CdTe薄膜太阳电池及组件的产业化进展与应用方向分析

对CdTe薄膜太阳电池的理论研究和产业化的进展与展望进行重点阐述,概括了此类太阳电池未来的研究重点,并对CdTe薄膜光伏组件在“双碳”目标下的应用情况进行分析探讨。结果显示:(1)经过几十年的发展,截至2022年5月,CdTe薄膜太阳电池实验室最高光电转换效率仍为2016年得到的22.1%,与其理论最大光电转换效率(32%)相比还有很大的突破空间;(2)未来CdTe薄膜太阳电池性能提升的关键将是进行有效p型掺杂、提高CdTe薄膜载流子寿命、通过制备欧姆接触电极提高开路电压,从而改善CdTe薄膜太阳电池的性能。以期该研究可为中国加快CdTe薄膜太阳电池及组件产业化发展提供参考方向。

CdTe太阳电池激光诱导微区光谱响应研究

为了反映器件几何尺度上各个区域的性能分布,采用波长为852 nm且可调聚焦面积的激光束作用在CdTe薄膜太阳电池的P-N结微区表面,产生定域诱导光致电流响应,并通过设置样品台的步进方式,得到了所测器件在几何面积范围内的微区光谱响应分布图,获得更直观的器件电流分布均匀性和P-N结特性。结果表明,这种测试方式能够简化且低成本地建立与CdS/CdTe异质结制作技术密切相关的沉积与后处理工艺参数和材料特性的联系,进而获得异质结界面分布均匀性与太阳电池电流-电压(I-V)特性参数均匀性的对应关系。该研究可为提高太阳电池的性能提供实验测试依据。

双自组装单分子层修饰氧化镍制备高效率钙钛矿太阳电池及组件

氧化镍(NiOx)作为无机p型半导体,常用于倒置钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的空穴传输层(HTL),但本身存在的高缺陷密度和与钙钛矿不相匹配的能级排布限制了PSCs的能量转换效率。本文通过引入双自组装单分子层修饰氧化镍界面,钝化氧化镍材料自身缺陷,改善能级匹配,促进了界面处光生载流子的提取和传输,提高了PSCs的开路电压(Voc)和填充因子(FF),最终将刮涂氧化镍基PSCs的效率提升到20.38%,而且未封装的器件在氮气氛围中用85℃老化1000 h后仍维持原始效率的96%。更重要的是,我们以此制备了孔径面积为60.84 cm^(2)、由13节子电池串联而成的钙钛矿组件,效率达到了17.04%。

CdTe太阳电池组件的关键技术研究

采用化学水浴法沉积CdTe太阳电池的n型窗口层CdS多晶薄膜,用近空间升华法制备吸收层CdTe薄膜.为了获得优质的背接触,对退火后的CdTe薄膜用湿化学法腐蚀一富Te层,然后沉积背接触层.结果表明:具有ZnTe/ZnTe:Cu复合层的太阳电池性能优于其他背接触结构的电池.最后,采用激光刻蚀和机械刻蚀相结合,制备了glass/SnO2:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni太阳电池小组件,其中一个CdTe太阳电池小组件的效率达到了7.03%(开路电压Voc=718.1mV,短路电流Isc=98.49mA,填充因子53.68%,面积54cm2)(由中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心测量).

氩氧气氛下沉积的CdTe薄膜及太阳电池的性质

研究了在氩氧气氛下近空间升华沉积CdTe的技术.发展了在表面十分平整的玻璃衬底上沉积优质CdTe薄膜的方法,对比了在玻璃衬底和CdS薄膜上CdTe薄膜的结构特征.通过研究氧分压对CdTe薄膜择优取向的影响,证实了在恰当的近空间升华沉积过程中,两种衬底上的CdTe薄膜具有相同的结构.研究了玻璃衬底上CdTe薄膜的电学与光学性质,观察了后处理对上述薄膜性质的影响,并研制出了效率达13.38%的小面积CdTe薄膜太阳电池.

