半透明钙钛矿太阳能电池关键技术及其应用

光伏发电技术的发展对于我国实现“双碳”目标和构建以新能源为主体的新型电力系统起到重要作用。虽然目前市场主流的晶硅光伏器件规模大、技术成熟,但是它也存在制备工艺复杂、成本高、应用场景有限等问题。半透明钙钛矿太阳能电池技术的开发与应用可以大幅度拓宽光伏发电的应用场景、提高光电转换效率,是新一代太阳能光伏发电技术的典型代表。该文首先阐述钙钛矿材料和半透明钙钛矿太阳能电池的基本特点;接着,从钙钛矿薄膜制备和透明电极开发的维度,总结半透明钙钛矿太阳能电池的关键技术;之后,对半透明钙钛矿太阳能电池在叠层光伏器件和温室农业光伏中的应用展开分析与讨论,并对其在新型电力系统中的作用进行展望。     

复旦科研团队国际合作研究破解钙钛矿稳定性难题

正近日,复旦大学信息科学与工程学院詹义强、郑立荣和瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL) Anders Hagfeldt、Michael Graetzel团队合作,成功通过一种气相辅助生长方法实现了室温稳定的α-FAPbI_3(黑相甲脒铅碘)钙钛矿材料,并且制备出了光电转换效率大于23%的高效稳定太阳能电池。该项突破为钙钛矿材料在高效轻质光伏电池、新型发光二极管(LED)和其他光电器件系统等应用奠定了基础,对太阳能清洁能源的泛在利用、新型柔性大面积光电器件与系统、以及智能机器人自主供电等具有重要意义。     

PVP辅助制备NiO薄膜及其钙钛矿太阳电池性能

采用NiO薄膜作为空穴传输层,PCBM作为电子传输层,制备了电池结构为ITO/NiO/CH3NH3Pb I3/PCBM/Ag的钙钛矿太阳电池。研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)含量对NiO薄膜的结构、形貌、光学性能的影响,进而考察了其对NiO基钙钛矿太阳电池性能的影响。研究表明:添加PVP一方面会导致NiO薄膜的形貌起伏,另一方面会使薄膜的透光率下降,这两个因素分别对电池性能起到正反两方面的作用。比较而言,NiO薄膜结构起伏可以有效增加钙钛矿薄膜的覆盖率和成膜质量,对提高电池整体性能的影响较大。当PVP含量为1.0%(原子分数)时,电池性能最优,开路电压和短路电流分别提高了14%和77%,使得转换效率提高了108%,达到3.61%。     

钙钛矿太阳电池的研究及商业化尝试

在各种新能源技术中,光伏发电是最具发展潜力的方向之一,其中利用太阳电池进行发电是目前对太阳能使用最广泛的途径,研究和发展高效率、低成本的新型太阳电池十分必要。钙钛矿太阳电池在众多的新型太阳电池里脱颖而出,从最早2006年报道的2.2%发展到2016年达到的最高效率23%。然而稳定性和规模化制造是商业化的重要挑战。介绍了近年来钙钛矿太阳电池稳定性优化以及大面积制造工艺的相关研究。     

采用热管冷却技术的太阳能光伏电–热一体化系统性能分析

太阳能光伏电–热（photovoltaic-thermal,PV-T）一体化系统将光伏组件与太阳能热利用系统组合在一起,具有较高的太阳能综合利用效率。针对热管具有高效传热和均温性能的特点,提出一种采用热管冷却技术的太阳能光伏电-热一体化系统;基于光伏电池板传热过程特点及换热器的传热有效度——传热单元数（ε-NTU）法,对热管式PV-T系统的电池板温度、冷却流体出口温度以及系统电效率和热效率等热电转换性能进行了理论分析和计算。结果表明,热管式PV-T系统的电池温度变化幅度在2.5℃以内,系统电效率和热效率分别达到6.99%～7.46%和51.0%～63.2%。该文提出的理论方法为研究热管式PV-T系统热电转换性能提供了一种新的途径,可用来分析和讨论相关参数对热管式PV-T系统性能的影响。     

基于Petri网的太阳能集热系统的研究

太阳能集热系统是连续变量动态系统和离散事件动态系统相互作用的混杂系统。基于层次型结构模型框架下,分析了太阳能集热控制系统的混杂特性。在传统的混合Petri网基础上,建立了推广混合Petri网的太阳能集热仿真模型。并利用Matlab中的Simulink和Stateflow对太阳能集热系统推广混合Petri网模型进行仿真分析,为进一步优化混合控制器性能奠定了基础。     

