钙钛矿太阳能电池材料缺陷对器件性能与稳定性的影响

基于钙钛矿太阳能电池材料独特的光电特性,特别是光电转换效率在初期短时间内的快速提升,使其成为当前光伏领域中最富吸引力的光吸收材料之一.然而,近年来转换效率的增长步入缓慢阶段,同时材料的长期稳定性也成为商业化应用的关键挑战,这些问题背后的物理机制与材料缺陷密切相关.为进一步提高电池效率和结构稳定性,必须深刻理解和精准地掌握这些缺陷的特性.本文全面回顾了钙钛矿材料中各类缺陷对光伏性能和稳定性的影响,包括传统刚性模型缺陷、非常规性缺陷、复合型缺陷、离子迁移和缺陷对载流子寿命的影响,论述了缺陷与材料结构稳定性之间的紧密关联性,并对未来关于缺陷的研究方向进行了展望.

电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响

电缆终端内部缺陷会造成终端内部电场分布不均、局部温度升高与应力分布变化,可能引发局部放电造成绝缘击穿。为研究终端应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响,分别建立了电缆终端安装不足与安装过盈情况下的电缆终端错位缺陷模型,并进行电-热-力多物理场耦合仿真分析。结果表明:电缆终端绝缘屏蔽层截断处是电缆终端的薄弱部位,终端界面温度和界面压力都会在绝缘屏蔽层截断处发生突变。当电缆终端存在安装不足缺陷时,终端屏蔽层截断处与应力锥根部之间会出现电场升高区域,在安装位置为-7.5 mm时界面温度最高,绝缘界面压力值升高,且安装位置为-2.5mm时绝缘承受的压力值最大;当电缆终端存在安装过盈缺陷时,绝缘屏蔽层截断处会发生电场畸变,电场突变量随着偏移量的增加而增大,在安装位置为+5.0mm时绝缘界面压力值最大,且界面压力突变量增加发生畸变。因此,在电缆终端实际设计安装与运行维护中,额外注意应力锥错位缺陷对终端内部应力分布的影响十分必要。

含椭球腐蚀缺陷对油气管道极限载荷分析

借助Solidworks和ANSYS Workbench有限元分析软件,以单、双椭球腐蚀缺陷为研究对象,考察不同类型缺陷几何因素对管道极限载荷的影响。首先,对于单椭球缺陷,考察缺陷深度、缺陷长度、轴向夹角、长短轴比例变化对极限载荷的影响;其次,对于双椭球缺陷,考察轴向水平距离、环向相距角度变化对极限载荷的影响;最后,利用响应曲面法分析研究单腐蚀缺陷3种缺陷参数对极限载荷的影响。结果表明,对于单椭球腐蚀缺陷,由于缺陷深度、缺陷长度的增大,极限载荷逐渐降低;由于缺陷长短轴比例的减小,极限载荷逐渐降低;由于轴向角度的增大,极限载荷先减小后增大,出现极值;对于双椭球腐蚀缺陷,随着两缺陷轴向水平距离和环向角度的逐渐增大,极限载荷先减小后增大,出现极值;在单一参数中,缺陷深度对极限载荷的影响最为突出;在多参数交互作用中,缺陷长度和缺陷深度的交互作用对管道极限载荷影响最为突出。

电梯井的构造缺陷对隔震结构碰撞危险性研究

本研究以电梯井的构造缺陷为研究对象,运用SAP2000软件模拟建立了一栋10层隔震结构,并针对电梯井周围填充物的不同、电梯井与填充物间距的不同以及电梯井位置的不同这三种情况,进行了碰撞危险性研究。经过时程分析后,发现刚度越大对建筑物的底部加速度影响越大,而对顶层加速度、结构层间位移和层间剪力影响较小,但相比于未碰撞结构的响应要大。同时,碰撞的间距还与地震特性相关。此外,电梯井位于建筑物外侧时,会产生明显的扭转效应,进一步增加结构的响应。综上所述,电梯井的构造缺陷会严重影响隔震结构的减震效果。

界面缺陷对CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响研究

为研究界面缺陷对CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响,制作了3根钢筋混凝土梁对比试件,并进行了四点弯曲试验。同时,采用ABAQUS分析软件建立了非线性有限元模型,并进行了数值模拟分析。结果表明:当存在多个不连续缺陷时,试件上的CFRP提前发生剥离,剥离荷载下降了20.77%,导致试件的破坏模式发生改变,虽然极限荷载仅降低2.46%,但挠度降幅高达15.37%,延性下降显著;界面缺陷附近易产生应力集中,促使多裂缝均衡发展,导致裂缝间距减小;界面缺陷影响CFRP剥离起始发生位置,更易引起CFRP沿试件宽度方向贯穿剥离。

