钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展及展望

综述近年来钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展现状,介绍钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池技术在效率和可靠性方面的优势。从工艺优化、结构协同设计和性能优化等方面对钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池进行总结,着重讨论叠层结构的每个子单元太阳电池复杂的协同效应。

反溶剂对CsPbBr_(3)太阳电池性能的影响

分别在钙钛矿前驱体中添加一系列的反溶剂乙酸乙酯(EA)和乙腈(ACN),制备出不同形貌的CsPbBr_(3)薄膜,探究薄膜质量与太阳电池性能的内在联系。结果表明,在大气制备环境中,反溶剂有助于CsPbBr_(3)晶粒的生长,薄膜表面缺陷明显减少,太阳电池各性能参数(短路电流密度、开路电压以及填充因子)均有所提升,尤其是添加乙腈(V(PbBr_(2)/DMF)∶V(ACN)=10∶1)后,光电转换效率(PCE)从3.16%提高到7.10%。

弱光下锑基太阳电池的光谱响应与性能优化

锑基薄膜太阳电池因其制备方法简单,原材料丰富,光电性能稳定等优点而得到了快速发展。其中锑基吸光层材料(硫化锑、硫硒化锑、硒化锑)具有高吸收系数特点,因而在室内或者水下等弱光条件下具有相当大的应用潜力。通过构造两种衰减光谱以研究新型锑基薄膜太阳电池在弱光下的光电响应。首先通过厚度调节硒化锑太阳电池的吸光能力,发现当吸光层厚度较薄时,电池的光电转换效率存在较大差值;而当吸光层厚度过厚时,电池性能又因载流子复合的增大而降低。在吸光层厚度处于合适的0.4~1.2μm之间时,硒化锑太阳电池在长波衰减光谱和短波衰减光谱下都能获得高于16%的转换效率。然后通过硒含量调节锑基太阳电池的光谱吸收范围,发现长波衰减光谱下,锑基太阳电池的器件性能显著高于标准光谱,并且在20%~40%硒含量下能够获得最佳的转换效率。而在短波衰减光谱下,锑基太阳电池的最佳性能出现在硒含量为60%的情况下。因而在弱光条件下,锑基太阳电池的最佳硒含量需要通过具体的光谱特性确定。最后研究了两种衰减光谱下,硫化锑/硒化锑双结叠层太阳电池的光谱响应特性。发现在短波衰减光谱下,叠层太阳电池效率会随着总厚度的增加而增加。而在长波衰减光谱下,叠层太阳电池的最佳性能能够一直保持在较高水平。当叠层电池总厚度为2μm,且硫化锑顶电池厚度在0.5~1.2μm之间时,器件在两种衰减光谱下都能够实现光谱能量在两个子电池中的合理分配,使得叠层电池效率能够保持在20%以上。通过该研究对锑基太阳电池器件结构的合理设计,能够保证单结和双结器件在不同弱光条件下的高性能输出,为高环境适应性的锑基薄膜太阳电池的研发提供技术支持。

InP衬底上制备GaInAsP/GaInAs双结太阳电池的研究

基于InP衬底的GaInAsP/GaInAs太阳电池是制备五至六结叠层太阳电池必需的低带隙子电池。采用MOCVD制备了与InP衬底晶格匹配的Ga_(0.47)In_(0.53)As三元材料和Ga_(0.16)In_(0.84)As_(0.3)P_(0.7)四元材料,禁带宽度分别为0.77和1.11 eV,它们都具有较高的晶体质量。以此为有源层制备了GaInAsP/GaInAs双结叠层太阳电池,该双结太阳电池的开路电压为1.09V,光电转换效率为11.2%(AM0,25℃)。

基于金刚线切片的钙钛矿/硅叠层太阳电池

提出一种免空穴传输层的策略,将自组装单分子层材料作为钙钛矿活性层的添加剂,通过一步旋涂法直接将钙钛矿薄膜制备在导电基底表面,其中薄膜的质量与均一性都得到改善。进一步地,将该方法应用在低成本的商用金刚线切片上,可在高粗糙度的硅表面制备出覆盖度高、形貌致密、无空洞的钙钛矿薄膜。在光电性能方面,用该方法得到的单结钙钛矿太阳电池的光电转换效率为21%,填充因子高达83%,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池的光电转换效率为28%。