非晶硅薄膜太阳电池的数值优化研究

基于Sentaurus TCAD数值分析平台,采用非晶硅的DOS模型对禁带中缺陷态进行表征,建立a-Si:H薄膜太阳电池的二维数值模型。对P-I-N结构的非晶硅太阳电池的本征区、P型区、N区以及P/I界面的特性进行研究,得到参数与薄膜太阳电池性能之间的关系。通过电池物理和结构参数的优化,在界面处引入ZnO作为反射层,优化得到太阳电池填充因子为74.7%,AM1.5下光电转换效率为10.1%,表明采用TCAD数值仿真可有效用于非晶硅太阳电池本征参数和反射层的优化设计,提高电池转换效率。     

钙钛矿太阳电池研发进展

正1引言钙钛矿太阳电池是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物等作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳电池。该电池不仅具有较高的能量转换效率,而且其核心光电转换材料具有廉价、容易制备的特点,这为其大规模、低成本制造提供了可能。而且,该电池还可以制备在柔性衬底上,便于应用在各种柔性电子产品中,例如可穿戴电子设备、军用帐篷等。此外,该电池不需要液体电解质,不用担心漏液问题;其核心光电转换材料是有机-无机杂化材料,具     

CIGS薄膜太阳电池研究进展

Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池以其具有的诸多优势成为最具发展潜力的太阳电池之一。随着CIGS薄膜太阳电池光电转换效率世界纪录的不断被刷新,继续提高电池性能、研究无Cd缓冲层材料,发展柔性衬底CIGS薄膜电池及组件,优化现有的工艺流程,开发低成本的吸收层沉积工艺,尽快将实验室技术转移为CIGS电池组件的商业化生产成为今后的研究热点。主要介绍了CIGS薄膜太阳电池近年来在这些方面的研究进展。     

新型高效率钙钛矿型太阳电池研究进展

钙钛矿型太阳电池(PSCs)近年来发展迅速,实验室中的电池器件效率已经超过22%,而大面积电池的效率也已经逼近20%,因而在新型光伏电池领域受到越来越广泛的关注。总结和介绍了国际国内最新的高效率钙钛矿型太阳电池的制备方法,包括电池结构、薄膜制备、成分调控等方面的优化;同时对大面积钙钛矿型太阳电池的研究工作也进行了介绍和分析。     

基于并网太阳能光伏/电池系统的无线网络低功耗供电策略

为了实现能耗精确估计,充分考虑用户位置信息应用,提出了一种基于并网太阳能光伏/电池系统的无线网络供电低功耗策略。首先为了保证供电服务的连续性,建立了一种并网太阳能光伏/电池系统。然后考虑到太阳强度和交通量的间歇性行为,分析了基站发射功率、系统带宽对系统性能指标的影响,评估无线网络的吞吐量、能量效率和频谱效率性能。进一步提出了一种启发式的负载均衡算法和资源块分配技术,通过对太阳能能源的优化利用,最大限度地提高了系统的效率和能效。仿真结果表明,所提并网太阳能光伏/电池系统可以显著降低供电能耗,发电效率高达54.8%,并通过有效的可再生能源收集模型确保显著的能源可持续性。     

介孔ZnO、NiO的叠层染料敏化太阳电池的研制

染料敏化太阳电池具有成本廉价、制作工艺简单以及性能稳定的特点,为人类廉价和方便地使用太阳能提供了有效的方法。目前,染料敏化太阳电池的最高转换效率由n-DSSCs保持,利用介孔TiO2纳米晶作电极材料,转换效率达到了12%,但是要进一步提高电池效率遇到了挑战。采用ZnO光阳极和NiO光阴极,分别以N719和C343为光敏剂,研究了组建叠层染料敏化太阳电池的可行性。J-V测试结果表明,从NiO端照射时,pn-DSSCs的开路电压Voc可达694mV,为相应的n-DSSCs和p-DSSCs的开路电压之和。器件的Jsc、FF和h分别为2.73mA/cm2、34.8%、0.66%。研究了电解质中I2与I-相对浓度变化对电池性能和电荷迁移电阻的影响,随着I2/I-浓度比从1∶20增加到1∶1,电池效率从0.71%增加到0.98%。     

供能方式对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO2热力性能的影响

控制和减缓化石能源燃烧所排放的 CO2对于缓解全球气候变暖具有重要意义。以某超超临界1000 MW火力发电机组为例,建立了钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法捕集CO2的系统流程,基于Aspen Plus软件得到了系统的热力性能,分析了太阳能集热和煤富氧燃烧驱动 CaCO3煅烧反应对系统热力性能的影响。结果表明,与煤富氧燃烧方案相比,太阳能集热方案增加了发电功率,发电标准煤耗率降低1/3,但其发电热效率降低3.8个百分点;太阳能集热方案的等效太阳能热发电效率为28.36%,高于塔式太阳能热发电的峰值效率;提升太阳能集热方案性能的关键是提高集热器场的能量利用效率ηsol-avi,当ηsol-avi高于75%时,太阳能集热方案比煤富氧燃烧方案发电热效率高。所得结论为低能耗减排CO2、高效利用太阳能提供了新途径。     