孔洞缺陷对TC4切削加工影响的仿真研究

为研究孔洞缺陷对TC4材料切削加工的影响,使用有限元切削仿真方法对切削过程的应力应变、切屑形态和切削力特点和规律进行研究。通过热力耦合仿真、数据分析、时频分析等方法对含缺陷材料切削过程中的参数的研究,研究结果表明:位于切削路径上的缺陷,在切削完后缺陷处表面出现应力集中,位于切削路径上的缺陷处表面应力值相比无缺陷时明显减大;缺陷位于表层区域时,由于缺陷导致材料内部结构变化,切屑断裂,切屑形态剧烈变化;当缺陷位于切削路径上和表层区域时,切削至缺陷处时切削力发生突变,切削状态发生失稳,并且位于表层区域的缺陷对切削力的突变影响最大;最后通过Choi-Williams时频分析对含不同位置缺陷切削仿真得到的切削力信号进行分析,观察到不同位置缺陷情况下切削力波动的时频信号,判断缺陷的位置。

次生孔隙缺陷对混凝土拉压强度影响试验研究

混凝土内部次生孔隙缺陷对其拉压强度影响显著。运用多种尺寸的EPS颗粒模拟混凝土内部的次生孔隙率与孔径分布,对不同次生孔径及孔隙率下的混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度进行了研究,并基于灰色关联度理论开展了次生孔隙率和孔径对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的关联性分析。研究结果表明:混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均随着次生孔隙率的增大呈近似线性下降趋势。混凝土抗压强度随着次生孔径的增大而下降,而劈裂抗拉强度则随着次生孔径的增大呈先降后增趋势,且孔径为4 mm时降幅达到最大值。随着次生孔隙率的增大,混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的降幅均增大。灰色关联度分析结果表明,相较于次生孔隙率,次生孔径对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响更为显著。

条形缺陷对L360管线钢环焊缝硫化物应力腐蚀开裂敏感性的影响

通过抗硫化物应力腐蚀试验、慢应变速率拉伸试验、氢含量测试等方法研究条形缺陷对H_(2)S环境下L360管线钢环焊缝硫化物应力腐蚀开裂敏感性的影响。结果表明,环焊缝在72%、85%和110%SMYS(最小屈服强度)应力水平下,热影响区出现裂纹且裂纹长度随加载应力增大而增大;条形缺陷环焊缝试样在屈服点后快速发生断裂,其断裂应变(0.024)仅为非缺陷环焊缝试样的21.05%;条形缺陷存在促进氢离子在裂纹尖端聚集从而加剧发生开裂倾向,消氢处理技术可以有效降低氢含量,降低环焊缝抗硫化物应力腐蚀开裂敏感性降低。

体空位缺陷对氧化铝二次电子发射特性的影响分析

基于第一性原理和蒙特卡罗模拟方法,系统地研究了氧化铝晶体内部O空位缺陷和Al空位缺陷对二次电子发射特性的影响.密度泛函计算结果表明,空位缺陷会导致能带结构发生改变,其中Al空位缺陷的存在使得禁带宽度变窄,费米能级降低至价带内部.在此基础之上,获得了不同晶体结构下的弹性和非弹性平均自由程.氧化铝中存在Al空位缺陷时的弹性平均自由程最大,而存在O空位缺陷时的非弹性平均自由程最大.为了分析不同缺陷浓度下的二次电子发射特性,对已有蒙特卡罗模拟算法进一步优化.模拟结果表明,随着O空位和Al空位缺陷占比的增加,最大二次电子发射系数随之而下降.相比于Al空位缺陷,相同缺陷占比下O空位缺陷导致二次电子发射系数降低更多.

对位芳纶的结构与缺陷对其力学性能的影响

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性能以及阻燃性能,在航空航天、国防、民用等领域得到了广泛应用,是一种新型战略性材料。对4种不同规格的对位芳纶的力学性能、相对分子质量、聚集态结构以及纤维表面及内部缺陷进行研究,建立纤维结构、缺陷与性能之间的关系。结果表明:在具有相同化学分子结构的前提下,聚合物相对分子质量是影响纤维力学性能的重要因素之一,随着相对分子质量的增加,纤维的强度和模量增加。对位芳纶的拉伸强度主要与其结晶度、取向度、表面缺陷以及内部微孔缺陷有关,其中结晶度和微孔缺陷最为重要。纤维的模量主要与纤维的取向度有关,结晶度及纤维内外部缺陷对纤维模量的影响较小。

