液晶材料在有机光伏器件中的应用研究进展

液晶材料应用于有机半导体器件是近年该领域的研究热点之一。文章就液晶材料的半导体性质以及在有机光伏器件中的应用进行文献调研和述评。介绍了有机太阳能电池的基本原理、器件结构和液晶基本知识。分析了液晶分子自身作为给体或受体材料的研究现状,同时,对液晶材料作为添加剂在有机光伏器件中的应用进行了调查。结论认为,基于有机成分的液晶分子由于自身的有序性,在有机半导体器件制备过程中充当活性材料,有利于生成的激子解离和载流子的输运。作为添加剂,液晶分子参与诱导活性材料有序结晶,改善异质结界面及微观结构,同样提高激子解离效率和载流子输运能力。两者都能够有效提高有机光伏器件的转换效率。最后,对基于液晶材料的有机光伏器件的研究趋势进行了展望。

光伏电池新型仿真模型及MPPT控制器的研究

针对光伏电池通用仿真模型复杂、难懂等问题,基于Matlab/simulink提出一种对光伏电池中几个重要参数进行模块化处理的新型仿真模型,该模型简单、明了且可以清晰的得到不同温度和光照强度对光伏电池参数的影响。并结合新型的MPPT跟踪方法,通过判断dU×dP的符号,系统在外界环境变化时,只需经过2个判断即可准确得到系统工作位置,快速跟踪到最大功率点。最后在Matlab/simulink环境下仿真验证本模型不仅可以准确还原光伏电池的I-U特性曲线,通过与新型跟踪方法结合,明显缩短了系统的跟踪时间,减弱了系统在最大功率点的振荡现象。

光伏发电系统的防雷设计

针对当前太阳能光伏发电系统易遭受雷击的问题,通过分析雷电作用对系统的危害,提出了对室外的光伏组件采用法拉第笼和避雷针组成的双重避雷措施来预防直击雷及其产生的雷击电磁脉冲,对室内的控制器和逆变器等设备采用等电位连接和避雷器的方法来防止直击雷电感应和雷电波入侵,综合多级雷电防护措施,使太阳能光伏发电系统规范、有效、安全的运行.

局部阴影下光伏阵列呈多波峰特性的MPPT算法研究

带有旁路二极管的光伏组件在局部阴影的遮蔽下,其输出的P-U特性是由多个局部峰值构成的非线性曲线,使传统的单峰MPPT算法无法准确跟踪最大功率点。通过建立并分析局部阴影下光伏组件的数学模型可避免陷入局部峰值。在传统电导增量法寻找峰值的基础上,应用聚拢峰值扫描判别法,分别从短路电流和开路电压处向中间聚拢扫描峰值并比较大小,直到找出真正的最大功率点。仿真结果表明,该算法在局部阴影下不会陷于局部峰值,能够快速跟踪最大功率点,明显提高了系统的光电转换效率。

多铁材料Bi_(1-x)Ca_xFeO_3的介电、铁磁特性和高温磁相变

采用溶胶凝胶法制备Bi_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷样品.X衍射图谱表明所有样品的主衍射峰均与纯相BiFeO_3相符合且具有良好的晶体结构.随着x的增大,Bi_(1-x)Ca_xFeO_3样品的主衍射峰由双峰(104)与(110)逐渐重叠为单峰(110),当x 0.15时,样品呈现正方晶系结构;扫描电镜形貌分析可知,晶粒由原来的0.5μm逐渐增大到2μm.Bi_(1-x)Ca_xFeO_3样品介电常数和介电损耗随着x的增加先增大而后减小.当f=1 k Hz,Bi0.9Ca0.1Fe O3的介电常数达到最大值,是BiFeO_3的7.5倍,而Bi_(0.8)Ca_(0.2)FeO_3的介电常数达到最小值,仅仅是BiFeO_3的十分之一.Bi_(1-x)Ca_xFeO_3样品所呈现的介电特性是由偶极子取向极化和空间电荷限制电流两种极化机理共同作用的结果.随着Ca^(2+)的引入,BiFeO_3样品的铁磁性显著提高.X射线光电子能谱图表明Fe^(2+)和Fe^(3+)共存于Bi(1-x)Ca_xFeO_3样品中,Fe^(2+)/Fe3比例随着Ca^(2+)掺杂量的增加而增大,证明Ca^(2+)掺杂增加了Fe^(2+)的含量,增强BiFeO_3的铁磁特性.从M-T曲线观察到BiFeO_3样品在878 K附近发生铁磁相变,示差扫描量热法测试再次证明BiFeO_3在878 K发生相变.Ca^(2+)掺杂使BiFeO_3样品的TN略有变化而TM基本不变,其主要原因是Fe-O-Fe反铁磁超交换作用的强弱和磁结构相对稳定.

