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Infomat|吉林大学段羽团队发表综述:半透明钙钛矿太阳能电池研究进展
WileyChina 2020-10-28 13:42
*本文由通讯作者-段羽教授博士生陈琛受邀撰写 一、研究背景: 随着能源需求不断扩大,带来环境污染问题也日益突显,人们对可再生能源的需求越来越迫切,太阳能作为清洁可再生能源的代表之一长期以来一直受到广泛关注。随着光伏产业的蓬勃发展,在新材料中钙钛矿材料以其制备成本低、载流子迁移率高、电子和空穴扩散长度长、吸 收系数大等 优越的光电特性备受科研人员青睐。另一方面基于钙钛矿可透明化特性设计制造的 半透明钙钛矿太阳能电池 (Semitransparent Perovskite Solar Cells, ST-PSCs)因其在发电窗户、建筑集成光伏、农业温室等领域的巨大潜力而受到越来越多的关注。 二、文章简介: 近日, 吉林大学段羽教授团队 针对近年来半透明钙钛矿太阳能电池最新发展发表评述。 相应综述以“Recent advances in semitransparent perovskite solar cells”为题发表在期刊 Infomat 。文章系统从ST-PSCs的器件结构设计(包括叠层器件)、透明电极、色彩调整策略和稳定性等方面重点介绍了ST‐\PSCs研究和开发的最新进展。 三、文章内容: 1、ST‐\PSCs的器件结构 半透明钙钛矿型太阳能电池的结构器件直接影响器件的效率、透明度和稳定性,因此器件结构的合理选择至关重要。除了 图1 所示的通用器件结构会影响PSCs性能外,对ST-PSCs性能影响最直接的就是吸光层设计。ST-PSCs的如 图2 所示。 图2(A) 减薄钙钛矿吸收层可以为钙钛矿太阳能电池提供光透过。当吸光层厚度小于可见光穿透深度时,超薄吸光层可以透射可见光。 图2(B) 利用有序的微结构模板制备钙钛矿吸光层,在获得了足够的光吸收的同时,内部的孔洞为可见光的传输提供了通道,从而实现了光收集和透明度之间的平衡。 图2(C) 钙钛矿吸光层材料本征结构调整。 图1. (A)半透明钙钛矿型太阳能电池的器件结构;(B)钙钛矿型太阳能电池的两种通用器件结构。 图2. 三种不同半透明钙钛矿吸收体结构的制备策略及光电效应。 2、ST‐\PSCs的透明电极 ST‐\PSCs透光度直接受到电极的影响。目前,ITO由于其优异的光电性能和商业实用性,成为半透明和不透明光电器件常用的透明电极。虽然ITO是一种良好的透明电极,但由于其杨氏模量较大,制备成本较高等限制其在柔性器件中的应用。本文主要从金属氧化物类太阳能电池、金属电极、碳基电极和石墨烯类电极四个方面对使用不同电极的ST‐\PSCs进行了总结与展望,其中 图3 为采用不同电极的ST‐\PSCs的AVT与PCE总结。 图3. 对目前使用不同电极的ST‐\PSCs的AVT与PCE总结。 3、ST‐\PSCs的颜色调节 目前钙钛矿太阳能电池领域的研究集中在研究太阳能电池的稳定性和PCE,很少有人关注其颜色和形状等问题,但是在建筑上应用,人眼的视觉感受也是重要的实用化指标。高效率钙钛矿薄膜通常呈现几乎不透明红棕色,这成为ST‐\PSCs在实际应用中的影响因素。本文从钙钛矿材料和器件结构两个角度讨论了目前ST‐\PSCs颜色调整的途径。同时对人眼对不同颜色的视觉感受进行了讨论,以期开发出人眼感受舒适的高效ST‐\PSCs。其中 图4 为彩色太阳电池预测工具示意图。 图4. 彩色太阳电池预测工具示意图。 4、半透明钙钛矿太阳能电池在叠层器件中应用 钙钛矿太阳能电池的高效率与钙钛矿材料本身带隙可调节能力相结合,使其成为低成本叠层太阳能电池中宽禁带顶部吸收层的候选材料。叠层太阳能电池具有通过堆叠两个或多个响应太阳光谱不同部分的不同电池单元,从而提高太阳能吸收。当将较宽带隙的PSCs与现有的低带隙光伏技术(如铜铟镓硒(CIGS)或晶体硅(c-Si))串联配置时,通过理论计算模拟其PCE可大于33%(单结c-Si太阳能电池的理论效率极限(29%))。有望进一步降低太阳能电池的平均电力成本。叠层太阳能电池的生产,一般有双结(2T)和四结(4T)两种设计方案如 图5 所示。 图5. 多结太阳能电池结构示意图。 5、ST‐\PSCs的稳定性 从建筑业的角度来看,窗户和建筑物的预期使用寿命应在5至25年左右。目前PSCs的稳定性距此还有很大的差距。本文对ST‐\PSCs的稳定性进行了总结,目前对ST-PSCs稳定性的讨论主要集中在金属或金属氧化物电极方面,而值得注意的是石墨烯等碳基材料在用作非透明钙钛矿太阳能电池的电极时,在提高器件稳定性方面表现出了良好的效果。因此将非金属材料电极应用在提高ST‐\PSCs的稳定性方面值得期待。 四、总结与展望: 本文综述总结了最新研究之外,作者对ST‐\PSCs未来的发展提出了自己的看法:(1)针对ST‐\PSCs的应用场景(如建筑物立面),需开发 柔性可粘贴ST‐\PSCs ;(2)考虑到目前ST‐\PSCs的效率远低于非透明PSCs,因此需开发 价格更加低廉 新型柔性电极;(3)人眼对透光性和颜色的感知极为敏感,利用光学工程等方案(例如使用介质镜或DMD电极)实现对太阳光的再次利用,以及对ST-PSCs的 显色指数 进行调控很重要;(4)钙钛矿材料对水汽较为敏感(尤其对于柔性ST-PSCs),开发可靠的 薄膜封装工艺 可能是提高ST-PSCs稳定性的关键因素。 五、致谢: 感谢国家自然科学基金(61974054,61675088、61275024和61377026),吉林省国际科技合作计划(20190701023GH),国家国际科技合作计划(2014DFG12390)国家重点研发计划(2016YFB0401001),吉林省科技发展计划项目(20140101204JC,20130206020GX、20140520071JH和2013010209JC),吉林省科技发展重点研发项目(20200401045GX),以及集成光电子国家重点实验室开放课题(IOSKL2016KF08)等项目对本项研究的资助。 点击链接 阅读文章全部内容: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/inf2.12154 Authors: Muhammad Mujahid, Chen Chen, Jian Zhang, Chuannan Li*, Yu Duan* Title: Recent advances in semitransparent perovskite solar cells Published in: Infomat , doi: 10.1002/inf2.12154. 作者简介 段羽 ,吉林大学电子科学与工程学院,教授/博士生导师。从事应用于显示/照明的有机光电子器件研究,发表SCI收录论文100余篇,获12项授权专利,担任 Journal Electronic Materials 杂志副主编。主持并参与了科技部政府间国际合作专项, “863”,“973”计划项目以及国家自然科学基金等10余项项目,并在国内外学术会议做特邀报告20余次。主要研究成果:自行研制的薄膜水汽透过率测试设备,打破了美国模康公司在这一领域垄断,首次将高性能薄膜封装技术引入到气体透过性测试中,获得了10 -6 g/m 2 ·day的水汽测试精度,2020年通过了第三方技术鉴定,获得中国商业联合会科技进步一等奖,吉林省科技成果二等奖(1项),2017年入选第七批长白慧谷人才,2018年被授予吉林省青年科技奖。
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构建高性能钙钛矿电池:MXene边缘生长多维TiO2/SnO2异质结网络
nanomicrolett 2020-10-27 17:12
Low‑Temperature Growing Anatase TiO 2 /SnO 2 Multi‑dimensional Heterojunctions at MXene Conductive Network for High‑Efficient Perovskite Solar Cells Linsheng Huang, Xiaowen Zhou, Rui Xue, Pengfei Xu, Siliang Wang, ChaoXu, Wei Zeng*, Yi Xiong*, Hongqian Sang, Dong Liang Nano‑Micro Lett.(2020)12:44 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00379-5 本文亮点 1 . 基于二维MXene 边缘构建 纳米尺度多维异质结网络; 2. 采用 低温可控退火法 制备锐钛矿型TiO 2 /SnO 2 异质结; 3. 构建的钙钛矿太阳能电池具有 高能量转化效率 及 高抗湿稳定性 。 内容简介 基于高导电,亲水性和赝电容特性,二维Ti 3 C 2 T X MXene纳米片在太阳能电池、锌离子电容器、传感器等领域得到了广泛研究。SnO 2 是一种常见的宽禁带半导体,由于其可低温制备的特性,有潜力应用于未来的柔性器件,然而,还需优化材料与改进结构,以发挥最优光电性能。尽管TiO 2 被报道能与SnO 2 形成异质结,然而,制备锐钛矿型TiO 2 一般需较高温度或复杂工艺,这反而制约了SnO 2 的应用。现阶段,通过水热反应或高温作用在MXene上可生成锐钛矿型TiO 2 ,为进一步与SnO 2 有效结合,仍需探索低温制备工艺,有效复合MXene、TiO 2 和SnO 2 ,以利于发挥整体的更优性能。安徽大学曾玮课题组与武汉纺织大学熊祎课题组合作,在这篇文章中报道了一种低温退火工艺及生成的多维异质结导电网络在钙钛矿太阳能电池中的应用。通过在空气和氮气中可控低温退火的方法,基于氧空位争夺效应,在二维Ti 3 C 2 T X MXene片边缘原位生长零维TiO 2 量子点,且零维量子点和三维SnO 2 颗粒牢固结合,形成一种独特的多维异质结导电网络。当应用于钙钛矿电池电子传输层时,这种多维异质结的引入不仅有效提升了电子传输层的光学特性,而且改善了上层钙钛矿的结晶度及内部界面,为内部载流子的大规模传输提供了有效的纳米传输网络。这使得钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从16.83%上升到19.14%,且能够在30%-40%湿度的空气中,仍保持性能的85%超过45天,且具有可忽略的迟滞特性,从而为异质结的可控构建及光电器件改进提供思路。 图文导读 I 多维异质结薄膜的制备 通过旋涂法和可控退火工艺,在FTO基底上生长多维异质结薄膜。先将FTO基底进行臭氧清洗,然后旋涂SnO 2 -MXene的混合前体溶液,接着在热台上进行退火处理。退火时,先在空气中退火5分钟,然后在氮气中退火25分钟,从而形成MXene、TiO 2 和SnO 2 有效复合的多维异质结薄膜。 图1.多维异质结薄膜及钙钛矿层的制备工艺流程。 II 多维异质结薄膜的表征与分析 通过扫描电子显微镜(SEM)对多维异质结薄膜进行分析时,发现MXene稀疏地附着在SnO 2 表面,呈现典型的片状形貌,通过X射线能谱分析(EDS),发现薄膜主要由Sn,O,C和Ti所构成,且元素均匀分布。 图2.(a)多维异质结薄膜的SEM俯视图,插图为虚线框区域的放大图;(b-g)多维异质结薄膜的EDS图,(b)分析位置的SEM图像,(c)元素分层图像,(d-g)分别为Sn,O,C和Ti元素的映射图像。 对多维异质结薄膜进行X射线衍射分析发现锐钛矿相TiO 2 ,进一步通过X射线光电子能谱分析(XPS)对比分析,发现在多维异质结薄膜中,存在少量Ti元素,且Ti 4+ 的化学键含量明显多于纯MXene中含量,这表明可控退火工艺将MXene中的其他Ti键成功转化为Ti 4+ 键,此外,还发现部分Ti-O键,这说明在多维异质结薄膜中,锡基氧化物与少量钛基氧化物互相化合,导致了多维异质结网络的有效形成。 图3.SnO 2 和多维异质结薄膜的XPS测量光谱。(a)整体光谱;(b)多维异质结薄膜的Ti 2p 光谱,(c)SnO 2 和多维异质结薄膜的Sn 3d 和(d)O 1s 的高精度对比光谱。 对多维异质结样品进行透射电镜(TEM)及高分辨透射电镜(HRTEM)分析时,发现其呈现三维堆叠结构,晶格分析表明其含有金红石相SnO 2 和尺寸约5nm的零维锐钛矿相TiO 2 量子点,这些零维TiO 2 和三维SnO 2 颗粒之间相互缠绕,从而形成了TiO 2 /SnO 2 异质结。 图4. (a)多维异质结样品的TEM图像,(b-c)分别为(a)中虚线框区域的HRTEM放大图,(d)为(c)中虚线框区域的HRTEM放大图。 III 多维异质结导电网络的生长机理 作者采用原子模型分析了多维异质结导电网络的生长机理,在空气及氮气中可控退火时,MXene的边缘会发生氧化,产生锐钛矿TiO 2 晶体,且与周围的SnO 2 发生键合,从而共同生长。氧空位的争夺效应发挥了关键作用,其导致二维MXene纳米片作为导电桥梁,连通了其边缘的TiO 2 /SnO 2 异质结,从而构成了有效的多维异质结导电网络。 图5. (a-d)多维异质结导电网络的形成机理。 IV 钙钛矿太阳能电池性能分析 以多维异质结导电网络为电子传输层的钙钛矿太阳能电池,采用了正置器件结构。通过对电子传输层上层的钙钛矿层进行SEM形貌分析,发现,相比于电子传输层未采用可控退火工艺的样品,基于可控退火的样品,其钙钛矿晶体的尺寸明显增大,这有利于钙钛矿层的光电转换及载流子分离。 图6. 使用多维异质结导电网络作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的器件结构示意图(a)及截面SEM图像(b);钙钛矿层的SEM形貌,其下层的电子传输层制备时仅在空气中退火(c),采用可控退火(d)和仅在氮气中退火(e); 钙钛矿层的晶粒尺寸统计分布,其下层的电子传输层制备时仅在空气中退火(f),采用可控退火(g)和仅在氮气中退火(h)。 为研究多维异质结薄膜的载流子传输效果,作者对基于多维异质结薄膜与纯SnO 2 薄膜的样品,进行了一系列光电表征与分析。透射光谱、吸收光谱、稳态及瞬态光致发光光谱(PL, TRPL)、瞬态光电压及光电流(TPV,TPC)、空间电荷限制电流分析表明,基于多维异质结薄膜的样品,具有更高的透光性,更强的电子猝灭及传输能力,更快的电子传输能力,及更弱的载流子复合能力,同时也证明了其钙钛矿层具有更优的结晶及更少的界面缺陷。 作者还对多维异质结薄膜的能级特性进行了分析,紫外光电子能谱(UPS)分析表明,基于多维异质结的薄膜,其导带底与价带顶位置均下降了0.21 eV。相比于纯SnO 2 为电子传输层的钙钛矿太阳能电池,以多维异质结薄膜为电子传输层的钙钛矿太阳能电池具有更强的空穴阻挡及电子获取能力,从而为电池的高光电转化效率、抗湿稳定性及且可忽略的迟滞特性提供了有力支撑。 图7.基于多维异质结薄膜与纯SnO 2 薄膜样品的光电表征。(a)PL光谱;(b)TRPL光谱;(c)TPV曲线;(d)TPC曲线;(e)UPS光谱;(f)钙钛矿太阳能电池的能带结构图。 作者简介 曾玮 本文通讯作者 安徽大学 副教授,硕士生导师 ▍ 主要研究领域 光电及储能器件(钙钛矿太阳能电池、超级电容器)及传感器(压力、电磁场传感器)。 ▍ 主要研究成果 近年来,以第一作者或通讯作者身份在ACS Applied Materials Interfaces、Journal of Power Sources、Advanced Electronic Materials等知名国际学术期刊上发表SCI论文20余篇。主持或参与国家自然科学基金、安徽省自然科学基金等项目。 ▍ Email: youfmail@163.com zengwei@ahu.edu.cn 熊祎 本文通讯作者 武汉大学凝聚态物理学博士后 武汉纺织大学 电子显微镜实验室主管 ▍ 主要研究领域 先进功能材料的透射电子显微学研究(钙钛矿太阳能电池、光催化材料、压电电子学器件等)。 ▍ 主要研究成果 近年来,以第一作者或通讯作者身份在Materials Design、Journal of Applied Crystallography、New Journal of Chemistry等知名国际学术期刊上发表SCI论文8篇。主持或参与国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目。 ▍ Email: xiong@wtu.edu.cn xiongyi@whu.edu.cn 撰稿:原文作者 编辑:《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子:12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore:12.9,材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。 E-mail: editor@nmletters.org Tel: 021-34207624
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日本电气通信大学:GO/PbS量子点墨水提升胶体量子点太阳能电池性能
nanomicrolett 2020-8-7 19:24