低轨倾斜轨道卫星太阳电池阵防遮挡设计与分析

低轨倾斜轨道卫星轨道面光照角周期变化,太阳电池阵受照情况复杂,其输出电流呈现波动。为此,文章分析卫星各种工况下的本体遮挡面积,结合太阳电池阵遮挡工作特性分析及阴影遮挡试验结果,开展太阳电池阵防阴影遮挡设计,并采用投影法进行卫星本体遮挡影响分析。结果表明:卫星本体遮挡时,电流损失预计值与在轨遥测电流损失值基本一致,分析误差小于2%。上述分析结果可为卫星复杂遮挡工况下电源系统能量平衡设计提供参考。

温度对Ga_(0.84)In_(0.16)As/Ge_(0.93)Sn_(0.07)双结太阳电池的性能影响

基于Varshni半导体材料带隙对温度的响应模型和Caughey-Thomas经验模型对晶格匹配的Ga_(0.84)In_(0.16)As/Ge_(0.93)Sn_(0.07)双结太阳能电池进行模拟,研究温度对材料带隙E_(g)和反向饱和电流密度J_(0)的影响,探索太阳能电池性能参数如短路电流密度J_(sc)、开路电压V_(oc)、填充因子FF和转换效率η的温度依赖性。结果表明,250~400 K温度范围内,Ga_(0.84)In_(0.16)As和Ge_(0.93)Sn_(0.07)带隙随着温度的升高分别以-0.412、-0.274 meV/K的速率呈近似线性下降;随着材料内部温度的增加,各子电池的J_0呈指数型增长,J_(sc)和V_(oc)的温度系数分别约为12.86μA/(cm^(2)·K)和-3.48 mV/K,FF从0.87降低至0.78,η从31.39%降低至17.69%。其中,Ge_(0.93)Sn_(0.07)子电池的J_(sc)、V_(oc)、FF和η的温度系数分别约6.59μA/(cm^(2)·K)、-1.76 mV/K、-0.213%/K和-0.042%/K,表明GeSn材料的温度特性不同程度地优于常规Ⅲ-Ⅴ多结电池中的Ge子电池的温度特性。该研究结果有助于推动GaInAs/GeSn基多结太阳电池的低成本发展与应用。

锗溴混合掺杂调控钙钛矿太阳电池光电特性的第一性原理研究

采用第一性原理方法对锗溴混合掺杂下甲胺基钙钛矿(MAPbI3)材料的能带结构、态密度、介电函数和吸收光谱进行研究。构建MAPbI_(3)、MAPb_(0.75)Ge_(0.25)I_(3)、MAPbI_(2.5)Br_(0.5)、MAPb_(0.75)Ge_(0.25)I_(2.5)Br_(0.5)这4种钙钛矿结构模型并优化其结构,得出光电特性。研究结果表明,锗溴混合掺杂可改变价带顶与导带底位置及斜率,调控带隙值大小,同时混合掺杂也会改变价带顶与导带底的斜率,4种钙钛矿模型中锗溴混合掺杂时价带顶与导带底的斜率最小,有利于电子跃迁,提升光电转换效率;掺杂锗可提高钙钛矿在可见光区的吸收性能,掺杂溴对钙钛矿光学特性影响不大。

太阳电池阵弧形基板结构振动分析及优化设计

针对弧面型太阳电池阵新型基板结构,在满足结构安全的前提下以多参数轻量化设计为目标。本文基于等效板理论获得弧形太阳电池阵基板的各向异性等效性能参数,建立新构型太阳电池阵基板的三维有限元数值模型,并通过正弦扫频振动试验验证了模型的可靠性,进而初步实现了结构薄弱区域定位。最后结合工程实际,基于参数化建模结合多目标迭代优化的方法,分析结构在典型随机振动载荷作用下的最大应力随各特征参数的变化规律,从而获得满足结构安全条件下的补强优化方案,相比于原始结构,可使面板最大应力下降21%,若加强结构为单向无纬布,结构最大应力可进一步下降15.6%,为新构型太阳电池阵基板的轻量化设计提供支撑。

HJT太阳电池光注入退火工艺的增效研究

在异质结(HJT)太阳电池制备过程中,低温固化工艺后对太阳电池进行光注入退火可以实现太阳电池光电转换效率提升。研究了HJT太阳电池n面进行光注入退火处理时,光注入退火时间、光注入退火温度,以及双面光注入退火对光电转换效率提升的影响,同时还分析了光注入退火处理对不同光电转换效率档位HJT太阳电池增效的影响。结果表明:1)随着光注入退火时间的增加,HJT太阳电池光电转换效率提升幅度先增加后基本保持稳定;2)随着光注入退火温度的增加,HJT太阳电池光电转换效率提升幅度先增加后减小;3)太阳电池双面都进行光注入退火处理不能达到光电转换效率叠加提升的效果;4)光注入退火处理对光电转换效率低的HJT太阳电池的增效效果更好,主要是因为此类太阳电池内部及表面的缺陷更多。