熔焊缺陷对镍基高温合金GH4065A疲劳行为的影响

采用SEM和EBSD显微分析手段研究镍基变形高温合金GH4065A熔焊焊点的缺欠组织,并对比研究无焊点、有密排焊点和疏散排布焊点3种GH4065A带中孔薄板试样分别在低周和低高周复合疲劳载荷下的寿命差异和断裂方式差异。结果表明:焊点组织中存在未熔合孔洞、凝固裂纹和液化裂纹,是导致含焊点试样低周和低高周复合疲劳寿命大幅下降的主要熔焊缺陷。这些熔焊缺陷的存在使得疲劳裂纹从无焊点试样的中孔内表面处转为在焊点处优先形成,导致700℃/700 MPa低周疲劳寿命的下降幅度可达44%~83%。在600℃和700℃低高周复合载荷(静应力700 MPa+动应力100 MPa)下,熔焊缺陷不仅使得裂纹源从中孔内表面处转为在焊点处优先形成,也改变了裂纹扩展方式,增大了沿晶扩展倾向。这使得低高周复合疲劳寿命在两种温度下均大幅下降超过85%。由于密排焊点因距离中孔结构更近,密排焊点试样低周疲劳寿命低于疏散排布焊点试样,但这种焊点情况差异对低高周复合疲劳寿命的影响不大。

构造煤结构缺陷对硫化氢吸附及扩散特性的影响

探究构造煤结构缺陷对煤中H_(2)S吸附和扩散特性的影响效应,对于理解和改善煤矿安全具有重要意义。通过分子模拟技术,构建了初始芳香片层(CS)模型、边界类(SW)缺陷模型、单空位(SV)缺陷模型、双空位(DV)缺陷模型和多空位(MV1和MV2)缺陷模型,研究了缺陷构型对H_(2)S吸附和扩散的影响。结果表明:H_(2)S吸附量与煤体孔隙率呈正相关,不同构型中H_(2)S饱和吸附量存在差异,在DV缺陷构型中最大,在CS构型中最小,且CS构型中吸附的H_(2)S分子分布均匀,缺陷构型中H_(2)S分子优先吸附在对应的缺陷位置周围,煤体结构缺陷的存在更有利于H_(2)S的吸附。在温度为298.15 K,308.15 K和318.15 K条件下,H_(2)S在不同缺陷构型中的扩散系数和扩散活化能均大于在CS构型中的扩散系数和扩散活化能,H_(2)S在不同缺陷构型煤中更容易扩散。

Fe、La掺杂和氧缺陷对CeO_(2)表面吸附As_(2)O_(3)的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了As_(2)O_(3)(g)在Fe、La掺杂CeO_(2)(110)表面及氧缺陷LaCeO(110)表面的吸附行为,探索了LaCeO表面砷吸附能力显著高于FeCeO表面的主要原因。结果表明,As_(2)O_(3)(g)的吸附效果与吸附位点数量、吸附能、键长和电荷转移密切相关。纯CeO_(2)表面的吸附主要为化学吸附,吸附能绝对值大于−4.22 eV,电荷转移量为(−0.19)−(−0.31)e,As_(2)O_(3)得到电荷带负电,起表面受主作用,因此吸附量较小。FeCeO(110)表面新增Fe顶位和Bridge-2桥位两个吸附位,其中,Fe顶位为化学吸附,Fe掺杂改变了FeCeO表面电子分布和晶格结构,但并未改变As_(2)O_(3)与FeCeO之间的电荷转移方向,因此,As_(2)O_(3)仍呈负离子形式吸附。LaCeO(110)表面新增了三个吸附位:La顶位、Bridge-3桥位和Hollow-2空位,La掺杂改变了As_(2)O_(3)与LaCeO之间的电荷转移方向,使得As_(2)O_(3)失电子呈正离子吸附,起表面施主作用,因此,吸附能力增强。无O_(2)环境下,单一O缺陷LaCeO(110)表面吸附能力低于完整LaCeO表面;有O_(2)环境下,O缺陷有利于As_(2)O_(3)的吸附。

初始几何缺陷对含粮食钢筒仓的屈曲影响

大型钢筒仓作为典型的薄壁结构,被广泛应用于工农业中储存大量颗粒状固体物料。为了明确钢筒仓在卸料作用下对其稳定性的影响,基于欧洲钢筒仓设计规范,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,将完善钢筒仓一阶特征值屈曲模态作为初始几何缺陷,研究其在卸料作用下的变形特征、屈曲模态和径向位移。结果表明:钢筒仓在卸料过程中受复杂侧压力和摩擦力的作用会引起仓壁失稳破坏;初始几何缺陷的存在进一步降低了钢筒仓的抗屈曲能力。本文研究结果可为钢筒仓储料发展提供一定的工程实用价值。