Surface ‑ Modified Graphene Oxide/Lead Sulfide Hybrid Film ‑ Forming Ink for High ‑ Efficiency Bulk Nano ‑ Heterojunction Colloidal Quantum Dot Solar Cells Yaohong Zhang, Guohua Wu*, Chao Ding, Feng Liu, Dong Liu, Taizo Masuda, Kenji Yoshino, Shuzi Hayase, Ruixiang Wang*, Qing Shen* Nano‑Micro Lett.(2020) 12:111 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00448-8 本文亮点 1. 首次将丁胺修饰的氧化石墨烯(BTA@GO)用于PbS胶体量子点(CQDs)油墨中,制备 胶体量子点太阳能电池的活性层 。 2. BTA@GO提高了CQDs活性层的 载流子迁移速率 ,实现了11.7%的转换效率。 研究背景 半导体胶体量子点(CQDs)因其随尺寸变化的带隙可调性、易于解决的可制造性和多激子产生效应,在下一代光伏应用中备受关注。胶体量子点太阳能电池(CQDSCs)的光伏性能通过CQDs表面配体修饰、器件结构优化、活性层沉积工程在过去几年得到了显著改善。为了获得稳定的高性能硫化铅基CQDSCs,需要在PbS胶体量子点活性层中有高的载流子迁移率和低的非辐射复合中心密度。 内容简介 日本电气通信大学沈青教授课题组等首次将丁胺修饰氧化石墨烯(BTA@GO)用于PbS-PbX 2 (X = I – ,Br – )胶体量子点(CQDs)墨水,采用一步旋转涂覆法沉积制备胶体量子点太阳能电池的活性层,有效提高了PbS胶体量子点层的载流子迁移率。这种表面处理既保持了氧化石墨烯固有的优良的孔转移特性,又降低了氧化石墨烯的亲水性,使其在油墨溶剂中具有良好的分散性能。在CQDs层中引入BTA@GO可以构建块状纳米异质结结构,提供顺畅的载流子传输通道,从而提高载流子迁移率和电导率,延长载流子寿命,降低PbS-PbX 2 的复合中心密度。最后,基于BTA@GO/PbS-PbX 2 复合CQDs薄膜的大面积(0.35 cm 2 ) 胶体量子点太阳能电池的功率转换效率为11.7%,比对比装置提高了23.1%。 图文导读 I BTA@GO/PbS-PbX 2 混合胶体量子点墨水的制备 为了有效分散氧化石墨烯薄片,首先使用丁胺对氧化石墨烯薄片表面进行化学修饰,得到分散均匀的BTA@GO/PbS胶体量子点墨水。如图1a所示,GO表面含羧基和羟基等官能团,其中羧基很容易与丁胺中的氨基单元反应,生成稳定的BTA@GO溶液。图1c中FTIR光谱可以观察到GO与丁胺之间发生的化学变化。通过样品的TEM图像对比可以看出,与PbS-OA CQD相比,溶液态配体交换后PbS-PbX 2 CQD的CQD-CQD距离变窄。 图1.(a)GO的化学结构及BTA@GO形成机理;(b)BTA@GO溶液照片;(c)FTIR光谱;(d-f)PbS-OA胶体量子点,BTA@GO和PbS-PbX 2 胶体量子点与BTA@GO复合后的TEM照片。 II 光产生载流子BTA@GO/PbS-PbX 2 混合CQDs薄膜上的迁移 为研究BTA@GO与PbS-PbX 2 CQDs和PbS-EDT CQDs的能级匹配度,利用PYS法测量PbS-PbX 2 CQDs和BTA@GO的最高占据分子轨道(HOMO)位置。用BTA@GO溶液沉积的薄膜呈深棕色,这主要是氧化石墨烯表面官能团变化引起的。经丁胺化学处理后,GO上原有的羧基可以转化为新的酰胺类基团,这红外光谱结果相符。这种变化不仅影响颜色,同时也影响它的HOMO位置。H 2 O@GO和BTA@GO的HOMO位置值分别为−5.22 eV和−5.19 eV。PbS-PbX 2 CQDs和PbS-EDT CQDs的HOMO位值分别为−5.49 eV和−5.04 eV。这意味着靠近BTA@GO层的PbS-PbX 2 CQDs中的光生空穴倾向于从PbS-PbX 2 CQDs注入到BTA@GO中,并最终通过GO层快速传输到PbS-EDT CQDs。而在远离BTA@GO的PbS-PbX 2 CQDs层中的光生空穴在层中缓慢扩散最终迁移到PbS-PbX 2 /PbS-EDT的界面。BTA@GO的光带隙约为1.85 eV,计算出的BTA@GO的LUMO能级为−3.34 eV,远高于PbS-PbX 2 CQDs的LUMO位置。这种高能势垒可以抑制光生电子从PbS-PbX 2 CQDs向BTA@GO注入。在太阳能电池器件内内置电场的驱动下,PbS-PbX 2 CQDs层中的电子向电子收集层移动。然后,通过使用时间分辨光谱法证实PbS-PbX 2 和BTA@GO/PbS-PbX 2 CQD固体薄膜的光激发载流子转移。 图2.(a)BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs薄膜的电荷传输过程示意图;(b)TiO 2 ,PbS-PbX 2 CQDs, BTA@GO, PbS-EDT CQDs和Au的能级示意图。 从PbS-OA,PbSPbX 2 和BTA@GO/PbS-PbX 2 CQD薄膜的时间分辨光谱和基态吸收光谱中可以明显地观察到,在PbS-OACQDs的930 nm (1.33 eV)附近,时间分辨光谱漂白峰和基态吸收峰都对应于CQDs中的最低能激子。使用CQD油墨溶液配位体交换后制备的CQD薄膜,由于薄膜中CQD-CQD间距缩小且PbSCQD之间的耦合效应增强导致PbS-PbX 2 CQDs和BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs的时间分辨光谱漂白峰和基态吸收峰略有红移到970 nm。图3d中,与PbS-OA CQDs进行比较PbS-PbX 2 CQDs和BTA@GO薄膜可以观察到明显快速的时间分辨光谱漂白信号衰减,快速的时间分辨光谱漂白信号衰减表明CQD薄膜中发生了载流子迁移。 图3.PbS-OA CQDs膜、PbS-PbX 2 CQDs膜和BTA@GO/PbS-PbX 2 混合CQDs膜的时间分辨衰变比较. (a-c)PbS-OA, PbS-PbX 2 和BTA@GO/PbS-PbX 2 CQD薄膜的时间分辨光谱和基态吸收光谱;(b)PbS-OA, PbS-PbX 2 和BTA@GO/PbS-PbX 2 CQD薄膜的归一化吸收变化。 此外,采用空间电荷限制电流(SCLC)方法对CQDs膜的载流子迁移率和陷阱密度进行了评估。如图4a、b所示,SCLC测量得到典型的暗电流密度-电压( J-V )曲线可分为三个区域:高偏置电压下的Child区( J ∝ V 2 ),低偏置电压下的欧姆线性区( J ∝ V ),以及介于两者之间的非线性陷阱填充区。BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs膜的空穴迁移率为0.0030 cm 2 /V/s相比PbS-PbX 2 CQDs薄膜的空穴迁移率0.0023 cm 2 /V/s提高了约30%。引入BTA@GO可以更有效地提高CQDs膜中的空穴迁移率。由于BTA@GO可以引入额外的电荷传输通道,BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs薄膜表现出比PbS-PbX 2 CQDs薄膜更高的载流子迁移率,与时间分辨光谱测量结果一致。 图4. 基于PbS-PbX 2 CQDs薄膜的单孔器件的暗 J – V 曲线. (a)不含BTA@GO,(b)含BTA@GO;(c)PbS-PbX 2 CQDs薄膜和BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs薄膜的归一化μ-PCD衰减曲线。 III BTA@GO/PbS – PbX 2 CQDs薄膜太阳能电池的光伏性能 在BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs薄膜中,有效的载流子转移、增强的载流子迁移率和电导率,以及延长的自由载流子寿命,有助于深入了解CQDSCs的光伏性能。如图5a所示,使用BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs墨水设计制备块体纳米异质结器件FTO/TiO 2 /BTA@GO@PbS-PbX 2 /PbS-EDT/Au。图5b为该装置的扫描电镜横截面图。使用BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs薄膜装置的PCE为11.7%, J SC 、 V OC 和FF分别为33.9 mA cm −2 ,0.622 V和55.5%,且器件中没有磁滞现象。与用PbS-PbX 2 CQDs薄膜的装置进行了比较,该对比装置PCE为9.5%,BTA@GO/PbS-PbX2CQDs薄膜的 J SC 、 V OC 和FF性能参数均增长23%。因此,相比基于PbS-PbX 2 CQDs薄膜,BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs薄膜具有更快的电荷传输速率、更大的载流子迁移率和更高的载流子提取效率。 图5. (a)基于BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDs的块体纳米异质结器结构示意图;(b)CQDSCs装置的横截面SEM图像;(c)CQDSCs的 J – V 曲线;(d)BTA@GO/PbS-PbX 2 CQDSCs的IPCE谱图和 J SC 曲线;(e)不同GO含量的PbS-PbX 2 CQDSCs器件PCEs的统计分布;(f)不同CQD墨水浓度的PbS-PbX 2 CQDSCs器件PCEs的统计分布。 作者简介 Prof. Shen Qing 本文通讯作者 日本电气通信大学 情报理工学研究科 ▍ 主要研究领域 金属氧化物衬底和半导体量子点;提升量子点太阳能电池的光电转换效率的原理。 ▍ Email: shen@pc.uec.ac.jp 撰稿:《纳微快报》编辑部 编辑:《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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微孔MOF纳米晶异质结:提升钙钛矿电池的效率和稳定性
nanomicrolett 2020-6-1 12:19
Heterojunction Incorporating Perovskite and Microporous Metal-Organic Framework Nanocrystals for Efficient and Stable Solar Cells Xuesong Zhou, Lele Qiu, Ruiqing Fan,* Jian Zhang, Sue Hao, Yulin Yang* Nano-Micro Lett.(2020)12:80 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00417-1 本文亮点 1 . 在温和的条件下合成了尺寸可调的 微孔In-BTC纳米晶 。 2. 钙钛矿/In-BTC异质结薄膜具有 优化的形貌/结晶度 和 减少的晶界/缺陷 。 3. In-BTC修饰的PSCs表现出 高达20.87%的PCE 以及 优异的长期稳定性 。 研究背景 近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)得到了广泛的关注,并取得了惊人的快速发展,器件的光电转换效率(PCE)在短短几年内从3.8%大幅度提升到了25.2%。然而由于钙钛矿薄膜内部存在大量晶界和缺陷,导致PSCs的长期稳定性较差,限制了其商业化应用。设计新型功能添加剂材料被认为是一种有效地解决策略。MOF纳米晶具有良好的机械稳定性、交联的孔道、高的比表面积以及优异的可溶液加工特性,有作为功能性中间层或添加剂的应用潜力。此外,通过调节金属离子/簇和有机配体的组合,可以控制MOF纳米晶的能带结构和光伏特性以满足相应器件的实际需求。然而,相对苛刻的合成过程限制了MOF纳米晶在钙钛矿太阳能电池(PSCs)领域中的发展。特别是目前针对调控钙钛矿层和设计钙钛矿/MOFs异质结的研究仍然为数不多。 内容简介 哈尔滨工业大学范瑞清教授课题组和杨玉林教授课题组在本文中采用简单的溶剂热合成法,在温和的条件下制备了稳定的微孔MOF纳米晶(In-BTC)。随后,以In-BTC为钙钛矿前驱体溶液的添加剂,系统地研究了纳米晶含量与相应的钙钛矿/In-BTC异质结基PSCs的光伏性能之间的关系。结果表明,钙钛矿/In-BTC异质结薄膜具有优化的形貌/结晶度和减少的晶界/缺陷,有效地增强了相应PSCs的界面电接触、光响应和对周围环境的抗干扰能力。最优的钙钛矿/In-BTC异质结基PSCs表现出高达20.87%的功率转换效率(PCE),而且该器件在25°C和相对湿度约40%的环境中无封装储存28天后仍可以保持初始效率值的85%。 图文导读 I In-BTC晶体样品的简易尺寸调节 将硝酸铟(In(NO 3 ) 3 ·5H 2 O)和1, 3, 5-苯甲酸(H 3 BTC)溶解于H 2 O/CH 3 CN混合溶剂中,在温和的条件(85℃、6h)下制备了 n (In-BTC)晶体。值得注意的是,In-BTC晶体尺寸可以通过简单地控制混合溶剂中H 2 O和CH 3 CN的体积比来调节(9:1对应~5 μm,8:2对应~1 μm,7:3对应~150 nm)。如图1(a-c)所示,在相应的SEM图像中可以清晰地观察到尺寸均一的具有六角棱镜薄片状形貌的In-BTC晶体样品。图1(d)为不同晶体尺寸的In-BTC样品的粉末X射线衍射(PXRD)图谱。所有的PXRD测试图谱均与根据In-BTC晶体学数据得到的模拟图谱吻合良好,表明合成样品具有较高的结晶度和相纯度。 图1.In-BTC晶体样品的简易尺寸调节。(a-c)不同晶体尺寸In-BTC样品的SEM图像;(d)相应的PXRD图谱。 II In-BTC纳米晶的基础表征 为了考察In-BTC样品的热稳定性,在30~500 ℃温度范围内,升温速率为2 ℃/min的空气气氛下,对制备样品进行了热重分析(TGA)。In-BTC样品经过不同温度热处理12小时后的PXRD图谱进一步证明了其在200℃以下的结构稳定性(图2(b))。这也确保了In-BTC纳米晶作为添加剂在组装PSCs器件过程中不会发生框架坍塌。 随后,通过N 2 吸附-脱附测试表征了所合成的In-BTC纳米晶的多孔属性。图2(c)呈现典型的I型等温线,这与微孔的吸附过程相对应。同时,BET比表面积估算为331.62 m 2 /g,得到的两个微孔直径(~0.7 nm和~1.1 nm)与In-BTC单晶结构解析中观察到的空腔尺寸相吻合。骨架中相互交联的微孔有利于钙钛矿前驱体溶液的渗透,增强In-BTC纳米晶和钙钛矿之间的兼容性。同时,In-BTC纳米晶的极性位点可以预先与Pb 2+ 离子结合,诱导钙钛矿在In-BTC规则的空腔内优先成核,并在钙钛矿成膜过程中同步调节结晶速率,提高薄膜的形貌/结晶度并减少其晶界/缺陷。为了证明这一点,我们记录了PbI 2 存在下In-BTC纳米晶的X射线光电子能谱(XPS)。如图3(e,f)所示,原始的In-BTC样品在与PbI 2 混合后,O 1s的电子结合能从531.2 eV偏移到532.0 eV,这归因于In-BTC的末端氧位点与Pb 2+ 离子之间的配位相互作用。 图2. In-BTC纳米晶的基本表征。(a)TGA曲线。(b)不同温度热处理后的In-BTC样品的PXRD图谱。(c)N 2 吸附-脱附等温线;(d)孔径分布。原始In-BTC以及In-BTC和PbI 2 混合物的XPS(e)全谱和(f)O 1s谱。 以往的文献报道表明,紫外辐射会对损害钙钛矿薄膜并降低其稳定性。如图3(a)所示,In-BTC纳米晶在紫外区域表现出强吸收,可以对高能光子进行有效滤除。此外,In-BTC样品的光致发光光谱(PL)显示其最大发射峰在波长415 nm处,实现了紫外辐射的下转换。同时,从In-BTC样品的PL发射光谱与钙钛矿薄膜的UV-vis吸收光谱的高度重叠来看,二者之间应该存在福斯特共振能量转移效应(图3(b))。因此,利用钙钛矿/In-BTC异质结作为光捕获层,对增强PSCs的光响应具有重要意义。 如图3(c)所示,利用循环伏安法(CV)测定了In-BTC纳米晶的电化学氧化还原电位为0.23 V vs. Fc/Fc + (二茂铁/二茂铁 + )。In-BTC的最高占据分子轨道能级( E HOMO )为-5.33 eV,处于钙钛矿(-5.80 eV)和空穴运输材料(Spiro-OMeTAD: -5.11 eV)之间。高度匹配的 E HOMO 值表明,In-BTC纳米晶的引入可以促进钙钛矿层到空穴传输层(HTLs)的空穴载流子提取(图3(d)),进一步证明钙钛矿/In-BTC异质结应用于PSCs中的可行性。 图3. 基于钙钛矿/In-BTC异质结的n-i-p型PSCs性能。(a)In-BTC纳米晶的UV-vis吸收光谱。(b)In-BTC纳米晶的PL光谱和钙钛矿薄膜的UV-vis吸收光谱。(c)In-BTC纳米晶的CV曲线。(d)以钙钛矿/In-BTC异质结作为集光层的PSCs的能级图。(e)钙钛矿/In-BTC异质结基PSCs的 J-V 曲线插图显示了PSCs的横截面SEM图像。