基于RCJAYA算法的太阳电池参数辨识

为提升智能优化算法辨识太阳电池参数的精度和准确度,提出一种基于排序概率量化机制和混沌扰动JAYA算法(RCJAYA)的辨识方法。RCJAYA算法根据排序概率选择不同方式对个体进行更新,以平衡局部和全局搜索能力,保持种群多样性;对最优个体进行混沌扰动,发掘更优解替代最差解,提升种群质量;采用替换策略更新陷入停滞的个体,提升算法性能。通过RCJAYA算法辨识参数得到的太阳电池单、双二极管的电流均方根误差最优值分别为9.8602×10^(-4)A、9.8258×10^(-4)A,与JAYA等5种算法对比,结果表明,RCJAYA算法更具优势。根据辨识结果计算出模拟电流,与实测电流进行比对,在单、双二极管上的平均误差分别为0.00084 A、0.00082 A,表明RCJAYA算法辨识的参数值准确可靠。

轻量化M-CNN的太阳电池表面缺陷识别

针对太阳电池EL图像,提出一种高识别率的轻量化M-CNN网络模型。首先,该网络模型将拼接的多特征图融合通道注意力机制;然后,引入Ghost卷积层降低模型参数;最后,利用普通卷积层取代最大池化层进行特征空间降维。实验结果表明:在自建裂痕、阴影、微小瑕疵、无缺陷图像数据库共15767片上,M-CNN对粗糙分类检测准确率和瑕疵分类检测准确率分别是99.83%和93.38%,模型参数量是1.29 MB。相较先进的MobileNetV3、DeepVit和MobileVit等网络,M-CNN有缺陷识别率高和模型参数量低的优势。

n-nc-Si:H低温制备工艺及其在柔性钙钛矿太阳电池中的应用

【目的】为在低温工艺下制备出适用于柔性钙钛矿太阳电池的高性能电子传输层,需要对电子传输层材料及制备条件进行研究。【方法】将n型氢化纳米晶硅薄膜作为柔性钙钛矿太阳电池电子传输层,研究衬底温度对薄膜性能的影响,并优化电子传输层与钙钛矿层界面处理工艺和结构。【结果】得到暗电导率、光透过率、表面形貌适用于柔性钙钛矿太阳电池电子传输层的n型氢化纳米晶硅薄膜低温制备条件,经过界面优化处理的柔性钙钛矿太阳电池转换效率达到14.66%。【结论】在低温工艺下制备出了高性能的电子传输层及柔性钙钛矿太阳电池,对进一步开展叠层钙钛矿太阳电池的研究具有指导意义。

热处理和磁场处理对有机太阳电池效率的影响

在可再生能源领域,有机太阳电池因其轻巧、灵活、成本低而备受瞩目。这两种处理方法在改善电池性能方面的潜在机制被揭示出来,通过研究热处理和磁场处理对有机太阳电池效率的影响。有机太阳电池构件及光电转换过程的介绍为后续实验的开展提供了依据。对热处理和磁场处理的基本原理,典型方法,实验结果及分析等方面进行了详细的论述。在热处理方面,对电池性能进行有效调控,通过温度、时间等参数的调节。有关磁场处理的研究显示,磁场会显著地影响载流子的运动,从而使电池的总体效率受到影响。

钙钛矿太阳电池的界面紫外稳定化研究进展及应对策略

针对高效n-i-p结构钙钛矿太阳电池中突出的TiO_(2)/钙钛矿界面紫外不稳定问题,分析其产生的主要原因,讨论了当前研究中从在电池中添加下转换荧光材料和全覆盖TiO_(2)表面两方面来实现电池稳定性过程中存在的问题。比较发现,金属盐是一种合适的钝化材料,然而溶液法制备的金属盐薄膜无法对TiO_(2)实现全覆盖,进一步分析给出金属盐不易全覆盖的主要原因,即存在于微液膜内金属盐前驱体的结晶行为不可控,以及钙钛矿溶液对已制备的金属盐薄膜具有溶解性。就实现金属盐对TiO_(2)表面的全覆盖提出2个步骤的应对策略,第一步利用低压腔室装置实现超快结晶,即制备“全”覆盖;第二步通过巯基苯吸附构建非相溶表面,即保护“全”覆盖。最后,针对TiO_(2)/CsX/钙钛矿界面的紫外稳定性提出具体研究方法和策略。建立了一套提高电池紫外稳定性的金属盐微结构调控与电池界面全面钝化的应对策略,这些将为电池常态化应用中所面临的稳定性问题提供理论和技术支撑。