蓄冷降温式太阳电池组件的实验研究

根据太阳电池温度特性,研究通过工程热物理途径来提高太阳电池光电转换效率的方法,开发出新型蓄冷降温式太阳电池组件,利用夜间大气自然冷量吸收太阳电池热量,降低其工作温度。室外试验于07年10月～08年11月在广州地区进行,测试分析了该组件及对照组平板式太阳电池组件的温度—电能输出及转换效率特性。结果表明:与平板式组件相比,蓄冷降温式太阳电池组件工作温度大大降低,效率相应提高。蓄冷降温式组件最大温降达26.5℃,瞬时电能输出相对提高18%,全天电能输出增长14%以上。

太阳电池中CdTe多晶薄膜沉积制备及其性能

在氩氧混合气氛下近空间升华技术(CSS)制备CdTe多晶薄膜中,薄膜的结构、性质决定于整个沉积过程。深入研究沉积过程中的热交换、物质输运,有助于制备薄而致密的具有进行良好光电性质CdTe薄膜。通过分析近空间沉积的物理机制,测量近空间沉积装置内温度分布,对升温过程、气压与薄膜初期成核的关系进行讨论。研究结果表明,不同气压下制备的样品,均有立方相CdTe,此外,还有CdS和SnO2:F衍射峰,CdTe晶粒随气压增加有减小趋势;随气压的增加,透过率呈下降趋势,相应的CdTe吸收边向短波方向移动。在此基础上制备出转换效率优良的结构为SnO2:F/CdS/CdTe/Au的串联集成电池。

基于Lambert W函数的太阳电池组件参数提取及优化

为解决太阳电池组件模型精度和参数获取之间的矛盾,提出一种基于Lambert W函数的太阳电池组件参数确定及优化算法。利用Lambert W函数推导出太阳电池组件各参量的解析式,并结合太阳电池组件电压功率模型的最大功率点优化算法提高参量精度。实验表明,该方法不仅可精确获取太阳电池组件各参数值,且可使最大功率点的精度提高到1%以内。

太阳电池组件的仿真方法

对比分析了不同太阳电池组件模型,并进行了仿真试验。针对太阳电池组件电子模型实用性差和硅太阳电池工程用数学模型精度不高的问题,建立了工程用改进模型。该工程用改进模型保留了已有两个模型的优点,克服了其精度低的缺点。通过仿真试验证明,工程用改进模型具有使用方便、灵活、精度高和通用性强的特点。

CdS/CdTe叠层太阳电池的制备及其性能

CdS/CdTe太阳电池是薄膜太阳电池研究工作的一个重要方向.为了提高开路电压Voc、改善电池的光谱响应,进而提高电池的转换效率,在此提出CdS/CdTe叠层太阳电池结构.文中,叠层电池的顶电池由CdS/CdTe超薄层构成;底电池由CdS/CdTe薄膜层构成.经分析测试,实验制备的CdS/CdTe叠层太阳电池具有明显的叠层结构,开路电压最高达到了852mV,短路电流密度最大为13mA/cm2,填充因子最高为55·2%,这种叠层电池的效率达到了8·16%(0·071cm2).研究表明相对于传统的单层CdS/CdTe太阳电池,CdS/CdTe叠层电池的制备对研究如何提高CdS/CdTe太阳电池的光伏性能有一定的参考价值.

新型菲涅尔线聚光太阳电池组件特性分析

以PMMA为材料 ,采用热压成型工艺加工线聚焦菲涅尔聚光棱镜 ,对在其聚光条件下不同入射角度情况下太阳电池的电流电压特性进行测试 ,结果表明 :该菲涅尔线聚焦棱镜能有效提高太阳电池的单位输出功率 ,而且具有比较宽泛的集光角的特性 。

蓄冷降温式太阳电池组件供电供热的实验研究

开发了蓄冷降温式太阳电池组件,实验研究结果表明,与常规平板式太阳电池组件相比,蓄冷降温式太阳电池组件效率提高10%以上,同时,可获得最高温度接近40℃的热水。分析了制得的低温热水的应用方法。

CdTe多晶薄膜太阳电池的结构改进

采用共蒸发法制备了ZnTe:Cu和Cd1-xZnxTe多晶薄膜,研究了薄膜的结构和性能。获得了Cd1-xZnxTe多晶薄膜的光能隙与锌含量的关系,ZnTe:Cu多晶薄膜光能隙随着掺Cu浓度的增加,光能隙减小。分别用ZnTe/ZnTe:Cu和Cd1-xTe/ZnTe:Cu复合层作为背接触层,既能修饰异质结界面,改善电池的能带结构,又能防止Cu原子向电池内部扩散。获得了面积0.5cm2,转换效率为13.38%的CdTe多晶薄膜太阳电池。