(f)从20个PSCs器件中获得的最佳和平均PCE值。 III 基于钙钛矿/In-BTC异质结的n-i-p PSCs的器件性能 为了确定钙钛矿/In-BTC异质结的最优参数,选用了五种不同的In-BTC纳米晶添加浓度与原始的钙钛矿前驱体溶液进行对比。相应的光电性能如图3(e,f)所示。显然,In-BTC纳米晶添加浓度为2.0 mg/mL时,相应PSCs器件的性能最佳,PCE值为20.87%,开路电压( V oc)、短路电流密度( J sc)和填充系数(FF)分别为1.12 V、23.55 mA/cm 2 和0.79。该光伏性能明显优于未添加In-BTC的原始器件。此外,钙钛矿/In-BTC异质结基PSCs (2.0 mg/mL)显示出比原始器件(18.19%)更高的平均PCE (19.63%),证明其具有良好的可重复性。 为了研究PSCs在光捕获层界面的电荷动力学,分别测试了瞬态光电流和光电压衰减曲线。In-BTC修饰钙钛矿层的PSC显示出比原始器件更快速的光电流衰减,表明界面处发生了更加有效的载流子迁移,这可以归因于In-BTC与钙钛矿和空穴传输材料之间的高度能级匹配。此外,In-BTC修饰的PSC显示出比原始器件明显缓慢的光电压衰减,表明以In-BTC纳米晶作为钙钛矿层添加剂可以实现更长的载流子寿命,这可以解释为In-BTC对钙钛矿晶体薄膜的缺陷钝化作用来,从而有效地抑制了光生载流子的复合。 钙钛矿薄膜内部的缺陷也是迟滞现象的一个主要诱因,而迟滞现象的存在会导致不精确的器件性能评估。为了研究相应的PSCs的迟滞行为,分别从正向和反向扫描测量了器件的 J-V 曲线。结果表明,基于钙钛矿/In-BTC异质结的器件比原始器件(0.14)的迟滞指数(HI)要低(0.11),进一步证明了In-BTC纳米晶对钙钛矿薄膜的缺陷钝化作用。 IV In-BTC纳米晶对钙钛矿薄膜的性能优化 研究中发现不同In-BTC添加浓度修饰的PSCs在光伏性能尤其是FF上表现出显著差异,这促使我们进一步研究了相应的钙钛矿/In-BTC异质结薄膜的性能。图4(a)显示了不同薄膜的PXRD图谱,随着In-BTC添加浓度的增加,钙钛矿的(100)峰和PbI 2 的(001)峰的强度比明显增强,表明In-BTC纳米晶的引入有利于提高钙钛矿薄膜的结晶度。图4(b-d)为相应薄膜的顶视SEM图像,从中可以清楚地观察到钙钛矿/In-BTC薄膜的晶粒尺寸明显大于原始薄膜的晶粒尺寸,进一步证明了掺杂In-BTC纳米晶对提高衍生钙钛矿薄膜结晶度的积极作用。同时,钙钛矿薄膜的整体形貌也有一定程度的改善。因此,通过向钙钛矿前驱液中引入In-BTC纳米晶体有效地减少了钙钛矿薄膜的晶界和缺陷,从而改善了薄膜内部的载流子迁移以及相关界面的电接触。然而,过量添加In-BTC纳米晶(4.0 mg/mL或8.0 mg/mL)会导致钙钛矿与In-BTC的相分离,直观表现为薄膜形貌的恶性变化,如图5(b)、5(c)所示。同时,在相应的PXRD图谱中也可以观察到分别属于In-BTC (002)和(202)晶面的新的衍射峰5.37°和16.45°。图5(e)的SEM-EDS图像显示了最优钙钛矿/In-BTC异质结薄膜(2.0 mg/mL)的元素分布。显然,得益于In-BTC添加剂的纳米级粒径和相互交联的微孔,In和Pb元素均呈现均匀分布。 最优掺杂比例(2.0 mg/mL)的钙钛矿/In-BTC异质结基PSCs的优异光伏性能激励我们进一步研究其长期稳定性。在室温和相对湿度(RH)为~40%的环境中记录了未封装设备的PCE衰减曲线。储存28天后,由于异质结薄膜更优异的形貌/结晶度和更少的晶界/缺陷,In-BTC修饰的太阳能电池的PCE稳定在初始PCE的85.5%,而原始器件的PCE下降到61.3%。这一结果清楚地反映了钙钛矿/In-BTC异质结也可以有效地增强PSCs长期稳定性。 图4. In-BTC纳米晶对钙钛矿薄膜的性能优化。(a)原始钙钛矿薄膜和加入不同浓度In-BTC纳米晶的钙钛矿/In-BTC异质结薄膜的PXRD图谱。(b-d)相应薄膜的SEM图像。(e)最优钙钛矿/In-BTC异质结膜(2.0 mg/mL)的元素映射图像。 作者简介 范瑞清 本文通讯作者 哈尔滨工业大学 教授、博导 ▍ 主要研究领域 1. 有机发光材料亚胺类金属配合物的设计合成。 2. 超分子配位聚合物的设计与合成。 ▍ 主要研究成果 近五年来,在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.和ACS Appl. Mater. Interfaces等高水平期刊上发表的SCI学术论文100余篇;主持国家自然基金面上项目4项。 ▍个人主页: http://homepage.hit.edu.cn/fanruiqing 杨玉林 本文通讯作者 哈尔滨工业大学 教授、博导 ▍ 主要研究领域 1. 新型钙钛矿与染料敏化太阳能电池界面材料与器。 2. 新型含能材料的合成工艺、组装与性能。 ▍ 主要研究成果 近五年来,在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces和J. Power Source等高水平期刊上发表的SCI学术论文80余篇,主持多项国家自然基金面上项目。 ▍个人主页: http://homepage.hit.edu.cn/yangyulin 撰稿: 原文作者 编辑: 《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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Science:新型多材料太阳能电池树立了新的效率标准
zhpd55 2020-3-6 17:56
Science:新型多材料太阳能电池树立了新的效率标准 诸平 Fig. 1 Left to right: Postdoctoral fellows Erkan Aydin (KAUST), Yi Hou (University of Toronto) and Michele De Bastiani (KAUST) are part of an international team that has designed a new type of tandem solar cell. The device combines industry standard silicon manuf 据加拿大 多伦多大学 ( University of Toronto )2020 年 3 月 5 日提供的消息,多伦多工程大学 ( University of Toronto Engineering ) 和阿卜杜拉国王科技大学( King Abdullah University of Science and Technology , KAUST )的研究人员克服了将钙钛矿 (perovskites) 新兴的太阳能收集技术与商业金标准硅太阳能电池相结合的主要障碍。结果得到高效、稳定的串联太阳能电池,这是迄今为止报道的性能最好的串联太阳能电池之一。图 1 是 KAUST 提供的照片,从左到右:博士后研究员 埃尔坎 ·艾丁( Erkan Aydin , KAUST ),多伦多大学 侯毅( Yi Hou 音译, University of Toronto )和 米歇尔 ·德巴斯蒂尼( MicheleDe Bastiani , KAUST )是设计新型串联太阳能电池的国际团队的部分成员。该设备将行业标准的硅制造太阳能电池与新的钙钛矿技术( perovskite technology )结合在一起。 相关研究结果于 2020 年 3 月 6 日已经在《科学》( Science )杂志网站发表 —— Jixian Xu,Caleb C. Boyd,Zhengshan J. Yu,Axel F. Palmstrom, Daniel J. Witter, Bryon W. Larson, Ryan M. France, Jérémie Werner, Steven P. Harvey, Eli J. Wolf, William Weigand, Salman Manzoor, Maikel F. A. M. van Hest, Joseph J. Berry, Joseph M. Luther, Zachary C. Holman, Michael D. McGehee . Triple-halide wide–band gap perovskites with suppressed phase segregation for efficient tandems . Science , 06 Mar 2020: Vol. 367, Issue 6482, pp. 1097-1104 . DOI: 10.1126/science.aaz5074 参与此研究的除了中国科学技术大学材料科学与工程系,中科院能量转化材料重点实验室( CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion, Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China )的研究人员之外,还有来自美国科罗拉多大学( University of Colorado )、美国国家可再生能源实验室( National Renewable Energy Laboratory, Golden )、美国斯坦福大学( Stanford University )以及美国亚丽桑那州立大学( Arizona State University )的研究人员。作者署名中未见加拿大的研究人员。 在《 科学 》杂志上发表的一篇新论文的资深作者泰德 · 萨金特( Ted Sargent )教授说 : “ 今天, 硅 太阳能电池比以往任何时候都更高效,更便宜。但是,单靠硅的效率是有限的。我们致力于使用串联(两层)方法来克服这些限制。 ” 与硅一样, 钙钛矿晶体 也可以吸收 太阳能 来激发电子,这些电子可以被引导到电路中。但是与硅不同,钙钛矿可以与液体混合以产生可以在表面上印刷的 “ 太阳能油墨 ” 。基于墨水的制造方法(称为溶液处理)已经在 印刷行业中广为采用 ,因此有可能降低制造太阳能电池的成本。 新论文的主要作者,博士后研究员侯毅 说: “ 在有纹理的硅上添加一层 钙钛矿 晶体来制造串联太阳能电池是提高其性能的好方法。 ”“ 但是当前的行业标准是基于晶圆(结晶硅薄板)而设计的,这种晶圆并未考虑到这种方法。 ” 尽管它们看上去很光滑,但用于太阳能电池的标准硅晶片具有约 2 μ m 高的微小锥体结构。不平整的表面使从硅表面反射的光量最小化,并提高了整体效率,但也使得难以在其上涂覆均匀的钙钛矿层。 侯毅 说: “ 以前的大多数串联电池都是通过先抛光硅表面使其光滑然后再添加钙钛矿层而制成的。 ”“ 这行得通,但要额外付费。 ” 侯毅 和团队的其他成员,包括泰德 · 萨金特和 KAUST 教授斯特凡 · 德 · 沃尔夫 ( Stefaan De Wolf ),采取了不同的方法。他们增加了钙钛矿层的厚度,使其高到足以覆盖由金字塔结构产生的峰和谷。 研究小组发现,山谷中的钙钛矿产生了一个电场,该电场将钙钛矿层中产生的电子与硅层中产生的电子分开。这种类型的电荷分离是有益的,因为它增加了激发的电荷将流入电路而不是电池其他部分的机会。 该团队通过将钙钛矿晶体涂覆在由 1- 丁烷硫醇( 1-butanethiol ,一种常见的工业化学品)制成的 “ 钝化层( passivation layer ) ” 中,进一步增强了电荷分离。 经过德国弗劳恩霍夫太阳能研究所( Fraunhofer Institute for Solar Energy in Freiburg, Germany )的独立外部实验室 检验,串联太阳能 电池 的效率达到了 25.7 %。这是有史以来针对此类设计的最高效率之一。它们也很稳定,可以承受高达 85 ℃ 的温度超过 400 小时,而不会 显著降低性能。 侯毅 说: “ 事实上,我们可以在不修改硅片的情况下完成所有这些工作,这是一个即插即用的解决方案。 ”“ 行业可以应用此方法,而不必对其现有流程进行昂贵的更改。 ” 侯毅 和团队正在继续改进设计,包括将稳定性提高到 1,000 小时 ,这是一项行业基准。 侯毅 说: “ 我们为这项合作取得的创纪录业绩感到非常自豪,但这仅仅是个开始。 ”“ 通过克服串联 太阳能电池 的关键限制,我们为更大的收益奠定了基础。 ” 斯特凡 · 德 · 沃尔夫说: “ 我们的方法为硅光伏产业打开了一扇大门,可以充分利用钙钛矿技术迄今取得的巨大进步。 ”“ 这可以以较低的成本将性能更高的光伏面板推向市场。 ” 更多信息请注意浏览原文或者相关报道。 石墨烯,钙钛矿和硅 - 高效太阳能电池的理想串联 ( Graphene, perovskites, and silicon—an ideal tandem for efficient solar cells )等。 Tuning band gaps with three halides Tandem solar cells can boost solar cell efficiency by using two active layers to absorb the solar spectrum more completely, provided that the two cells are current-matched. Inorganic-organic perovskites tuned to the appropriate wide band gap (~1.7 electron volts) as top cells that contained iodine and bromine or bromine and chlorine have short carrier diffusion lengths and undergo photo-induced phase segregation. Xuet al.now report a method for incorporating chloride that allows for fabrication of stable triple-halide perovskites with a band gap of 1.67 electron volts. Two-terminal tandem silicon solar cells made with this material had a power conversion efficiency of 27%. Science, this issue p. 1097 Abstract Wide–band gap metal halide perovskites are promising semiconductors to pair with silicon in tandem solar cells to pursue the goal of achieving power conversion efficiency (PCE) greater than 30% at low cost. However, wide–band gap perovskite solar cells have been fundamentally limited by photoinduced phase segregation and low open-circuit voltage. We report efficient 1.67–electron volt wide–band gap perovskite top cells using triple-halide alloys (chlorine, bromine, iodine) to tailor the band gap and stabilize the semiconductor under illumination. We show a factor of 2 increase in photocarrier lifetime and charge-carrier mobility that resulted from enhancing the solubility of chlorine by replacing some of the iodine with bromine to shrink the lattice parameter. We observed a suppression of light-induced phase segregation in films even at 100-sun illumination intensity and less than 4% degradation in semitransparent top cells after 1000 hours of maximum power point (MPP) operation at 60 ℃ . By integrating these top cells with silicon bottom cells, we achieved a PCE of 27% in two-terminal monolithic tandems with an area of 1 square centimeter.