基于IPOA的太阳电池模型参数辨识

太阳电池模型参数的准确辨识对光伏组件功率预测和最大功率点追踪有较大影响,必须保证较高的辨识精度。传统的智能算法能做到一定程度上的参数辨识,但均存在精度不足、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题。针对此类问题,提出基于改进鹈鹕优化算法(IPOA)的太阳电池模型参数辨识方法。该算法中种群个体联系紧密,通过随机性的互相学习进行位置更新,在工程应用领域有着较传统算法更好的效果。同时,针对该算法特点,引入基于Jaya算法的位置更新策略,使种群的候选解更趋向最优解;改进了递减因子,使模型在迭代中后期寻优效果更好。增加了莱维飞行策略,有效提高了算法精度。在不同的太阳辐照度条件下,IPOA都有较好效果,辨识结果与实际曲线拟合度高,表明IPOA能在不同环境中对太阳电池模型参数进行准确有效辨识。

银粉对硅异质结太阳电池用低温银浆的影响综述

银浆是硅异质结太阳电池的重要材料,更低的体积电阻率和接触电阻、良好的附着力、优良的细线印刷性能及组件栅线抗腐蚀老化是其不断改进的方向。作为导电相,银粉的性能和含量对银浆有着至关重要的影响。该文基于低温固化银浆导电机理以及SHJ电池对银浆性能的追求,综述了银粉的振实密度、形貌、粒径、表面处理剂及其与有机物的适配。进一步探讨了纳米银粉和银包铜粉在SHJ太阳电池用低温银浆中的应用。

一种柔性太阳电池阵电传输解决方案

柔性太阳电池阵由于其质量轻、收拢体积小、可重复展收等特点,具有极大的创新性和前瞻性,是目前和今后极具竞争力的太阳电池阵构型。针对目前柔性太阳电池阵收拢和折叠特性,传统电缆束和电连接器已经不再适用,急需寻找一种新型薄型结构电传输解决方案。提出了一种柔性电缆电传输方案,这种柔性电缆具有传输功率大、质量轻、收拢体积小、可折叠等特点,非常适合作为大面积、大功率的柔性太阳阵电传输的主方式,可为未来新型太阳电池阵的设计提供新方向、设计参考和技术支撑。

LEO航天器太阳电池阵激光诱导电弧放电试验与分析

基于太阳电池阵空间电弧放电理论,对纳秒脉冲激光诱导太阳电池阵电弧放电机理进行分析,采用空间放电模拟试验系统,试验研究了低地球轨道(LEO)等离子体环境下纳秒脉冲激光诱导太阳电池阵电弧放电的功率密度阈值及其放电特性。试验结果表明:LEO等离子体环境下激光诱导太阳电池阵电弧放电的功率密度阈值约为1.08×10^(8)W/cm^(2),与无激光诱导相比,放电持续时间增加了20%,且每施加1次纳秒脉冲激光诱导电弧放电概率约为60%。对比分析不同工况下的太阳电池阵损伤效应可得:纳秒脉冲激光诱导电弧放电破坏绝缘层最严重,容易造成太阳电池阵中部分PN结短路失效,其损坏程度远远大于空间环境太阳电池串间电弧放电烧蚀损坏效应和盖玻片表面热应力损伤造成的PN结断路失效。此结论可为航天器太阳电池阵放电试验的措施及试验参数选取提供参考。

抗氧化小分子体掺杂对锡铅钙钛矿太阳电池性能的影响

锡铅钙钛矿中存在各种缺陷,且Sn^(2+)容易被氧化成Sn^(4+),从而导致太阳电池的转换效率和稳定性较差。研究发现4-香豆酸(p-C)的引入可显著改变薄膜的表面形貌、有效提高结晶性,且抑制Sn^(2+)的氧化,有利于提高钙钛矿层与传输层之间的能级匹配度。通过对钙钛矿光吸收层的缺陷进行钝化,可显著提升太阳电池的光电特性。最终,锡铅钙钛矿太阳电池的开路电压提升65mV,光电转换效率由18.14%提升至20.37%,并且电池稳定性得到显著提升。