聚光时提高太阳电池效率的实验研究

为了能够更有效地提高聚光条件下太阳电池的转换效率,在重力热管和温差发电模块的基础上,建立了一种通过利用热管的高效传热性能和良好的均温性导出电池板的热量,同时利用温差发电模块将太阳电池板的余热转化为电能的新型太阳电池冷却系统,并且分别对三种不同冷却方式下三接面砷化镓电池板的性能进行了实验研究。实验结果表明,与"热管"冷却技术、不冷却技术相比,"热管+温差发电"冷却技术综合利用了光伏与光热发电技术,有效地降低了太阳电池的温度,较好地提高了电池板转换效率,并且使电池板的转换效率高达32%。     

太阳能与燃气-蒸汽联合循环发电系统优化

针对华能南山电厂菲涅尔式太阳能与燃气-蒸汽联合循环发电(ISCC)系统中,太阳能集热场产生的过热蒸汽引入汽轮机低压段做功所导致的能量损失问题,提出了在太阳能集热场设置蓄热系统,以保证集热场出口过热蒸汽参数的稳定,并将过热蒸汽引入汽轮机的中压段做功。分析结果表明:与原始系统相比,ISCC改进系统太阳能发电功率提高了0.189 MW,光电转换效率提高了7%,系统热效率提高了0.15%,系统等效节气量提高了39.69m3/h,系统热力性能明显提高。     

太阳电池光伏光热一体化系统的性能研究

为了提高太阳能的综合利用效率,同时获取电能和热能,将铜管换热器加装在太阳电池板背,构成太阳电池光伏光热(PV/T)一体化系统。采取对比实验法在呼和浩特地区对太阳电池板进行光伏光热性能测试。实验结果表明,在相同的太阳辐照度和环境温度条件下,装有铜管换热器的单块太阳电池的输出功率比普通单块太阳电池实际输出功率提高近17%。     

改进的光热复合压缩空气储能系统设计方案及其仿真分析

在现有光热复合压缩空气储能(ST-CAES)实验系统的基础上,提出了一种ST-CAES的改进设计方案。通过引入回热系统和双脉宽调制(PWM)变流技术,实现了压缩热的回收利用与"柔性"并网。从影响STCAES膨胀发电系统性能的热力学参数、最大效率控制2个方面开展稳态与动态研究,分别建立了稳态热力学模型和膨胀发电机最大效率转速模型。搭建了ST-CAES并网发电系统的动态仿真平台,仿真分析表明,采用压缩空气先由回热系统预热、再经太阳能集热系统加热的技术路线可进一步提升系统的储能效率;采用双PWM变流器接入电网的控制策略,可在满足负荷功率需求的前提下,实现膨胀发电系统最大效率运行。     

世界最高效率太阳电池的记录

1999年11月1日,光电转换效率达到创记录的32%的ＧａＡｓ多结太阳电池由美国能源部国家可再生能源实验室(ＮＥＲＬ)和光谱实验室研制出来。这么高的效率使得这种太阳电池用在地面聚光系统将会有很大的应用前景。位于Ｓｙｌｍａｒ,Ｃａｌｉｆ.的光谱实验室“生长”了这种创记录的电池。后续工艺由ＮＥＲＬ完成。在实验室的太阳能研究设备下测得的光电转换效率为323%。类似的高效太阳电池———已经由ＮＥＲＬ发明和发展了10多年并且由光谱实验室生产———获得了接近30%的效率。这么高的效率使得ＧａＡｓ多结太阳电池对大功率空间卫星这一主要…     

转换效率有望超过30%! 英美大学开发串联型钙钛矿太阳能电池

正美国斯坦福大学与英国牛津大学的研究人员宣布,利用涂布技术制作的串联型钙钛矿太阳能电池实现了20.3%的高转换效率,并且具备高耐久性。并预计将来转换效率有望超过30%。论文已发表在学术杂志《科学》上。串联型太阳能电池,是以两层太阳能电池更有效地利用太阳光,以提高转换效率的技术。具体来说,第一层主要吸收太阳光中波长稍短的光和紫外线,第二层吸收波长稍长的光和红外     

薄膜太阳电池的研究与发展

随着多晶硅薄膜电池的玻璃衬底的尺寸越来越大及太阳能转换效率的提高,光伏电池的发电成本得到显著的降低。太阳能光伏电池发电的前景变得越来越光明了。当前,制约太阳电池发展的一个很重要的因素是太阳电池的成本,目前国内晶体硅太阳电池组件的成本高达30～35元/W,远高于传统发电方式的成本。太阳电池的成本取决于太阳电池的组件、电力的存储与转换、电池组件的支持与架设、