CDIO与大学生创新实践的融合

以柔性太阳能电池涂布机设备的研制为例,将CDIO工程化模式用于大学生创新训练项目的设计与研究过程,让学生直接参与思考和解决问题的活动,提高了学生的学习动力,培养了学生的开放式思维、创新能力、沟通表达能力、团队协作精神、责任感等,为培养高素质人才打下基础。

无硫化过程磁控溅射制备Cu2ZnSnS4薄膜及其结构和光学性质研究

使用Cu2ZnSnS4(CZTS)靶材,通过射频磁控溅射方法镀膜,不经后期硫化处理,在钠钙玻璃衬底上沉积了锌黄锡矿结构的CZTS薄膜材料。在薄膜的沉积过程中,衬底温度分别为300,400和500℃。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散X射线光谱仪和紫外-可见-近红外分光光度计等对薄膜样品的微观形貌、晶体结构、元素成分、光学性质等进行了研究。分析讨论了衬底温度对样品的表面形貌、晶体结构、化学成分、光吸收系数和禁带宽度的影响关系。结果表明,在衬底温度为500℃条件下沉积得到的CZTS薄膜样品,具有较好的锌黄锡矿晶体结构,晶粒大小为23 nm,光吸收系数在可见光范围内高于1×104cm-1,禁带宽度为1.49 eV。

全薄膜电致变色元件的制备及其光学性能研究

采用磁控溅射法在单层玻璃基片上制备了由多层薄膜构成的电致变色元件,通过XRD、SEM等对薄膜及元件的晶体结构、表面形貌等进行了表征分析。采用可见光透射谱,研究了元件的电致变色性能。结果表明,较低的基片温度和较大的靶基距是采用磁控溅射制备电致变色元件的两个很重要的因素。所制备的全薄膜电致变色元件在处于漂白态和着色态时,对可见光的透过率分别达到了47.19%和15.67%,对光的透射率调节范围为31.52%。该全薄膜电致变色元件在电致变色智能窗领域具有较大的应用潜力。

化学水浴法制备薄膜太阳电池缓冲层材料的研究进展

从各反应条件对薄膜生长及其性能影响的角度,对CdS缓冲层的制备工艺进行了评述,并对新型无镉缓冲层的研究进展给予了重点介绍。最后展望了薄膜太阳电池缓冲层材料的发展方向,并指出了其发展应用中需要解决的问题。

铜锌锡硫纳米粉体材料的合成与性能表征

采用固相反应法合成了含有铜锌锡硫相的纳米粉体材料;利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、显微拉曼光谱仪对样品的组成比和相结构进行表征,利用透射电子显微镜和紫外-可见-近红外分光光度计对样品的形貌和光学性能进行表征分析。结果表明,所得样品的XRD衍射峰与JCPDS卡片号为26-0575的峰值一一对应,证明了在不同烧结温度下制成的样品中均含有铜锌锡硫相,在烧结温度高于500℃时,制得样品为纯的铜锌锡硫相。所得样品的衍射峰强度以及晶粒尺寸受烧结温度的影响,样品的原子比Cu/(Zn+Sn)接近1,符合材料的化学计量组成的要求,而且薄膜的略微富铜或贫铜与烧结温度无关,主要由实验的随机误差造成。各样品的Zn/Sn值均约等于1,随烧结温度升高呈下降趋势。所制得铜锌锡硫对可见光有明显的吸收,利用外延法推算得到禁带宽度约为1.51eV。该材料可用来压制铜锌锡硫靶材,为磁控溅射铜锌锡硫薄膜奠定基础。

无差拍控制的非隔离型并网逆变器漏电流分析

为实现逆变系统高质量并网电流的输出,漏电流的消除对非隔离型光伏并网逆变器至关重要。分析了非隔离型单相并网逆变器漏电流的产生机理和流通回路,并基于无差拍电流控制原理,说明漏电流对逆变电流以及MPPT的影响。提出了一种基于无差拍电流控制的单相光伏并网逆变器漏电流补偿方法,并在Matlab/Simulink环境下进行仿真。通过仿真结果和实验测得值相比较表明,通过对逆变器占空比的补偿,可以有效地消除漏电流对逆变电流的影响,从而避免功率跟踪中出现误判或者找不到最大功率点的情况,实现逆变电流高质量输出和最大功率的正确跟踪。