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六谈智能+X的基本要素和实施路径---牵着牛鼻子走
热度 2 jyx123321 2020-2-25 16:16
在 2020 年 2 月 23 日写了科学网博文《五谈智能 +X 的基本要素和实施路径 --- 论文 / 专利 / 生产实践的协同增效 》,被科学网选为了置顶精选博文,网页链接如下: http://blog.sciencenet.cn/blog-99553-1220022.html 至今,课题组的任何同学都不能返校。我进出住宅小区、校园都要测体温,因此近期也就没有到实验室去。索性继续在家梳理课题组的研究方向和内容,再写一篇随笔并群发课题组同学们和相关朋友,和大家一起看清方向,进而脚踏实地向前进。 在 2020 年 2 月 20 日我写的科学网博文《四谈智能 +X 的基本要素和实施路径 --- 以智能制造为例》里,以阿基米德之言“给我一个支点,我能撬动地球”,阐述了智能制造的基本要素、框架结构、逻辑关系和实施路径,其中在最后一段特别指出 “ 没有这些精通传统制造业的人才,如何落地分布式、多物理量、准确可靠、实时在线的低成本工业监测技术?如何做好纷繁复杂、变化万千的制造过程模拟仿真?其实,我认为这才是阿基米德在寻找的支点啊”, 网页链接如下: http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=99553do=blogid=1219499 如上所述,反思我们课题组多年的智能检测和健康评估技术研究的经验教训,我认为这里面真正的牛鼻子就是:表贴 / 内植的、空间分布式、固体应力应变温度 / 流体种类及浓度温度等多种物理量、准确可靠、实时在线、低成本的工业监测技术。这个牛鼻子技术就基本上把纷繁复杂的物理化学过程的一些重要信息实时在线地量化在我们眼前了。在此基础上,就可以充分挖掘和利用我们人类社会积累的宝贵知识,更加精确合理地建立数学模型;进而利用计算机的强大计算和存储能力,开展数值模拟仿真,从而获得更多种类物理量的全空间分布、全时间演变的量化信息;一旦有了这种高质量的大数据,通过训练使得人工智能技术满足所需的预测能力、预测精度和预测速度就是自然而然的事。 至今,我们课题组已在多个产业方向上开展了相关的智能检测技术研究,也在 2020 年 1 月 14 日的“ 2020 山东大学 --- 威海 产学研对接暨助力文登高质量发展合作大会”上正式发布了七个智能检测实施案例: 1 、橡胶 / 光纤光栅分布式压触传感器; 2 、复合材料封装的基片式光纤光栅传感器; 3 、大型压滤机使役在线监测; 4 、电子封装用树脂的固化成型在线监测; 5 、大型风电叶片模具制造和使役的光纤光栅在线监测及健康评估; 6 、复合材料结构雷击过程的光纤光栅在线监测和雷击防护; 7 、气敏高分子膜 / 光纤光栅传感器的气体在线监测。每个案例被做成了一张 PPT ,简介了基本过程、应用领域和价值、我们自己的相关实测数据。可见网页链接: http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=99553do=blogid=1214331 今后,我们课题组除了继续深化上述几个产业方向的智能检测和健康评估技术、力争这些先进技术更加成熟和适用之外,还将在骨水泥、太阳能电池、车用新能源电池等产业方向探索应用智能检测和健康评估技术。其中,就骨水泥来说,我最近几个月阅读了一批文献,也和省千佛山医院、齐鲁医院骨科的大夫们做了多次交流讨论,尤其和省千佛山医院的几位大夫做了多次的技术细节面谈,认为针对现有成熟的医用甲基丙烯酸甲酯材料体系,有必要开展安全且有效的骨缝注入工艺按需设计、包括球囊和固定钛钉及输注器在内的医用器械的多样化有效性优化设计和按需优选,技术路线则是通过实时在线监测技术和传统的医学成像技术,再结合骨水泥在骨多孔介质内的浸渍填充和聚合反应成型过程的有限元模拟技术,使得信息 --- 物理系统的数据孪生、映射和增值能力大幅度增强,从而使得骨水泥技术的安全性和有效性以及最优方案的明确快速可选性显著增强,在老龄化社会里必然愈加重要的骨伤治疗方面发挥“智能在线监测、传统医学成像、计算机模拟仿真、大数据、人工智能”和“虽为老材料但是新工艺”的协同增效作用。至于太阳能电池技术的智能检测和健康评估,我春节后刚刚针对该技术需求写出了书面的技术研发方案,认为我们能在优化太阳能电池组的设计和制造工艺、大幅度降低硅电池片的损伤破坏方面提供直接的使役应力应变和温度在线监测数据,充分发挥我们课题组精通的真空辅助三明治结构制造技术优势、分布式光纤传感传输器的按需内植技术优势、复杂三明治结构使役状态及逐步累积损伤过程的有限元模拟技术优势。 最后,用我在科学网置顶精选博文《五谈智能 +X 的基本要素和实施路径 --- 论文 / 专利 / 生产实践的协同增效》的评论区里我对博友周老师的回复做一总结吧: “应用基础和工程技术研究,在深入、系统地分析总结之后,凝练其中的关键、核心和共性科学问题,也是可以申请各类基金项目的,当然也可以在国际一流的专业期刊上发表论文,推动相关产业技术的发展,同时自然而然地扩大自己的影响力,有为即有位。 在当下经济活动中,不要相信任何人的私德,尤其涉及重大的经济利益时。重视专利,形成严密的专利群保护自己的发明创造,并适当地举起法律武器维权,如高通公司那样,是高校院所人员从事生产实践过程中要重视的事。这不是去算计他人,而实际情况是高校院所人员通常要被他人算计,除非这个高校院所人员没有太大的经济利用价值。依靠知识产权法律震慑和维权,也许是成本最低的自保之路。因此,专利绝对不是仅仅用作年底计算科研绩效的所谓成果,更是从事产业技术研发和应用推广的法律护身符和通行证。 因此,我们的多年切身体会是,论文、专利、生产实践是协同增效的,长远看缺一不可”。 这也权作我的科学网博文《春节假期前的工作总结》的内容注解、《五谈智能 +X 的基本要素和实施路径 --- 论文 / 专利 / 生产实践的协同增效》的自身案例吧。其网页链接是: http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=99553do=blogid=1214855 亲爱的博友,关于这里所谈的“牵着牛鼻子走”,您的意见是什么呢?欢迎批评指正!
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钙钛矿与硅串联太阳能电池:从复杂平衡极限计算到光子操纵
nanomicrolett 2020-1-13 22:59
Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells: From Detailed Balance Limit Calculations to Photon Management MohammadI. Hossain, Wayesh Qarony, Sainan Ma, Longhui Zeng, Dietmar Knipp*, Yuen HongTsang* Nano-Micro Lett.(2019)11:58 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0287-8 本文亮点 1 为钙钛矿太阳能电池的 优化设计 提供了热力学和详细的平衡计算方法。 2 讨论了 光子操纵 对钙钛矿太阳能电池能量转换效率的影响。 3 提出了一种优化的太阳能电池设计方案,并实现了能量转换效率超过32%的钙钛矿/硅串联太阳能电池。 研究背景 光伏能源利用在电力行业迅速增长,商用太阳能组件主要是基于硅基的异质结太阳能电池。最新的基础研究成果表明太阳能电池的能量转换效率高达26.3%。为了进一步提高能量转换效率,平衡计算表明,如果为顶部和底部太阳能电池选择理想的材料组合,串联太阳能电池可以达到超过40%的能量转换效率。进一步研究发现带隙为1.15 eV的晶体硅非常适合作为太阳能电池底部材料,在这种情况下,当顶部电池的带隙为1.7 eV时,可达到最高能量转换效率。复合半导体已被研究证明可以作为一种太阳能电池的潜在顶部吸收材料,由于其制造温度高、硅与复合半导体的晶格不匹配以及制造成本高等问题,目前还没有成功的实现。近年来,钙钛矿材料体系被研究作为单结太阳能电池或钙钛矿/硅串联太阳能电池的潜在材料,已经获得了超过20%的能量转换效率,太阳能电池的高能量转换效率有望很快达到甚至超过30%。 内容简介 香港理工大学Yuen Hong Tsang课题组运用平衡计算方法提出新的太阳能电池设计方案,使钙钛矿太阳能电池能量转换效率超过32%。 为了缩小理论能量转换效率极限与实际太阳能电池性能之间的差距,需要对太阳能电池的损耗进行详细计算。在本课题研究中,从基本的卡诺过程到公认的肖克利-奎伊瑟极限(Shockley–Queisser limit), 作者提出了计算基本能量转换效率极限的理论方法。通过详细的平衡计算和光子操纵,研究了钙钛矿/硅串联太阳能电池的能量转换效率损失和极限。作者使用一种延伸的肖克利奎塞尔模型来确定基本的损失机制,并将损失与太阳能电池的光学联系起来。此外,作者详细讨论了光子操纵对钙钛矿单结太阳能电池和钙钛矿/硅太阳能电池的太阳能电池参数的影响,并提出了一种优化钙钛矿/硅串联太阳能电池的设计方案,使其能量转换效率超过32%。 图文导读 I 不同太阳能电池的示意图 图1 (a)硅异质结太阳能电池; (b)由晶体硅吸收层和非晶硅接触层组成的硅异质结太阳能电池; (c)非晶硅异质结薄膜太阳能电池; (d)钙钛矿异质结薄膜太阳能电池; (e)钙钛矿/硅串联太阳能电池的原理图。 II 卡诺变换效率极限与Landsberg转换效率极限示意图 太阳能电池最基本的能量转换效率极限是卡诺极限,卡诺极限将太阳能电池描述为热机,如图2所示。Landsberg计算了能量转换效率极限,假设太阳和太阳能电池是具有熵损失的黑体,这意味着传输、产生和转换会导致熵损失。此外,输入和输出热通量被输入和输出辐射能量所代替。Landsberg太阳能转换器的示意图如图3所示。 图2卡诺可逆热机所代表的太阳能电池示意图。 图3太阳能转换器的Landsberg模型示意图。 III 复杂平衡极限或Shockley-Queisser极限 黑体辐射和AM 1.5G太阳光谱的短路电流密度、开路电压、填充系数和能量转换效率作为带隙的函数如图4所示。 短路电流密度增大,开路电压却随带隙的增大而减小。短路电流密度与开路电压之间达到平衡将得到最优带隙。能量转换随带隙的变化如图4d所示,在1.2-1.4eV的带隙中观察到能量转换效率最大值可达33.5%。图6同样也比较了最终的能量转换效率和Shockley-Queisser转换效率极限。发现辐射复合会引起能量转换效率的额外损失,最终的转换效率在1.1eV达到最高,而Shockley-Queisser极限在1.2-1.4eV范围内达到最高。 图4 在6000K下,带有黑体辐射光谱的AM 1.5G光谱的(a)短路电流、(b)开路电压、(c)填充系数和(d)转换效率平衡极限(Shockley Queisser极限)。 作者简介 Dr TSANG Yuen Hong (本文通讯作者) 香港理工大学应用物理学系副教授 ▍ 主要研究领域 长期致力于二维半导体材料表征及应用研究,探索纳米材料在新一代激光、光电子、能源等重要领域的应用。 主要研究领域包含类石墨烯的二维材料的非线性光学特性的研究、基于新型二维材料激光领域的应用(如锁模激光器、调Q激光器、光限幅器等)、新型的光电子器件研究与开发 (光电探测器和图像传感),新型二维纳米材料用于可再生能源发电与水净化等以及激光(激光材料加工,激光手术)。 ▍ 主要研究成果 多篇论文发表在国际知名新材料,光学和光电子期刊上包括ACS Nano, Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Functional Materials, AdvancedScience, Nano-Micro Letter, Small, ACS Photonics, ACS Applied Materials Interface, Nanotechnology, Scientific Reports, Journal of Materials Chemistry, Nano Research, Nanoscale, Photonics Research,Optics Letter, Optics Express etc.。 共 发表 SCI 论文 140 余篇,累计引用 3200 次, H 指数 32 。 Email: yuen.tsang@polyu.edu.hk 主页链接: https://www.polyu.edu.hk/ap/about-ap/staff/academic-staff/97-dr-tsang-yuen-hong-peter 撰稿: 《纳微快报》编辑部 审核:原文作者 编辑:《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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吉林大学郭文滨:如何提高钙钛矿电池的效能和稳定性?
