

有机小分子太阳能电池:氟代对活性层形貌的精确调控

随着人们对能源和环境问题的重视,太阳能利用已经成为一个非常重要的研究领域。有机太阳能电池因其低成本、轻柔、可印刷制备等优点,成为具有重要应用前景的太阳能利用方式之一。近年来可溶性有机小分子光伏材料以其分子结构明确、高纯度、高重复性等优势引发了科学家们的研究兴趣1。在有机太阳能电池的研究中,反向结构器件具有更好的稳定性,因此提高反向结构有机太阳能电池的效率具有更加重要的意义。

具有多层结构的新型蒸发源

本文报道了一种具有多层结构的新型蒸发源,指出了它的特点和用该蒸发源制备CdS太阳电池的结果。

缓冲层对倒序铜锌锡硫薄膜太阳能电池性能的影响

为研究缓冲层材料的能带结构对倒序铜锌锡硫薄膜太阳能电池中吸收层和电子传输层之间的界面性能及光电转换效率的影响,制备了具有不同能带结构的CdS和ZnS缓冲层。通过紫外吸收光谱、X射线衍射、拉曼光谱、XPS能谱、电化学阻抗谱、强度调制光电流谱和光电流-电压曲线等的测试,对缓冲层和吸收层薄膜的能带结构、晶体结构、界面性能和光电性能进行了分析。结果表明,与ZnS作缓冲层相比,CdS作缓冲层时,缓冲层与铜锌锡硫吸收层形成的界面性能更好,有效促进了光生电子的界面转移和输运,减小了载流子的界面复合,从而显著提高了光电转换效率,最佳实验条件下提高了84.74%。

退火处理ZnPc(OC_8H_(17)OPyCH_3I)_8阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池

制备了以Zn Pc(OC8H17OPy CH3I)8为阴极缓冲层、P3HT∶PCBM为有源层的有机太阳能电池。对阴极缓冲层Zn Pc(OC8H17OPy CH3I)8薄膜分别进行了溶剂蒸汽退火和过渡舱惰性气体流退火处理,并利用原子力显微镜(AFM)对缓冲层表面形貌进行了表征。结果表明:这两种退火方法都使缓冲层形貌得以改善。电池效率从2.14%提高到3.76%,电流密度从8.12 m A/cm2提高到10.71 m A/cm2,填充因子从0.45提高到0.61。与传统器件相比,退火处理的阴极缓冲层器件的稳定性也得到了改善,器件寿命延长了1.4倍。这种简单阴极界面处理方法为改善聚合物太阳能电池性能提供了有效途径。

SiO_(2)-TiO_(2)复合膜在染料敏化太阳能电池中的应用

文章通过Stober法合成粒径为300 nm的SiO_(2)纳米球,将该纳米球以乙醇为溶剂配置成一定浓度的悬浮液,通过旋涂法使其在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的光阳极P25上形成一层薄膜,再将形成的P25-SiO_(2)复合膜放入TiO_(2)溶胶中浸泡一定时间,使得光阳极上的SiO_(2)纳米球被TiO_(2)纳米粒子包裹,形成SiO_(2)-TiO_(2)核壳结构薄膜。与没有散射层的DSSCs相比,以该核壳结构薄膜作为DSSCs的光散射层电池的光电转换效率提高了18%。

基于氧化镱缓冲层实现高效反式结构钙钛矿太阳能电池

为了实现碳中和,能源结构的转型势在必行.太阳能转化的电能在终端能源消费中的比重逐年增长,离不开太阳能电池技术的不断革新.其中,基于金属卤化物钙钛矿的太阳能电池经过10多年的迅猛发展,其光电转换效率已经可以与传统晶硅太阳能电池相媲美,在未来大规模的产业化进程中也被寄予厚望.钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)按器件结构主要分为两类:一类是正式结构电池.

“死层”掺杂浓度和厚度对太阳能电池性能的影响

通过金属辅助化学刻蚀及碱修饰方法制备纳米结构多晶硅太阳能电池,按照"死层"模型运用PC1D模拟软件拟合样品的内量子效率曲线。以"死层"掺杂浓度和厚度变化,分析"死层"结构参数对纳米结构多晶硅太阳能电池的内量子效率曲线、开路电压、短路电流和电池效率的影响。研究表明,当掺杂浓度减少到与第2层发射区相同时,拟合电池效率可达18.10%,比样品电池效率提高0.35%;当"死层"厚度变为0时,拟合电池效率可达18.31%,比样品电池效率提高0.56%。

化学所在叠层有机太阳能电池材料与器件制备方面取得系列进展和效率突破

叠层器件结构可有效地拓宽太阳能电池的光响应范围，在提升各种类型光伏电池的光电转换效率方面具有重要应用。相比于单结电池，叠层电池中涉及更多类型的光电活性和电极修饰层材料、且具有更加复杂的器件结构，实现高效率的叠层电池材料与器件制备是一项十分具有挑战性的工作。在关键材料方面，高效率叠层有机太阳能电池需要分别具有较宽和较窄光学带隙的子电池活性层材料以及用于联结子电池的中间连接层材料。

化学所叠层有机太阳能电池材料与器件制备取得系列进展

叠层器件结构可有效拓宽太阳能电池的光响应范围，在提升各种类型光伏电池的光电转换效率（PCE）方面具有重要应用。相比于单节电池，叠层电池中涉及更多类型的光电活性和电极修饰层材料、且具有更加复杂的器件结构，实现高效率的叠层电池材料与器件制备是一项十分具有挑战性的工作。