基于第一性原理研究缺陷对单层WSe_(2)结构的光电性质的影响

二硒化钨(WSe_(2))具有许多优异的性能,在自旋电子和光电子学的应用中具有极好的潜力,研究缺陷WSe_(2)的电子结构有助于理解载流子掺杂、散射等效应,对其在电子和光电器件中的应用有重要意义。基于密度泛函理论,研究了五种缺陷对WSe_(2)的电子结构和光学性质的影响。对于实验结果进行分析,缺陷对于单层WSe_(2)调控能力较强,其中钨(W)原子与硒(Se)原子位置互换的替位缺陷模型增强了材料的导电性。引入缺陷后材料的光学性质发生较大变化,缺陷结构与本征WSe_(2)结构相比,其长波吸收能力得到了提升,为WSe_(2)在光探测领域的运用提供了理论基础。

气孔缺陷对Q355B对接接头疲劳行为的影响

通过疲劳试验、硬度测试、显微组织观察,对焊缝宽度为20,25,30mm的含气孔缺陷Q355B对接接头单轴应力状态下的疲劳性能进行研究。研究结果表明,随着应力水平由220MPa降至160MPa,对接接头疲劳寿命离散性增加,微观破坏形式由穿晶破坏变为沿晶破坏;对接接头疲劳断裂均由多个疲劳源共同作用,约41%的对接接头因表面缺陷断裂于母材;当气孔缺陷位置相同时,焊缝宽度越小,对接接头疲劳寿命越短;当气孔缺陷位置不同时,缺陷越靠近底面,对接接头疲劳寿命越短;在相似的应力水平和缺陷尺寸下,焊缝中心气孔缺陷对焊缝影响更大,处于边缘的气孔缺陷对母材影响更大。

常见点缺陷对硅光电池响应特性的影响

研究了硅光电池中常见点缺陷对器件在激光辐照下的响应特性的影响。根据第一性原理建立了晶胞模型,比较了空位缺陷以及含Fe,Cu杂质状态下硅材料的态密度图,在此基础上分析了常见点缺陷对硅光电池响应特性的影响。由于半导体材料对温度敏感,当光电池受激光辐照而出现温度变化时,其光电响应输出特性会发生变化。从光伏器件的光生电动势原理出发,根据响应输出模型以及一维热传导方程,计算了1064nm激光辐照下,空位和金属杂质两种本征点缺陷对光电池响应特性的影响规律。结果表明:空位和金属杂质两种缺陷都能够改变硅材料的能带结构和响应特性。当激光辐照波长为1064nm,功率密度为4×10^(5) W/cm 2时,其中间隙原子为Fe时对材料的电子结构和光学性质的影响最大。此时材料吸收系数高达23952cm^(-1),且量子效率值最大,导致光电池响应最为强烈,输出电压最小。

Q390坯料裂纹与轧制缺陷对应性分析

Q390热轧无缝钢管的发纹缺陷一直是影响钢管一次合格率和成材率指标的重要原因之一。发纹缺陷的产生原因主要与连铸管坯质量有关。本文通过轧制试验分析了坯料裂纹缺陷与轧制缺陷的遗传对应关系和缺陷变化情况,分析坯料到成品脱碳层的变化情况。

机械-电化学耦合作用下管道缺陷对应力腐蚀的影响

基于有限元数值模拟方法,研究高强度管线钢在不同应力应变和不同缺陷尺寸下的应力腐蚀行为。结果表明,相较于弹性变形阶段,塑性变形阶段的机械-电化学耦合效应更加显著,缺陷深度相较于缺陷长度对应力腐蚀速率的影响更大。

横向拼接缝胶结缺陷对混塔极限状态受力特性的影响分析

水平拼接缝是混塔的重要装配节点,混塔的水平缝主要通过涂抹环氧树脂结构胶来进行拼接,该拼接方式能较好增强混塔整体性。但是,环氧树脂结构胶施工受天气和人为操作因素的影响较大,常出现涂抹不均匀、不密实等现象,引发系列工程隐患。基于有限元分析软件,以实际工程为背景,采用工程算法研究了混拼接缝缺胶工况对混塔受力特性的影响。结果表明:水平拼接缝缺胶对混凝土节段管片的受力特性影响较大,缺胶比例和缺胶深度会导致塔筒管片边缘局部产生应力集中的现象,当缺胶比例达到8%时,承载力计算值已达到临界值。