nanomicrolett 2019-7-3 13:18
Surface Passivation of Perovskite Solar Cells Toward Improved Efficiency and Stability Zhiqi Li, Jiajun Dong, Chunyu Liu, Jiaxin Guo, and Wenbin Guo Nano-Micro Lett. (2019) 11: 50 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0282-0 本文亮点 1 在钙钛矿薄膜表面采用热蒸镀的方法生长一层TTC作为界面钝化层,TTC钝化层能有效填补钙钛矿表面缺陷,降低粗糙度,改善界面接触,进而降低界面复合,提高器件能量转换效率。 2 TTC分子具有很强的疏水特性,能够在钙钛矿表面形成一层水汽阻挡层,有效隔离空气中水汽的侵蚀,提高器件稳定性。 内容简介 近年来, 金属卤化物钙钛矿 (以下简称钙钛矿)材料由于其卓越的光电性能而受到广泛关注。 钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率高、原材料来源广泛、成本低廉、制作过程简单可批量生产、柔性、易于大面积印刷等优势 ,被认为是最有希望实现商用化低成本发电的新一代光伏技术之一。 过去十年,钙钛矿电池的研究迅猛发展, 实验室认证效率已从3.8%增至24.2% ,接近商业化硅电池。然而,目前钙钛矿电池仅能在自然环境中工作数月便会出现显著性能衰减,而传统的硅电池能工作超过25年。钙钛矿器件在外界环境下不稳定成为限制其商业化应用的瓶颈。因此, 在保证钙钛矿电池高效率的同时,提高稳定性是目前钙钛矿光伏技术产业化研究中的关键。 👇 吉林大学郭文滨 团队提出了一种 小分子界面钝化 方法,为解决上述问题提供了全新的思路。该方法基于ITO/PTAA/CH3NH3PbI3/TTC/C60/BCP/Ag器件结构,采用热蒸发的方法在钙钛矿表面生长一层TTC作为 界面钝化层 ,同时提高钙钛矿电池器件效率与稳定性。 郭文滨教授为论文的通信作者,李质奇博士为论文的第一作者。 TTC钝化层能有效填补钙钛矿表面缺陷,降低粗糙度,同时改善钙钛矿层与C60表面接触,进而 降低载流子在界面处的复合,增强载流子传输 ,提高器件能量转换效率。在一个标准太阳光下,经过TTC钝化器件与对比器件相比, 器件能量转换效率由17.38%提高到20.05% ,器件性能明显提高。 TTC小分子材料具有较强的疏水特性 ,这种强的疏水特性能够使其在钙钛矿表面作为一层水汽的阻挡层,有效隔离空气中水汽的侵蚀,提高器件稳定性。未经封装的条件在空气中进行长期稳定性测试,TTC钝化器件与对比器件相比, 在大气湿度40%条件下储存时间180小时器件能量转换效率仍旧保持原来的85% ,器件稳定性明显提高。 图文导读 基于TTC界面钝化钙钛矿电池基本结构 采用ITO/PTAA/CH3NH3PbI3/TTC/C60/BCP/Ag器件结构,如图1所示。 用溶液法生长PTAA作为 空穴传输层 ,通过真空蒸镀法在钙钛矿薄膜表面生长 TTC钝化层 ,紧接着蒸镀C60与BCP作为 电子传输层 ,最后蒸镀Ag作为电极,实验方法简单,无特殊工艺要求,可重复性高。 图1 (a) 基于TTC界面钝化钙钛矿电池; (b) 电池界面SEM图。 👇 TTC钝化的钙钛矿薄膜形貌与电荷动力学 TTC钝化层的引入能 有效填补钙钛矿表面晶界缺陷 ,降低 钙钛矿表面粗糙度 , 优化表面形貌 (图2(a-d)),进而降低载流子在界面处的复合,增强载流子传输,如图2e和2f所示。 图2钙钛矿薄膜表面SEM图: (a) 钙钛矿; (b) TTC附着的钙钛矿; (c) C60附着的钙钛矿; (d) TTC/C60附着的钙钛矿; (e) 不同材料覆盖的钙钛矿薄膜PL谱图; (f) 不同材料覆盖的钙钛矿薄膜TRPL谱图。 👇 基于TTC界面钝化钙钛矿电池电学性能与器件稳定性测试 TTC界面钝化层的引入同时提高了钙钛矿电池器件效率与稳定性。如图3a,在一个标准太阳光下,经过TTC钝化器件与对比器件相比,器件能量转换效率由17.38%提高到20.05%,器件窄的效率分布也显示器件高的可重复性(图3b)。 并且由于TTC对晶界缺陷的钝化作用,TTC钝化器件与对比器件相比,迟滞现象消失,器件功率稳定输出(图3d-e)。同时 改善钙钛矿层与C60表面接触,提高载流子传输(图3g),降低暗电流(图3h) ,降低载流子界面复合 (图3i)。 图3 (a) 器件电流密度-电压(J-V)曲线; (b) 器件效率分布图; (c) 器件EQE图; (d) TTC钝化器件正向与反向扫描J-V曲线; (e) 对比器件正向与反向扫描J-V曲线; (f) 器件稳定功率输出曲线图; (g) 器件材料能级图; (h) 器件暗电流曲线图; (i) 单电子器件暗电流曲线图。 👇 TTC小分子材料具有较强的疏水特性,这种强的疏水特性能够使其在钙钛矿表面作为一层水汽的阻挡层,有效隔离空气中水汽的侵蚀,提高器件稳定性。 如图4,经过器件长期稳定性测试,TTC钝化器件与对比器件相比,在大气湿度40%条件下储存时间180小时器件能量转换效率仍旧保持原来的85%,器件稳定性明显提高。 图4 (a) 器件稳定性测试曲线;薄膜接触角测试图 (b)钙钛矿,(c) C60附着的钙钛矿;(d) TTC附着的钙钛矿;(e) TTC/C60附着的钙钛矿。 作者简介 郭文滨 (本文通讯作者) 教授、博导 吉林大学电子科学与工程学院 ▌主要研究方向 主要致力于 新型能源与信息电子材料的研究 ,包括有机与无机半导体光电器件物理、结构设计、器件制备、理论模拟、纳米功能材料与新能源应用等方向。 ▌科研成果 近年来在Adv. Funct. Mater., Small, Solar RRL, JMCA,Chem. Mater., Mater. Today Energy, ACS Appl.Mater. Interfaces,Appl. Phys.Lett.等国际主流杂志发表SCI检索论文100余篇。 E-mail: guowb@jlu.edu.cn 钙钛矿·相关阅读 👇 NML综述|光电“明星”材料!无铅卤素双钙钛矿 NML综述 | 石墨烯可成为钙钛矿太阳能电池的下一代材料吗? 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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争议与挑战: 低维含铅卤化物钙钛矿中发光中心和边界态的起源
nanomicrolett 2019-5-28 18:19
Origin of Luminescent Centers and Edge States in Low-Dimensional Lead Halide Perovskites: Controversies, Challenges and Instructive Approaches Jiming Bao,Viktor G. Hadjiev Nano-Micro Lett. (2019) 11: 26 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0254-4 本文亮点 1 总结了低维钙钛矿中有争议的发光中心和边缘状态。 2 评估实验证据,并讨论质疑和争议的根本原因。 3 提出了新的实验技术来解决这些争议,并确定了发光中心的性质。 内容简介 卤化铅钙钛矿 具有良好的电子光学性能和耐缺陷性,是实现高效、低成本太阳能电池和发光器件的理想材料。最近,对低维钙钛矿中明显的深能级和高发光状态的观测引起了极大关注。 👇 引起二维CsPb 2 Br 5 和零维Cs 4 PbBr 6 产生绿光的原 因 尚存争议:一、由固有的点缺陷引起;二、仅由嵌入在透明宽带隙半导体中的高亮度CsPbBr 3 纳米晶体引起。此外, 二维Ruddlesden-Popper钙钛矿深部边缘发射的性质 仍未得到很好的解释。 美国休斯顿大学包吉明 在本综述中分别分析了支持对立解释的实验证据,并讨论了争论的焦点及其根本原因。同时指出了现有密度泛函理论建模方法的不足和卤化铅钙钛矿的固有点缺陷。 图文导读 二维宽带隙CsPb2Br5的发光状态 CsPb 2 Br 5 为层状卤化铅结构,Pb-Br骨架由Cs层分隔(图2a)。Zhang等人率先报道了CsPb 2 Br 5 对3D全无机钙钛矿CsPbBr 3 的有益作用:CsPb 2 Br 5 纳米颗粒与CsPbBr 3 纳米晶体的结合,使CsPbBr 3 的PL提高了数倍,CsPbBr 3 发光二极管(led)的外部量子效率提高了50%。 图2b、c显示,超过90%的CsPbBr 3 被CsPb 2 Br 5 纳米颗粒所覆盖,但CsPb 2 Br 5 /CsPbBr 3 的荧光和荧光量子产率几乎与纯CsPbBr 3 纳米晶体相同。 从图2d、e可以看出,这些纳米颗粒并不是单相的,高分辨率透射电镜可以看出,它们是CsPb 2 Br 5 /CsPbBr 3 纳米复合材料,具有黑色的较小的CsPb 2 Br 5 纳米晶与较大的CsPbBr 3 纳米颗粒相连接。 图2 a)正方CsPbBr 3 和正方CsPb 2 Br 5 晶体结构示意图(蓝球:Cs + )。所有单元格参数的单位为埃米。b) CsPb 2 Br 5 纳米粒子包覆CsPbBr 3 纳米晶的比例及其荧光量子产率(PLQY)。c) CsPb 2 Br 5 /CsPbBr 3 复合材料的吸收和荧光光谱。插图展示了在四颈烧瓶中获得的产品,以及CsPb 2 Br 5 /CsPbBr 3 在紫外光激发下沉积在玻璃和管上的发光情况。d)不同放大倍数下全无机CsPb 2 Br 5 /CsPbBr 3 纳米复合材料的透射电镜图像。e)黑点是CsPb 2 Br 5 纳米粒子。 👇 卤化铅钙钛矿发光中心起源的问题与挑战 利用DFT对卤化铅钙钛矿的基本性质和预期的本征点缺陷进行了广泛的研究。首次尝试用局部密度泛函(LDA)和广义梯度近似(GGA)作为GGA-PBE计算卤化铅钙钛矿的带隙结构,得到了与实验值一致的带隙值。 在GGA-PBE计算中必须包含强自旋轨道耦合(SOC),而在卤化铅钙钛矿中由于铅是一种重金属,具有强SOC,因此导致了对这些材料中带隙值的严重低估。这也显著影响了天然点缺陷(空位、间隙和反位)和缺陷复合物的能量计算。不同缺陷相对于禁带边缘的能级位置随SOC的激活而变化,这使得将某些缺陷指定为深间隙发光中心的说法存疑。 作者简介 包吉明 (本文通讯作者第一作者) 教授、博士生导师 美国休斯顿大学电子工程系 主要研究方向: 表面等离子共振和光学成像生物探测,过渡金属氧化物光解水,半导体纳米线光电材料与器件,光纤传感器及钙钛矿材料光电性能等。 其课题组作为世界领先研究团队, 首先发现并揭示了激光导流液体现象 ,解释了二维铅卤化物钙钛矿发光机理。率先发现并解释了二维过渡金属二卤化物共振发光及吸收共振现象,通过CVD首次合成单层及扭曲双层石墨烯。 E-mail: jbao@central.uh.edu 相关阅读 钙钛矿 ·往期回顾 👇 综述:光电“明星”材料!无铅卤素双钙钛矿 综述:光伏混合卤化物钙钛矿的合成与性能研究进展 复合光敏场效应晶体管:基于有机半导体与钙钛矿CsPbI3纳米棒双层结构 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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综述 | 光伏混合卤化物钙钛矿的合成与性能研究进展
nanomicrolett 2019-5-5 22:08
Recent Advances in Synthesis and Properties of Hybrid Halide Perovskites for Photovoltaics C. C. Vidyasagar, Blanca M. Muoz Flores,Víctor M. Jiménez Pérez Nano-Micro Lett. (2018) 10:68 https://doi.org/10.1007/s40820-018-0221-5 本文亮点 1 第四代钙钛矿材料效率已达到21%,同时拥有低成本绿色合成路线 。 2 材料毒性是钙钛矿材料的一个严重问题,因此要推行无铅、高效、相对湿度稳定及环境友好的合成路线。 3 高迁移率电荷载流子、低激子结合能、低复合率和高电荷传输效率,是钙钛矿研究领域面临的挑战。 内容简介 在过去的二十年中,科研团队在 新兴光伏技术领域 的进步已非常显著,开发出了多种制备 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池 的方法。其中, 一步真空沉积技术 可以使功率转换效率达到14%。但是, 材料毒性问题 始终困扰着研究者们。 墨西哥Universidad Autónoma de Nuevo León的C. C. Vidyasagar课题组 通过本文集中综述了 能在一定程度上解决材料毒性问题的方法,包括生态友好合成法 。优化之后,期望能够进一步提高效率,并且报道了对内部电子电荷转移、电子空穴扩散到相应层、柔性以及稳定带隙更好的理解。 最后,深入探讨了有机-无机钙钛矿的绿色合成方法。针对上述事实, 提出了一种简单的低成本模型,称为“分散光伏电池”。 图文导读 1 超声辅助合成钙钛矿 近年来,有文献报道了在无催化剂条件下,在异丙醇中溶解的CH 3 NH 3 I和PbI 2 可以通过超声波辅助法合成10~40 nm尺寸的分散钙钛矿,并通过XRD, PL等方法进行表征。 许多传统方法制备复杂固态材料的报道在晶体生长、成核过程和晶体结构方面缺乏详细的机理解释,这种原子级晶体材料的生长研究很有可能为机理研究提供新的视野。 2 微波辅助合成钙钛矿 将PbI 2 -CH 3 NH 3 I混合物加入到DMF、DMSO和乙醚等不同溶剂中。在图(f)中,可以看出添加到乙醚的加合物在微波辐射下没有变成黑色。 这意味着乙醚不能吸收辐射并加速合成钙钛矿前驱体,但加入DMF或DMSO的加合物变黑。DMF或DMSO可以在蒸发过程中吸收能量并将其转化为热,从而加速前体在原子水平上的反应和结晶。 因此,在适当的溶剂和微波辐射处理下,钙钛矿材料可以快速结晶,能耗和时间消耗较小。 3 水溶性钙钛矿太阳能电池的低成本模型 作者在文末大胆预测了未来水溶性廉价钙钛矿电池器件的模型,称之为“分散光伏电池”。 通过凹面镜对光进行集中再分散到大面积钙钛矿薄层上,原理类似太阳能热水管道,但是正负极可以通过沉积方法装配到管道壁。考虑到湿度稳定性,未来可以开发水溶性的钙钛矿材料来彻底解决这一问题。 作者简介 主要研究方向: ① 纳米材料;② 聚合反应;③ 有机金属化合物。 个人主页: https://www.researchgate.net/profile/Victor_Jimenez-perez 相关阅读 1 溶剂添加法有效改善碳基钙钛矿型太阳能电池的光伏性能 2 综述:低维卤化物钙钛矿材料及其先进光电应用 3 高效稳定的PEDOT:PSS基平面型钙钛矿太阳能电池 4 NML研究论文 | 基于CsPbBr3/C的高效全无机钙钛矿太阳能电池 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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光电转换效率达44.5%的太阳能电池
热度 11 zhpd55 2017-7-13 16:49
光电转换效率达 44.5% 的太阳能电池 诸平 据 乔治华盛顿大学 ( George Washington University ) 2017 年 7 月 12 日所提供的 消息,该大学的研究人员设计出几乎可以捕获所有太阳 光 的锑化镓 ( GaSb ) 基太阳能电池 ,光电转化效率达到 44.5% 。 相关研究结果于 2017 年 7 月 10 日在《先进能源材料》( Advanced Energy Materials )杂志网站发表 —— Matthew P. Lumb, Shawn Mack, Kenneth J. Schmieder, María González, Mitchell F. Bennett, David Scheiman, Matthew Meitl, Brent Fisher, Scott Burroughs, Kyu-Tae Lee, John A. Rogers, Robert J. Walters. GaSb-Based Solar Cells for Full Solar Spectrum Energy Harvesting . Advanced Energy Materials , 10 July 2017. DOI: 10.1002/aenm.201700345 Credit: George Washington University 乔治华盛顿大学 的 科学家们设计和建造 了 一 种 新 型 太阳能电池 ,它 集成多个 太阳能电池,将其 堆积成一 种 能够捕获太阳光谱中几乎所有 不同波长光线 。新设计 的太阳能电池其 直接 将 光 能转化为 电 能的效率达到 44.5% 的效率 , 使其可能成为世界上最高效的太阳能电池。 这种方法不同于 人们在 屋顶上或 田野里 可以看到 的 一般太阳能电池板。新设备使用 了 聚光光伏 ( C oncentrator P hoto v oltaic 简称 CPV ) 太阳能电池板 , 这种太阳能电池板 使用镜头 以便 将太阳光聚集很小 , 形成 微尺度的太阳能电池。因为 它 们的 大小尺度 不超过 1 mm 2 , 使用 更复杂 材料 开发 这样小规模的太阳能电池 , 可以 有效降低 开发成本。 多层 叠放在一起的太阳能电池其作用就像是一种太阳光的 筛 子 , 每一层使用的特殊 材料 可以 吸收一组特定波长 太阳光线 的能量 。 太阳光 通过 入射口到达 堆 叠层 时 , 已有近 一半的可用能源转换成电能。相比之下 , 当今 最常见的太阳能电池只有四分之一的可用能源转换成电能。 乔治华盛顿大学 工程和应用科学学院的研究科学家 、也是此研究成果的 第一作者马修 ·卢姆( Matthew Lumb ) 说 : “ 太阳光 大约 99% 的直接照射 到 地球表面 的能量,其 波长 在 250 nm 和 2500 nm 之间 , 但 对于 高效多结太阳能电池 而言, 传统材料不能捕获 太阳投射到地球表面的 整个光谱范围 内的能量 。我们的新设备能解 决 长波长光子 的 能源 存储 问题 , 这部分 长波长 的光线 在传统的太阳能电池 中无法加以利用而白白被浪费 , 因此 ,通过多结太阳能电池为解决提高太阳能利用效率 提供了一个最终实现的途径。 ” 虽然科学家多年来 一直在向着 更高效的太阳能电池 方向进行不断研究 , 但是 这种方法有两个方面的 新奇 。 其一, 它使用一 种以 锑化镓 (GaSb) 为 底物材料 家族 , 而 GaSb 底物 材料 通常是在红外激光和光电探测器应用 中会 发现。 新的以 GaSb 作为基础的 太阳能电池 被 组装成多层结构和效率高 太阳能电池 ,就是由 捕获太阳短波长光子的传统基质 材料衍生的 。此外 , 堆垛过程使用一个被称为转印技术 ( transfer-printing ) , 使这些小设备的三维装配 具有 高精度。 这 种 特殊的太阳能电池非常昂贵 , 但是研究人员认为 其光电转化效率的大幅度提高 是 非常 重要的。尽管目前所涉及的材料成本 问题 , 但是 这项技术用于创建 太阳能电池依然大有前途 。最终类似的产品 有 可能 投放 市场 , 通过 高效光电转化效率获得的电能来补偿可循环使用的 昂贵的生长基质。 更多信息请注意浏览原文或者相关报道: Abstract In this work, a multijunction solar cell is developed on a GaSb substrate that can efficiently convert the long-wavelength photons typically lost in a multijunction solar cell into electricity. A combination of modeling and experimental device development is used to optimize the performance of a dual junction GaSb/InGaAsSb concentrator solar cell. Using transfer printing, a commercially available GaAs-based triple junction cell is stacked mechanically with the GaSb-based materials to create a four-terminal, five junction cell with a spectral response range covering the region containing 99% of the available direct-beam power from the Sun reaching the surface of the Earth. The cell is assembled in a mini-module with a geometric concentration ratio of 744 suns on a two-axis tracking system and demonstrated a combined module efficiency of 41.2%, measured outdoors in Durham, NC. Taking into account the measured transmission of the optics gives an implied cell efficiency of 44.5%. Solar cell design with over 50% energy-conversion efficiency Scientists design solar cell that captures nearly all energy of solar spectrum
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新型太阳能电池设计与构造 | 《科学通报》专题
热度 1 sciencepress 2017-5-19 15:39
《科学通报》 2017年第14期特邀苏州大学 能源与材料创新研究院 邹 贵付教授担任特约编辑组织“新型太阳能电池设计与构造”专题, 内容涉及染料敏化太阳能电池、铜锑硫 族光伏器件和钙钛矿太阳能电池等新型太阳能电池, 以及它们的最新研究进展 等6篇文章。 邹贵付, 苏州大学,江苏省特聘教授,博士生导师,国家青年“973”计划首席科学家,国家优秀青年科学基金和江苏省杰出青年科学基金获得者。2006 年毕业于中国科学技术大学获得理学博士学位,2007~ 2011 年任职于美国能源部Los Alamos 国家实验室,主要从事薄膜和新型太阳能电池领域研究工作。2015 年受邀英国 国际科学研究媒体Research Media 进行专访,并被国际创新International Innovation 和网站专题报道。 过去20 年中,能源问题位列人类面临的全球性十大问题之首,其紧迫性愈加 明显,也引起了各国政府、社会和科学家的极大关注。 能源是人类社会实现可持续发展的动力源泉和重要生存基础。作为能源技术的杰出代表,太阳能电池是利用P-N 结的光伏效应将太阳能直接转化为电能的光电功能器件,是人类减缓乃至解决传统化石能源的过度消耗及其环境污染问题的重要选择。传统的高效硅太阳能电池由于硅材料纯化与器件制备过程复杂,虽然已经发展了数十年,价格仍然非常昂贵,大大限制了其商业化进程。而其他化合物半导体(碲化镉、铜铟镓硒等)等第二代太阳能电池及其薄膜化技术的发展,有效降低了电池的综合成本。随着更加高效低成本的第三代新型太阳能电池的兴起,太阳能电池正迎来它的黄金发展契机,在解决全球能源危机方面也必将展示重要的应用前景。 新型太阳能电池的设计与构造近年来得到极大的创新发展,尤其染料敏化纳 米晶太阳能电池、聚合物太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等新型第三代太阳能电池得到了快速发展,钙钛矿太阳能电池的效率在短短4 年内就非常接近单晶硅太阳能电池,引起了全球瞩目。钙钛矿太阳能电池的迅猛发展,极大地改变了人们对太阳能电池的固有认识, 对未来能源格局也必将产生重要影响。前不久,基于新型纳米结构、低温溶液制备方法以及材料界面的设计,钙钛矿太阳能电池的光电效率高达21%,在稳定性方面也正不断地进行优化和改进。此外,目前 基于有机染料分子的染料敏化太阳能电池的光电效率已经超过13%。单结聚合物太阳能电池的光电效率也可以达到11%,通过叠层结构设计的聚合物太阳能电池效率也接近13%。借助聚合物的溶液加工特性,“卷对卷”和印刷式的柔性聚合物太阳能和可穿戴光电器件也将引发新一轮的国际竞争热潮。量子点特有的量子尺寸效应、带隙可调、吸光系数大、多激子效应等优点,也正成长为第三代太阳能电池的重要候选材料之一。通过对光活性层的表面钝化和结构优化,量子点太阳能电池也迎来了快速发展时机。目前,量子点在空气中已经具有很好的稳定性,最新研究的量子太阳能电池的稳定性也超过了150 天,最高电池效率也高达11.2%。新型太阳能电池取得显著成果的同时也存在着极大的挑战:电池面积还比较小、稳定性比较差、电池组件的理论和工艺还不成熟、柔性光伏器件的效率低等。 我国在新型太阳能电池的设计构造方面走在世界前沿,许多研究都取得了可喜的成绩。为了集中展示我国学者在本领域的研究成果,促进社会各界对太阳能电池领域的兴趣,推动同行们之间的学术交流,《科学通报》特此组织出版“新型太阳能电池设计与构造”专题。专题编辑出版得到了北京大学、南京大学、复旦大学、华中科技大学、苏州大学等单位相关研究组的大力支持,在此表示衷心的感谢。希望通过本专题的出版,使广大读者了解我国太阳能电池研究的最新进展和动态,活跃本领域的学术交流与合作,并最终促进我国新型太阳能电池研究的快速发展。 “新型太阳能电池设计与构造“专题篇目 进展 ◢ 铜锑硫族薄膜材料及其光伏器件研究进展 王冲, 杨波, 唐江 总结了铜锑硫族材料的晶体结构、光电特性, 对比了金属后硫(硒)化法、肼溶液法、磁控溅射法制备器件的性能。目前较差的载流子传输、收集能力是制约器件效率的主要因素, 可以通过控制薄膜中缺陷、优化缓冲层及背接触等方法改进。 ◢ 钙钛矿太阳能电池的大面积成膜方法 吴存存, 孙伟海, 陈志坚, 肖立新 从钙钛矿太阳能电池成膜方法、成膜质量以及转换效率等方面对现有的大面积钙钛矿太阳能电池研究进行了归纳和分析, 同时提出了创新性思想, 为进一步优化工艺实现钙钛矿电池的大面积制备提供了研究思路和方法。 评述 ◢ 柔性及半透明钙钛矿太阳能电池 颜凯, 胡显维, 陈补鑫, 陈思, 高雪, 董斌, 邹德春 聚焦于柔性及半透明钙钛矿太阳能电池的近期发展, 分析了涉及器件的主要构造策略和具体实现方式, 并讨论了相关领域进一步发展的重点和方向。 ◢ 纤维状染料敏化太阳能电池研究进展 李政道, 陈亮, 周勇, 邹志刚 介绍了纤维状柔性染料敏化太阳能电池的基本结构及工作原理, 着重介绍了工作电极、对电极、电解质的研究现状, 并对纤维状柔性太阳能电池未来发展趋势进行了展望 。 论文 ◢ 高反射间隔层在单基板染料敏化太阳能电池中的应用 刘通发, 熊玉立, 荣耀光, 韩宏伟 二氧化钛@二氧化硅纳米颗粒作为间隔层基本组分, 并引入次微米孔, 制备了高散射及高孔隙率间隔层, 既有效提高了间隔层对光的反射, 又作为电解质的快速扩散通道,提高了单基板染料敏化太阳能电池的短路电流。 ◢ 形貌对 NiSe 2 对电极的电催化活性及其染料敏化太阳能电池性能的影响 孙红, 王忠胜 采用水热合成方法, 制备了棒状和颗粒状2种形貌的 NiSe 2 纳米材料, 比较研究了2种形貌的 NiSe 2 对染料敏化太阳能电池性能的影响。研究表明, 棒状的 NiSe 2 在电催化活性,电化学稳定性及电池性能方面均优于颗粒状 NiSe 2 。 专题全文链接: http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/CSB/specialTopics/postArticles/wntBoBBX7Ea6Apd24