第一性原理研究O_2在TiN_4掺杂石墨烯上的氢化

作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料,金属与N共掺杂的石墨烯因其对氧还原反应具有较高的活性而引起了人们的广泛关注.采用包含色散力校正的密度泛函理论方法系统地研究了O2在TiN4掺杂的Graphene上的吸附,氢化特性.结果表明:1)O2倾向于以side-on模式吸附在Ti顶位,形成O-Ti-O三元环结构;2)O2在Ti N4-Graphene上更倾向于以分子形式直接氢化,形式OOH结构,并进一步解离为O+OH,反应的限速步为O2的氢化,对应的反应势垒为0.52 eV.

一种低带隙平面分子结构的聚合物合成

合成了一种给-受体型平面分子结构的低带隙共轭聚合物QP-1(聚[2,6-4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b;3,4-b']二噻吩-4,7-二[2,5-噻吩]-5,6-二烷氧基-2,1,3苯并噻二唑)),研究了其热学、光物理和光伏性质。由电化学测试得到聚合物的带隙为1.79eV,最高分子占有轨道HOMO和最低分子未占轨道LUMO值分别为-5.47 eV和-3.49 eV。与富勒烯的衍生物PCBM有较为理想的能级匹配水平。使用聚合物/PC71BM共混物作为活性层构筑了本体异质结聚合物太阳能电池。光伏电池的能量转换效率为1.01%,开路电压为0.58 V,短路电流为4.25 mA/cm2,填充因子ff值为0.33。X射线粉末衍射(XRD)结果显示平面主链间的距离为0.365nm,具有较好的结晶性。

甚低频法预报“神舟”三号发射期间的太阳耀斑爆发情况

太阳发生耀斑时,辐射出大量的X线和高能粒子等,使得电离层的物质瞬间被大量电离,电离层的电子浓度急速变化,电离层的等效反射高度随之变化,从而引发甚低频信号相位异常现象。基于在河南新乡用甚低频接收机监测到的"神州"三号发射和返回期间的甚低频信号的相位异常情况,对相位异常的数据用最小二乘法进行了处理分析并给出了预测的耀斑级别,和美国的GOES卫星观测到的数据进行比较,结果吻合恰好,验证了此方法的可行性。

柠檬酸法制备BiNbO4陶瓷及其相变和介电性能研究

以自制的水溶性过氧化柠檬酸铌为原料,利用柠檬酸法制备BiNbO4介电材料。纯的β相BiNbO4粉体可以在700℃和1050℃获得并在低温β相的BiNbO4粉体中观测到奇异相变:低温β相转变为α相。与同等退火条件的粉体相比,陶瓷样品的结构中存在Bi5Nb3O15晶相残余,这导致陶瓷样品中有气孔出现并有局部的晶粒异常长大。1000℃和1050℃烧结获得的BiNbO4陶瓷比较致密,介电性质随频率和温度变化较小;在1 MHz,1000℃和1050℃烧结BiNbO4陶瓷的介电常数和介电损耗分别为44,0.026和35,0.018。

Cu/CeO_2(110)界面特性的第一性原理研究

Cu-CeO2体系因其特殊的催化能力而在固体氧化物燃料电池和水煤气转化反应等多个催化领域有重要应用.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在原子和电子层面上系统地研究了单个Cu原子及Cu小团簇在CeO2(110)面上的吸附构型,价键特性和电子结构,结果表明:1)单个Cu原子的最稳定吸附位是两个表面O的桥位;2)Cu团簇的稳定吸附构型为扭曲的四面体结构;3)Cu原子及Cu团簇的吸附在CeO2(110)面的gap区域引入了间隙态,这些间隙态主要来自于Cu及其近邻的O和表层还原形成的Ce3+,间隙态的出现表明Cu的吸附增强了CeO2(110)表面的活性;4)吸附的单个Cu原子及Cu团簇分别被CeO2(110)面表层的Ce4+离子氧化形成了Cuδ+和Cuδ+4,并伴随着Ce3+离子的形成,这个反应可归结为Cux/Ce4+→Cuδ+x/Ce3+;5)Cu团簇的吸附比Cu单原子的吸附引入了更多的Ce3+离子,进而形成了更多的Cuδ+-Ce3+催化活性中心.结合已报道的Cu/CeO2(111)界面特性,更加全面地探明了Cu与CeO2(111)和(110)两个较稳定低指数表面的协同作用特性,较为系统地揭示了Cu增强CeO2催化特性的原因及Cu与CeO2协同作用的内在机理.