温度循环下CdS/CdTe太阳电池稳定性的研究

对CdS/CdTe太阳电池在温度循环下的稳定性进行了研究,测定了其I V特性曲线,并与室温下的电池作了比较。结果表明:经温度循环后电池的转换效率、填充因子和短路电流密度都有不同程度的下降,而用ZnTe作背接触层的电池稳定性有所改善。

复合背接触层与背电极的匹配对CdTe太阳电池性能的影响

本文研究Ni和Au两种背电极在有、无ZnTe/ZnTe:Cu背接触层时对碲化镉太阳电池性能的影响及其机理。试验结果表明,在没有ZnTe/ZnTe:Cu复合背接触层时,Ni和Au相比,输入特性的填充因子(FF)较差,短路电流密度(Jsc)较大,转换效率(η)较低;在有ZnTe复合背接触层时,Ni和Au相比,FF相差较小,而η因Jsc较大而较高。通过暗特性的测试,可以看到,在有了ZnTe复合背接触层以后,Ni作背电极的碲化镉太阳电池,其二极管因子(A)、暗饱和电流(J0)和旁路电阻(Rsh)等三个参数降低的幅度都比Au作背电极的大。这和ZnTe复合背接触层使Ni背电极碲化镉太阳电池效率有更大提高是吻合的。分析表明,这主要是由于光生电流的增大导致了Jsc的增大。这样用Ni代替Au作背电极会带来降低成本和效率提高的双重改进。

太阳电池模型参数对并联组件输出特性的影响

根据太阳电池I-V方程和基本电路联接理论,推导出选择具有相同最大功率点电压V_m的单体太阳电池组成并联组件可以获得最大输出功率;分别计算出二极管理想因子A,短路电流I_(sc),反向饱和电流I_o,电池串联内阻R_s对最大功率点电压V_m和组件失配损失的影响,确定出对它们影响最大的模型参数是二极管理想因子A。

中空玻璃式太阳电池组件的热性能研究

对中空玻璃式太阳电池组件的热性能进行了研究,对影响太阳电池温度的各因素进行了分析,建立了一个—维模型对试验结果进行了说明。结果表明,中空玻璃式太阳电池组件的散热性能较差,其内部太阳电池温度高于常规组件。在组件结构方面,影响太阳电池温度的各因素的重要性从高到低依次为:太阳电池与玻璃接触的紧密程度,太阳电池固定的位置,间隔条的宽度,组件所采用的玻璃的厚度。外界环境对太阳电池温度有重要影响,最主要的是风速的影响,其次是地面辐射的影响。

遮挡对硅太阳电池组件性能的影响研究

遮挡是造成太阳电池组件输出功率降低的原因之一,研究这一因素可以让人们正确认识遮挡造成的后果,避免不必要的损失。通过对单片电池进行不同比例的遮挡,分别测试了单晶硅、多晶硅两种太阳电池组件性能变化和对蓄电池充电的影响,并对两种太阳电池造成影响的差异进行对比。

CdTe包覆TiO_2纳米棒壳核结构有序阵列与P3HT杂化太阳电池研究

采用水热法在含氟二氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了有序的金红石型TiO2纳米棒阵列,在TiO2纳米棒阵列上电沉积CdTe纳米晶构成了CdTe包覆TiO2壳核式纳米棒阵列(CdTe/TiO2),然后将聚3-己基噻吩(P3HT)的氯苯溶液旋涂到CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列上构成P3HT包覆CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列的复合结构(P3HT/CdTe/TiO2),在P3HT/CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列复合结构上使用离子溅射法喷镀Au膜构制Au-P3HT/CdTe/TiO2结构的杂化太阳电池,实验测得以Au-P3HT/CdTe/TiO2结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率为0.91%。

蜂群算法在太阳电池组件参数辨识中的应用

针对太阳电池组件参数辨识精确度不高的问题,提出一种采用蜂群算法应用于参数辨识的方法。太阳电池组件模型采用单二极管串并联模型,在确定太阳能组件参数范围后,利用提出的蜂群算法对电池组件参数进行辨识。在蜂群算法中,不同的蜜蜂用不同类型的路径修改自己的位置,从而避免了过早收敛于局部最优解,进行全局搜索最优解。实验结果表明,蜂群优化算法的辨识的均方根差值为0.00241,计算电流(测量的25组电流值)总误差为0.0413,明显优于混沌无性繁殖算法、混沌粒子群算法、模式搜索算法、模拟退化算法,为太阳电池组件的参数辨识提供了一种新的方法。