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新技术利用太阳能制双氧水净化污水
热度 1 zhpd55 2017-4-5 11:43
新技术利用太阳能制双氧水净化污水 诸平 现代的废水处理方法主要分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三 大 类。物理处理法通过物理作用分离、回收废水中不解的呈悬浮状态的污染物 ( 包括油膜和油珠 ) 的废水 处理方法 , 又 可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法等。属于重力分离法的处理单元有 : 沉淀、上浮 ( 气浮 ) 等,相应使用的处理设备是沉砂池、沉淀池、隔油池、气池及其附属装置等。 关于废水处理方法的表述可以参考下表: 1 物理处理法 2 预处理工艺 3 化学处理法 4 生物处理法 5 接触氧化法 6 电镀废水处理 7 分级 8 废水处理制剂 9 废水处理工艺 通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法 被称之为化学处理法 。在化学处理法中,以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元是 : 混凝、中和、氧化还原等 ; 而以传质作用为基础的处理单元则有 : 萃取、汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透等。后两种处理单元又合称为膜分离技术。其中运用传质作用的处理单元既具有化学作用,又有与之相关的物理作用,所以也可从化学处理法中分出来,成为另一类处理方法,称为物理化学法。 不论何种处理方法,其目的都是为了水的净化。是因为 全世界有 数十亿人缺乏干净的水 源 , 而且 主要问题 是 在发展中国家 , 水源经常被城市 垃圾、 工业 垃圾以及 农业废弃物 所污染 。 但是废水中 许多致病微生物和有机污染物可以使用过氧化氢 ( 双氧水, H 2 O 2 ) 快速从水中 消除并不会 留下任何有害残留的化学物质。 但是 , 过氧化氢的产生和传 输 在世界的许多地方 却是 一个挑战。 美国 斯坦福大学 ( Stanford University ) 的研究人员和美国 能源部 斯坦福直线加速器中心( SLAC ) 国家加速器实验室 ( SLAC National Accelerator Laboratory ) 的 SUNCAT 界面科学和催化中心 ( SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis ), 斯坦福同步加速器辐射光源( Stanford Synchrotron Radiation Lightsource )的 科学家 合作,已经研发出 一 种 由 可再生能源 如 传统的太阳能电池板生产 过氧化 氢的小装置。 克里斯 · 哈恩说 : “ 我们的想法是开发一个电化学的电池 , 在 现场生成氧气和过氧化氢 , 然后用过氧化氢氧化 地下水当中 对人 体 是有害的摄取 的 有机污染物 。 ” 相关研究于 2017 年 3 月 1 日在 《 反应化学和工程 》( Reaction Chemistry and Engineering ) 杂志网站发表 —— Zhihua Chen , Shucheng Chen , Samira Siahrostami , Pongkarn Chakthranont , Christopher Hahn , Dennis Nordlund , Sokaras Dimosthenis , Jens K. Nørskov , Zhenan Bao , Thomas F. Jaramillo . Development of a reactor with carbon catalysts for modular-scale, low-cost electrochemical generation of H 2 O 2 . Reaction Chemistry and Engineering , 2017, 2 : 239-245 . DOI: 10.1039/C6RE00195E . F irst published online on 01 Mar 2017 . Abstract The development of small-scale, decentralized reactors for H 2 O 2 production that can couple to renewable energy sources would be of great benefit, particularly for water purification in the developing world. Herein, we describe our efforts to develop electrochemical reactors for H 2 O 2 generation with high Faradaic efficiencies of 90%, requiring cell voltages of only ~1.6 V. The reactor employs a carbon-based catalyst that demonstrates excellent performance for H 2 O 2 production under alkaline conditions, as demonstrated by fundamental studies involving rotating-ring disk electrode methods. The low-cost, membrane-free reactor design represents a step towards a continuous, modular-scale, de-centralized production of H 2 O 2 . New device produces hydrogen peroxide for water purification April 3, 2017 Schematic illustration of an on-site water purification system for rural communities. Powered by solar panels, the low-cost, portable device produces hydrogen peroxide from oxygen gas and water. Credit: Zhihua Chen/Stanford University Limited access to clean water is a major issue for billions of people in the developing world, where water sources are often contaminated with urban, industrial and agricultural waste. Many disease-causing organisms and organic pollutants can be quickly removed from water using hydrogen peroxide without leaving any harmful residual chemicals. However, producing and distributing hydrogen peroxide is a challenge in many parts of the world. Now scientists at the Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory and Stanford University have created a small device for hydrogen peroxide production that could be powered by renewable energy sources , like conventional solar panels. The idea is to develop an electrochemical cell that generates hydrogen peroxide from oxygen and water on site, and then use that hydrogen peroxide in groundwater to oxidize organic contaminants that are harmful for humans to ingest, said Chris Hahn, a SLAC associate staff scientist. Their results were reported March 1 in Reaction Chemistry and Engineering . The project was a collaboration between three research groups at the SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, which is jointly run by SLAC and Stanford University. Most of the projects here at SUNCAT follow a similar path, said Zhihua (Bill) Chen, a graduate student in the group of Tom Jaramillo, an associate professor at SLAC and Stanford. They start from predictions based on theory, move to catalyst development and eventually produce a prototype device with a practical application. Sized to fit in one hand, this portable, low-cost device uses oxygen gas and water to produce hydrogen peroxide, which can be used to purify water in rural communities. Credit: Zhihua Chen/Stanford University In this case, researchers in the theory group led by SLAC/Stanford Professor Jens Nørskov used computational modeling, at the atomic scale, to investigate carbon-based catalysts capable of lowering the cost and increasing the efficiency of hydrogen peroxide production. Their study revealed that most defects in these materials are naturally selective for generating hydrogen peroxide, and some are also highly active. Since defects can be naturally formed in the carbon-based materials during the growth process, the key finding was to make a material with as many defects as possible. My previous catalyst for this reaction used platinum, which is too expensive for decentralized water purification, said research engineer Samira Siahrostami. The beautiful thing about our cheaper carbon-based material is that it has a huge number of defects that are active sites for catalyzing hydrogen peroxide production. Stanford graduate student Shucheng Chen, who works with Stanford Professor Zhenan Bao, then prepared the carbon catalysts and measured their properties. With the help of SSRL staff scientists Dennis Nordlund and Dimosthenis Sokaras, these catalysts were also characterized using X-rays at SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), a DOE Office of Science User Facility. We depended on our experiments at SSRL to better understand our material's structure and check that it had the right kinds of defects, Shucheng Chen said. Finally, he passed the catalyst along to his roommate Bill Chen, who designed, built and tested their device. Our device has three compartments, Bill Chen explained. In the first chamber , oxygen gas flows through the chamber, interfaces with the catalyst made by Shucheng and is reduced into hydrogen peroxide. The hydrogen peroxide then enters the middle chamber, where it is stored in a solution. In a third chamber, another catalyst converts water into oxygen gas, and the cycle starts over. Separating the two catalysts with a middle chamber makes the device cheaper, simpler and more robust than separating them with a standard semi-permeable membrane, which can be attacked and degraded by the hydrogen peroxide. A small device for hydrogen peroxide production (metal box pictured on the right) that is powered by two conventional solar panels. The low-cost device is being developed to make hydrogen peroxide on site for water purification in rural villages. Credit: Zhihua Chen/Stanford University The device can also run on renewable energy sources available in villages. The electrochemical cell is essentially an electrical circuit that operates with a small voltage applied across it. The reaction in chamber one puts electrons into oxygen to make hydrogen peroxide, which is balanced by a counter reaction in chamber three that takes electrons from water to make oxygen—matching the current and completing the circuit. Since the device requires only about 1.7 volts applied between the catalysts, it can run on a battery or two standard solar panels. The research groups are now working on a higher-capacity device. Currently the middle chamber holds only about 10 microliters of hydrogen peroxide; they want to make it bigger. They're also trying to continuously circulate the liquid in the middle chamber to rapidly pump hydrogen peroxide out, so the size of the storage chamber no longer limits production. They would also like to make hydrogen peroxide in higher concentrations. However, only a few milligrams are needed to treat one liter of water, and the current prototype already produces a sufficient concentration, which is one-tenth the concentration of the hydrogen peroxide that you buy at the store for your basic medical needs. In the long term, the team wants to change the alkaline environment inside the cell to a neutral one that's more like water. This would make it easier for people to use, because the hydrogen peroxide could be mixed with drinking water directly without having to neutralize it first. The team members are excited about their results and feel they are on the right track to developing a practical device . Currently it's just a prototype, but I personally think it will shine in the area of decentralized water purification for the developing world, said Bill Chen. It's like a magic box. I hope it can become a reality. Explore further: Controlling electron spin makes water splitting more efficient
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Nature Energy:硅太阳能电池效率创新高
热度 3 zhpd55 2017-3-22 17:35
Nature Energy : 硅太阳能电池效率创新高 诸平 据 Tech Xplore 网站 2017 年 3 月 21 日报道,日本钟渊化学工业株式会社光伏与薄膜设备研究所( Photovoltaic Thin Film Device Research Laboratories, Kaneka Corporation )的研究人员,已经突破了硅基太阳能电池光电转化效率的现有纪录。生产出一种太阳能电池经过试验,光电转化效率达到 26.3% ,与之前保持的现有纪录相比较提高了 0.7% 。此项研究成果于 2017 年 3 月 20 日在《自然能源》( Nature Energy )杂志网站发表—— Kunta Yoshikawa , Hayato Kawasaki , Wataru Yoshida , Toru Irie , Katsunori Konishi , Kunihiro Nakano , Toshihiko Uto , Daisuke Adachi , Masanori Kanematsu , Hisashi Uzu , Kenji Yamamoto . Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26%. Nature Energy , 2017, 2, Article number: 17032. Published online: 20 March 2017. doi: 10.1038/nenergy.2017.32 . 研究小组描述他们使用的技术提高了太阳能电池的光电转化效率,并计划进行深入研究向硅基太阳能电池光电转化效率的理论极限值即 29.1% 冲刺。 面对全球变暖 , 由于在很大程度上 , 大多数科学家认为其原因是由于使用 燃煤 所致 ,以此,为了遏制全球变暖世界各地都在积极从事清洁替代能源的研究工作。当然 , 利用太阳也是开发清洁替代能源的一种,而利用太阳能的可能性关键就是太阳能电池的光电转化效率问题。不幸的是 , 硅基太阳能电池 行业标准仍无法与煤在成本方面进行抗衡,太阳能电池不仅转换效率低,而且其成本相对较高。而工程师们希望克服这个问题的一种方法就是使单个 太阳能电池 能够产生更多的能量 , 即提高太阳能电池的光电转化效率 , 这意味着用户可以少买一些太阳能电池面板,以满足他们的能量需求。按照在这个新方向努力的结果 , 日本钟渊化学工业株式会社光伏与薄膜设备研究所的研究团队,已经找到了提高太阳能生产过程的几个部分一种方法。 为了制造出他们的太阳能电池 , 研究人员开始使用晶体硅盘 , 其厚度比标准电池更薄,达到 165 μm 。其表面被蚀刻以减少光的反射。接下来 , 双方都涂上一层非晶硅以减少电荷载体的损失。通过使用本公司专有的异质结技术和互相交叉电极可以使太阳能电池的光电转化效率进一步提高。研究人员还将电极栅从太阳能电池的前面移动到其背面 , 让阳光进入太阳能电池的数量增加,同时实现光损失最小化。 通过德国弗莱堡太阳能系统弗劳恩霍费尔夫研究所( Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems in Freiburg )的新记录精度度测量,证实了日本钟渊化学工业株式会社光伏与薄膜设备研究所的研究团队的研究结果是准确无误的。然而 , 目前尚不清楚此项技术即使导致更加有效的产品,但究竟何时才会投放市场,提供给消费者。不过该研究小组已经宣布其意图,将会继续努力以便进一步提高其光电转化效率。 更多信息请浏览原文: http://www.nature.com/articles/nenergy201732 Abstract Improving the photoconversion efficiency of silicon solar cells is crucial to further the deployment of renewable electricity. Essential device properties such as lifetime, series resistance and optical properties must be improved simultaneously to reduce recombination, resistive and optical losses. Here, we use industrially compatible processes to fabricate large-area silicon solar cells combining interdigitated back contacts and an amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction. The photoconversion efficiency is over 26% with a 180.4 cm 2 designated area, which is an improvement of 2.7% relativeto the previous record efficiency of 25.6%. The cell was analysed to characterize lifetime, quantum efficiency, and series resistance, which are essential elements for conversion efficiency. Finally, a loss analysis pinpoints a path to approach the theoretical conversion efficiency limit of Si solar cells, 29.1%.
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光伏产业的旗手是中国人!
热度 46 lxu2800 2017-1-4 10:10
东方红,太阳升,光伏产业的旗手是中国人! 2016年,中国收获了太多的成功和喜悦,临近年底最后几天,又有更大喜讯传来。一个全球范围的太阳能发电市场正在形成,这个长期以来只有政府、环保组织为了应对全球变暖而费心培植的行业,终于在2016年成为了正在迅速崛起的世界性产业。中国是这场新兴产业革命的引领者和主要的受益者。 有史以来第一次,来自所有地区的国家向国际能源署(IEA)报告称,他们的太阳能发电市场都有显著的增长。总部位于巴黎的这个联合国机构发布的最初分析报告显示:来自非洲、中东、拉丁美洲、南亚和东南亚国家的数据表明,太阳能发电的世界市场,在过去的一年中增长了25%。 太阳能电池发电的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转换为电能。太阳能电池实质上是一个大面积的PN结,当光照射到PN结的一个面,例如P型面时,若光子能量大于半导体材料的禁带宽度,那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴,电子-空穴对从表面向内迅速扩散,从而建立一个与光照强度有关的电动势。 1953年,美国贝尔实验室的科学家对光生伏特效应作了深入的研究。急速发展的美国的军事和太空计划最终促成了太阳能电池的诞生。在20世纪60年代开始,太阳能电池为卫星和其它航天器的正常工作提供了不可或缺的能源。 登月高潮消退以后,美国政府让太阳能电池飞入平常百姓家的努力虽然一直没有中断过,但是50多年来进展十分缓慢,与便宜的常规电力相比,太阳电能实在太贵了,这极大地限制了它的广泛应用。 但是奇迹出现了,自2008年以来,太阳能电池板的价格在8年里已经下降了近80%。IEA的报告指出,这个奇迹的创造者就是中国。特别是近三年来,中国引领世界,制造和出口了越来越便宜的太阳能电池板。与此同时,其国内的太阳市场由小到大逐步成长,于2015年一举超过德国成为世界太阳能装机市场的领跑者。 光伏技术(PV:Photovoltaic technology)在美国的学术界曾经受到过质疑。经过多年的政治炒作和数十亿美元的政府补贴,宏伟的太阳能开发计划开始受到怀疑论者的反对。2008年以前,在哈佛大学教应用物理学的基思教授(David Keith)一直就是光伏技术的反对者。他看到太阳能电池板的装机容量增加,但是电池板的成本没有明显下降。他相当肯定地认为,慷慨的政府补贴只会阻碍现有技术的进步,使得太阳能发电的效率低下,在没有进一步的创新突破前,要想依靠大规模使用太阳能来减缓气候变化危机将成为不可能。 2016年4月,基思教授发表了“I Was Wrong About the Limits of Solar. PV is Becoming Dirt Cheap.”的论文,纠正了自己对太阳能发电的错误认识。他认为”事实已经改变“,除了中国的低成本制造以外,一系列的”渐进性创新“也有助于成本的降低。到2020年,他认为,即使政府完全取消补贴,公用电力公司的太阳能发电成本“很可能会低于每兆瓦20美元”,这将是“这个星球上最便宜的电力”。 现在的基思教授为推进太阳能发电事业不遗余力,他把自己的反思和相关理论放上了“MOOC”(即哈佛大学互联网上大规模的开放式在线课程),第一个教程就吸引了全球大约12,000多名学生。 美国能源部国家可再生能源实验室战略能源分析总监大卫·穆尼(David Mooney)表示,当安装太阳能电池板的成本从每瓦20美元下降到今天2美元以下的跳楼价,一切都已经被注定了。“我们至少到了电力革命的前夜,”穆尼回忆道:“1987年开始研究光伏时,我曾经开玩笑说,这只是我们的一个梦想。我从来没有想过它会发生,但今天梦想已经成真。” 为国家电力公司工作的电力研究所(EPRI)已经跟踪了新兴的太阳能技术40多年,最近,按照研究所的资深技术领导人Michael Bolen的说法,它们的工作已经扩展到帮助公用电力公司了解、购买和更好地运行大规模太阳能发电厂。 Bolen指出:多年来,都是通过一些州的监管机构和联邦立法来强迫公用电力公司购买太阳能电力。美国于1978年通过的“公共事业监管政策法案”(PURPA),要求公用电力公司必须购买太阳能电力,只要太阳能生成的电力比他们传统方法产生的电力更便宜。 据Bolen说,“这个过程通常是用'你必须'这样的强制性措辞来完成的。”他说许多公用事业公司对此相当的不感兴趣。但是形势正在转变,现在公用电力公司开始拥有和运行自己的太阳能电站,靠差价赚取利润。 公用电力公司传统上是非常保守、行动非常缓慢的组织,这也不难理解,他们的工作是运行即可靠又经济的电力系统,而不是参与新技术的探索和开发。但是光伏发电技术革命的风暴正在席卷电力市场,大有顺我者昌、逆我者亡的气势。公用电力公司现在是全美最大的太阳能电池板的客户,占据了60%的市场份额。 这些大型公用电力公司可以凭借规模效应进一步降低太阳能电站的安装成本,在某些地区它们的太阳能发电的价格现在已经逼近油气发电的成本。这些大型公用电力公司甚至利用PURPA法律迫使本地的一些小型公用电力公司采购它们生产的太阳能电力,因为它们的太阳能电力更便宜。这些可怜的小型公用电力公司正在为它们漠视光伏技术而付出代价。 光伏发电技术的迅猛发展给世界带来了“几家欢乐几家愁”,被一些专家称之为“太阳能过山车”式的价格猛跌,对于那些没有做好准备的公司而言,绝不是一件好事。一些大型美国太阳能电池面板制造商已经被推向破产,还有些公司似乎也正朝着那个方向前进,从它们公司股票价格的急剧下跌不难作出这样的判断。 根据美国能源部的专家报告,剩下的两个大型美国面板厂商现在至少面对六个中国竞争对手。中国生产了40%的世界太阳能电池面板,而美国公司仅有20%,中国还在继续扩大其领先地位。与此同时,世界太阳能发电市场已经发展成为每年1000亿美元的规模。 美国能源部国家光伏发电中心的联合总监 Gregory Wilson 预测,“所有这一切的终点是,光伏技术正在迅速成为引领世界发展的主力军,”威尔逊呼吁,美国必须迅速制定政策,推动创新,坚持留守在光伏市场风暴的中心。 “我们为气候变化的无聊政治争论不休,但是却不去注意伴随危机而出现的巨大的经济发展机会。能源系统将会被重新设计和构造,这些必须有人去做,“他说。 “中国人似乎已经认识到这个机会的巨大意义。” 威尔逊断言,世界将迎来一个更便宜、更清洁的光伏能源时代,太阳电能将为我们的家庭供电和供热;为电动汽车充电;以及将氢气从水中分离出来,为用于汽车,卡车和飞机的燃料电池提供原料。 “我们(美国)在我们的面前看到了很多机会,但是当我们要对他们采取行动时,我们看起来很缓慢甚至近乎瘫痪。我们从前并不总是这样,“他说。 本文引述的联合国权威机构的报告和美国专家教授的评论都证明了一件事:光伏是标准的阳光产业,它是八、九点钟的太阳,它将改变世界未来的走向。中国是该项产业革命当之无愧的旗手。从今起,“中国应当对于人类有较大的贡献。”将不再是祈使句,更不是疑问句,而是真值确定的陈述句! 令人百思不得其解的是:中国国内却不乏反对光伏产业声音。反对意见可归纳为以下五点:1、光伏是“高污染、高能耗”产业。2、中国的光伏产业把清洁能源送给了欧美,把污染留在了国内。3、光伏发电不便宜,社会成本更贵。4、中国光伏企业没有动力研发新技术,是落后产能。5、光伏产业不靠补贴就不能生存,从一开始就是一场骗局。 其实读了本文列举的一些数据和论点,就足以明白以上这些反对意见是没有根据的,是站不住脚的。本文会有续篇,主要是提供光伏产业的科普知识,讲述中国对光伏产业革命的贡献,同时也会对那些反对意见作深入的分析和驳斥。谢谢跟读,敬请关注批评。 本文首发于观察者网 2016年12月28日。 评论 迟延崑 2017-1-4 22:34 期待下文。最关心的是就是无补贴时的发电成本。 我感觉在西方成本降不下来的一个原因不在技术而是资本的运作。理论上说打规模生产就应当能够降低成本。但是当运行环境的哥哥环节都追求高回报的时候,任何成本的下降都被资本的苛求吞噬了。而中国制造使得成本在竞争中下降了。 朱豫才 2017-1-4 23:44 完全同意。我最近去过几家多晶硅企业。不到10年,中国生产多晶硅的成本从80万元/吨,降到不到8万元/吨。真是奇迹。
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异样的太阳能电池:捕获光和CO2,产生可燃燃料(附专利25件)
热度 6 zhpd55 2016-8-1 16:57
异样的 太阳能电池:捕获光和CO 2 ,产生可燃燃料(附 专利 25件) 诸平 据伊利诺伊大学芝加哥分校( University of Illinois at Chicago , UIC ) 2016 年 7 月 28 日提供的消息 , 该大学的研究人员设计了一种异样的太阳能电池 , 可以廉价而且有效地将大气中的 CO 2 直接转化为可用的碳氢化合物燃料 , 并只使用太阳光作为能源。这一研究成果 2016 年 7 月 29 日已经在《 科学 》( Science )杂志网站发表—— Mohammad Asadi, Kibum Kim, Cong Liu, Aditya Venkata Addepalli, Pedram Abbasi, Poya Yasaei, Patrick Phillips, Amirhossein Behranginia, José M. Cerrato, Richard Haasch, Peter Zapol, Bijandra Kumar, Robert F. Klie, Jeremiah Abiade, Larry A. Curtiss ( Email: curtiss@anl.gov ) , Amin Salehi-Khojin ( Email: salehikh@uic.edu ) . Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO 2 reduction in ionic liquid . Science , 2016, 353(6298): 467-470. DOI: 10.1126/science.aaf4767 . 此研究项目是由美国国家科学基金会和美国能源部资助的,并且已经向专利机构提交了专利申请 ( Catalysts for Carbon Dioxide Conversion, United States Patent Application 20160145752, Download PDF 20160145752 , Download PDF WO/2014/210484A1 )。 Simulated sunlight powers a solar cell that converts atmospheric carbon dioxide directly into syngas. Credit: University of Illinois at Chicago/Jenny Fontaine UIC 的此项研究成果涉及到的太阳能电池,不同于传统的 太阳能电池 ,传统的太阳能电池是将太阳能转换为电能 , 再将电能存储在沉重的电池中 , 而新装置本质上像是一种植物工厂,是将 大气中的 CO 2 转化为燃料 , 同时解决污染与能源两个关键性问题。像这样的 “ 人工叶片 ” 的太阳能农场,可以从大气中清除大量的 CO 2 并有效地产生高能量燃料。 UIC 的机械与工业工程助理教授,也是该研究的主要作者 Amin Salehi-Khojin 说: “ 新太阳能电池不是光伏电池,而是光合成系统。不是以 化石燃料 ( fossil fuels )燃烧放出温室气体的不可持续的单向路线而获得能量 , 我们现在可以使此过程逆转,利用太阳光回收大气碳( CO 2 )使其转化为燃料。 ” 但是,植物生产燃料是以糖的形式存在,而人工叶片提供的合成气( syngas or synthesis gas )是氢气 (H 2 ) 和 CO 的混合物, 合成气可直接燃烧 , 或转化为柴油或其他碳氢化合物燃料。 ( While plants produce fuel in the form of sugar, the artificial leaf delivers syngas, or synthesis gas, a mixture of hydrogen gas and carbon monoxide. Syngas can be burned directly, or converted into diesel or other hydrocarbon fuels. )。 但实际上原文中的反应是选择性地将CO 2 还原成CO,通过太阳能电池产生的电子和正电空穴,在电池的二硒化钨阴极上发生质子参与的还原反应产生水和一氧化碳,同时在电池的钴氧化物阳极上发生水的氧化反应产生O 2 和质子。氢气是需要被选择性抑制的副产物,它来自于质子在阴极上不经CO 2 参与而被直接还原的副反应。离子液作为介质帮助提高了反应的效率。将CO 2 转化为燃料的能力,在成本上相当于老式的化石燃料转化为一加仑汽油的成本。 将 CO 2 转化为可燃式碳的化学反应被称为还原反应 , 它是氧化反应的逆反应,燃烧就是氧化反应。工程师们一直在探索采用不同催化剂来驱动 CO 2 还原 , 但到目前为止 , 这类反应的效率很低 , 而且催化剂依靠昂贵的银等贵金属。 Amin Salehi-Khojin 说: “ 我们需要的是一个具有非凡性质的化学物质新家族。 ” Amin Salehi-Khojin 和他的同事关注具有纳米结构的过渡金属二硫属化物( transition metal dichalcogenides 简称 TMDCs ),可以用MX 2 来表示,M代表过渡金属,而X代表硫族元素如S、Se或Te。用此类化合物来作为催化剂 , 将它们与一种非传统的离子液体电解质配对在 2 个隔间内构成电解质 , 组成 3 电极电化学电池。他们发现最好的几种催化剂是二硒化钨纳米薄片( nanoflake tungsten diselenide )。 20世纪60年代以来已经制备出数十种二硫属过渡金属化合物,有人将其分为金属类、半导体类、绝缘体类以及超导体类: CO 2 被还原的示意图 下面照片是 UIC 机械与工业工程助理教授 Amin Salehi-Khojin (左)和博士后研究者 穆罕默德 · 阿沙迪( MohammadAsadi ) 以及他们的将大气中 CO 2 直接转化为合成气的突破性太阳能电池。 Amin Salehi-Khojin, UIC assistant professor of mechanical and industrial engineering (left), and postdoctoral researcher Mohammad Asadi with their breakthrough solar cell that converts atmospheric carbon dioxide directly into syngas. Credit: University of Illinois at Chicago/Jenny Fontaine 上述论文的第一作者, UIC 的博士后研究者穆罕默德·阿沙迪说: “ 新催化剂更加活跃 , 更容易打开 CO 2 中的 C-O 之间的化学键。 ” 事实上 , 新催化剂催化能力不仅要比贵金属催化剂快 1000 倍,而且其成本仅仅是贵金属催化剂的 1/20 。其他研究人员利用 TMDC 催化剂通过其他方式来制氢 , 但没有利用其来还有 CO 2 , 因为此催化剂无法是其反应发生。 Amin Salehi-Khojin 指出: “ 此催化剂之所以难以催化此反应,是因为催化剂的活性位点中毒和氧化。”而他们的最新研究结果有所突破 , 是使用了被称为乙基 - 甲基咪唑四氟硼酸盐( ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborate )的离子液体 , 与水按照各占一半的比例混合。 Amin Salehi-Khojin 说:“水和离子液体的组合起到了一种助催化剂( co-catalyst )的作用 , 在严酷的还原反应条件下保护了催化剂的活性位点。” UIC 的人工树叶由负责采光的 18 cm 2 的两个三结光伏电池构成,阴极一侧是二硒化钨和离子液体助催化系统,而阳极是浸在磷酸钾电解质中的氧化钴。当 100 W/m 2 光使电池充电时,在阴极就有 CO 和 H 2 气泡逸出,同时在阳极则产生自由氧和氢离子。 100 W/m 2 的能量密度应为有效的太阳能利用密度,太阳能地表平均密度约1000 W/m 2 。 穆罕默德·阿沙迪说: “ 氢离子 通过隔膜扩散到阴极 , 参与 CO 2 的还原反应。” Amin Salehi-Khojin 说这项技术不仅应该适应大规模使用 , 如太阳能农场等 , 而且也适宜于小规模应用。如果火星上确实有水存在,这种人工树叶在未来有可能在火星上派上用场,因为火星上那层薄薄的大气主要是由遗留下的 CO 2 ( 95.3% )加上 N 2 ( 2.7% )、 氩气 ( 1.6% )和微量的 氧气 ( 0.15% )和 水汽 ( 0.03% )组成的。 2015 年 3 月 6 日,科学家称火星表面曾非常湿润,含水量超过北冰洋 ( 科学家:火星表面曾非常湿润 含水量超过北冰洋 .凤凰网 , 引用日期 2015-03-09) 。 2015 年 9 月 29 日,美国宇航局称最新证据表明此前在火星表面一些陨坑坑壁上观察到的神秘暗色条纹可能与间歇性出现的液态水体有关。来自卫星的数据表明这些出现在坑壁上的暗色条纹可能是含盐水体沉积过程产生的结果。尤为关键的一点在于,这种含盐水体将能够改变火星表面水体的冰点与沸点,从而使得液态水体在火星地表的存在成为可能 ( 美国宇航局确认火星地表存在液态水 . 新浪科技 ,2015-09-29) 。不过这些结果还需要得到进一步证实。 美国科学基金会( NSF )项目主任罗伯特 · 麦凯布 (Robert McCabe) 说 :UIC 的“这项工作适宜于 NSF 支持的具有重大历史意义的基础研究,可以直接转化为有价值的技术和工程的成就。其结果很好地将实验和计算研究融为一体,获得了具有独特电子性质的过渡金属二硫属化物( transition metal dichalcogenides )。研究小组将机械洞察力与某些聪明的电化学工程结合在一起,在能量转换和环境有关的催化大挑战领域取得了重大进展。 ” 更多信息请浏览原文或者 Ionic liquid catalyst helps turn emissions into fuel ; Sunlight turns carbon dioxide to methane Small and salty CO 2 reduction scheme Most artificial photosynthesis approaches focus on making hydrogen. Modifying CO 2 , as plants and microbes do, is more chemically complex. Asadi et al. report that fashioning WSe 2 and related electrochemical catalysts into nanometer-scale flakes greatly improves their activity for the reduction of CO 2 to CO. An ionic liquid reaction medium further enhances efficiency. An artificial leaf with WSe 2 reduced CO 2 on one side while a cobalt catalyst oxidized water on the other side. Abstract Conversion of carbon dioxide (CO 2 ) into fuels is an attractive solution to many energy and environmental challenges. However, the chemical inertness of CO 2 renders many electrochemical and photochemical conversion processes in efficient. We report a transition metal dichalcogenide nanoarchitecture for catalytic electrochemical CO 2 conversion toc arbon monoxide (CO) in an ionic liquid. We found that tungsten diselenide nanoflakes show a current density of 18.95 milliamperes per square centimeter,CO faradaic efficiency of 24%, and CO formation turnover frequency of 0.28 persecond at a low overpotential of 54 millivolts. We also applied this catalystin a light-harvesting artificial leaf platform that concurrently oxidized waterin the absence of any external potential. 与TMDC催化剂有关的专利文献 Match Document Document Title Score 1 5279720 Electrophoretic deposition of transition metal dichalcogenides This invention relates to a method of depositing thin coatings of transition metal dichalcogenides on substrates having an electrically-conductive surface. The transition metal dichalcogenide... 999 2 EP0242804A2 Novel transition metal dichalcogenide catalysts. A novel flocculated methanation, hydrogenation or hydrodesulfurization catalyst of the form MS2:Y:Z wherein MS2 is a single layer transition metal dichalcogenide sulfide, Y is a promoter substance... 986 3 US20160181516 PHASE TRANSFORMATION IN TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES Devices including transition metal dichalcognides and methods of forming and operating such devices are disclosed. In one disclosed method, a layer of a transition metal dichalcogenide is... 984 4 EP0242804A3 NOVEL TRANSITION METAL DICHALCOGENIDE CATALYSTS Abstract of EP0242804 A novel flocculated methanation, hydrogenation or hydrodesulfurization catalyst of the form MS2:Y:Z wherein MS2 is a single layer transition metal dichalcogenide sulfide, Y... 982 5 4853359 Novel transition metal dichalcogenide catalysts A novel flocculated methanation, hydrogenation or hydrodesulfurization catalyst of the form MS2 :Y:Z wherein MS2 is a single layer transition metal dichalcogenide sulfide, Y is a promoter... 981 6 US20150118467 TRANSITION METAL DICHALCOGENIDE AEROGELS AND METHODS OF PREPARATION AND USE Methods of forming transition metal dichalcogenide aerogels are provided. Some methods include adding at least one solvent to one or more two-dimensional transition metal dichalcogenide sheets to... 973 7 WO/1993/011283A1 ELECTROPHORETIC DEPOSITION OF TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES This invention relates to a method of depositing thin coatings of transition metal dichalcogenides on substrates having an electrically-conductive surface. The transition metal dichalcogenide... 961 8 4383088 Organic polymer layered dichalcogenides Organic polymer layered dichalcogenides, such as a transition metal metallocene dichalcogenide-substituted styrene divinylbenzene copolymer, are useful as the cathode active material for lithium... 900 9 WO/1999/052815A1 SOLUBLE METAL HYDRIDE/TRANSITION METAL DICHALCOGENIDE ALLOYS A new class of metal hydride alloy and processes for forming these alloys is disclosed. The alloys are comprised essentially of organically soluble metal hydrides and single molecular layer type... 886 10 6143359 Soluble metal hydride/transition metal dichalcogenide alloys A new class of metal hydride alloy and processes for forming these alloys is disclosed. The alloys are comprised essentially of organically soluble metal hydrides and single molecular layer type... 885 11 4822590 Forms of transition metal dichalcogenides Novel single layer materials of the form MX2, where MX2 is a layer-type dichalcogenide such as MoS2, TaS2, WS2, or the like, exfoliated by intercalation of an alkali metal, and immersion in water,... 797 12 US20040062708 Process for the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides A process of the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides by chemical transport with the addition of fullerences is provided to obtain nanotubes of transistion metal... 763 13 WO/2015/091781A2 METHOD OF PRODUCING TRANSITION METAL DICHALCOGENIDE LAYER Method of producing one or more transition metal dichalcogenide (MX2) layers on a substrate, comprising the steps of: obtaining a substrate having a surface and depositing MX2 on the surface using... 745 14 US20100129285 Process for the Synthesis of Nanotubes and Fullerene-Like Nanostructures of Transition Metal Dichalcogenides, Quasi One-Dimensional Structures of Transition Metals and Oxides of Transition Metals The object of the invention is a process for the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides, of fullerene-like nanostructures of transition metal dichalcogenides, of nanotubes of... 741 15 5279805 Gas storage using transition metal dichalcogenides Hydrogen and gaseous hydrocarbons are stored by introducing the gases into a transition metal dichalcogenide having the formula MX2. M is selected from the group consisting of Mo, W and Ti and X... 730 16 8007756 Process for the synthesis of nanotubes and fullerene-like nanostructures of transition metal dichalcogenides, quasi one-dimensional structures of transition metals and oxides of transition metals The object of the invention is a process for the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides, of fullerene-like nanostructures of transition metal dichalcogenides, of nanotubes of... 728 17 WO/1993/022236A1 GAS STORAGE USING TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES Hydrogen and gaseous hydrocarbons are stored by introducing the gases into a transition metal dichalcogenide having the formula MX2. M is selected from the group consisting of Mo, W and Ti and X... 694 18 WO/2002/030814A1 A PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF NANOTUBES OF TRANSITION METAL DICHALCOGENIDES The invention relates to a process for the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides by the method of chemical transport with the addition of fullereness. According to this... 666 19 WO/2008/121081A3 A PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF NANOTUBES AND FULLERENE-LIKE NANOSTRUCTURES OF TRANSITION METALS DICHALCOGENIDES, QUASI ONE-DIMENSIONAL STRUCTURES OF TRANSITION METALS AND OXIDES OF TRANSITION METALS The object of the invention is a process for the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides, of fullerene-like nanostructures of transition metal dichalcogenides, of nanotubes of... 636 20 WO/2008/121081A2 A PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF NANOTUBES AND FULLERENE-LIKE NANOSTRUCTURES OF TRANSITION METALS DICHALCOGENIDES, QUASI ONE-DIMENSIONAL STRUCTURES OF TRANSITION METALS AND OXIDES OF TRANSITION METALS The object of the invention is a process for the synthesis of nanotubes of transition metal dichalcogenides, of fullerene-like nanostructures of transition metal dichalcogenides, of nanotubes of... 633 21 US20020164521 Novel applications of exfoliated transition metal dichalcogenides to electrochemical fuel cells Application of two-dimensional materials (TDMs) that are exfoliated transition metal dichalcogenides in electrochemical fuel cells to remove contaminants that are harmful to the fuel cells; to... 619 22 EP2132142B1 A PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF NANOTUBES AND FULLERENE-LIKE NANOSTRUCTURES OF TRANSITION METALS DICHALCOGENIDES, QUASI ONE-DIMENSIONAL STRUCTURES OF TRANSITION METALS AND OXIDES OF TRANSITION METALS 520 23 US20160145752 Catalysts for Carbon Dioxide Conversion The disclosure relates generally to improved methods for the reduction of carbon dioxide. The disclosure relates more specifically to catalytic methods for electrochemical reduction of carbon... 425 24 WO/2016/100204A2 CATALYST SYSTEM FOR ADVANCED METAL-AIR BATTERIES The disclosure relates generally to batteries. The disclosure relates more specifically to improved catalyst systems for metal-air batteries. A metal-air battery comprising: an anode comprising a... 417 25 US20150118487 PLASMA-ASSISTED NANOFABRICATION OF TWO-DIMENSIONAL METAL CHALCOGENIDE LAYERS The invention describes two methods for manufacturing metal dichalcogenide materials. The invention also includes a coated dichalcogenide substrate. 406
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聚合物/富勒烯太阳能电池的研究进展 | 《国家科学评论》
sciencepress 2016-7-19 16:20
在太阳能电池家族中,可溶液制备的聚合物太阳能电池因其具有成本低,重量轻、柔性好、颜色可调、易于制备大面积、半透明电池板等独特的优点而成为近年来可再生能源研究领域的热点。 1992年Alan J. Heeger教授组发现了共轭聚合物和富勒烯之间存在超快的电荷转移,并在1995年实现了由溶液制备的聚合物/富勒烯衍生物PCBM体异质结太阳能电池。此后,在过去的二十余年里,人们先后在共轭聚合物吸光材料的设计与合成、器件的工作机理、活性层形貌与电子给-受体分相行为的调控、界面层的影响与低成本器件工艺等方面做了大量的研究并取得了很多突破性的进展,使得聚合物太阳能电池的效率提高至11%左右。适时地回顾这二十年走过的历程将有利于进一步推进该领域的发展和推进大面积印刷聚合物太阳能电池板产业化进程。 最近,由瑞典Linköping University (林雪平大学)的 张凤玲 教授、 Olle Inganäs 教授,华中科技大学 周印华 教授和德国Dresden University of Technology (德累斯顿工业大学) Koen Vandewal 教授共同撰写的综述文章“ 聚合物/富勒烯太阳能电池的研究进展 ”已在 《国家科学评论》 2016年第2期发表。 该综述主要回顾了聚合物太阳能电池活性层中的聚合物材料由宽带隙向窄带隙材料的认识和发展过程;器件工艺的同步发展,包括活性层形貌、界面功函数调控以及非真空过程制备电池的实现等;对器件工作机理的逐步理解,包括电荷转移(CT)态、载流子迁移率等对开路电压、短路电流和填充因子的影响等和对未来聚合物太阳能电池的材料、器件结构、工艺及集成应用等方面的建议和展望。 聚合物太阳能电池器件结构和工作原理示意图 特别值得一提的是该综述的四位作者分别在聚合物太阳能电池材料、器件工艺和器件物理方面做过开创性的研究,他们的工作曾为聚合物太阳能电池的发展做出过引人注目的贡献—— ❖ 张凤玲教授和Inganäs教授连续两年(2014和2015年)入选汤森路透的材料科学“高被引科学家”。 ❖ 周印华教授在低功函界面修饰及聚合物电极方面做了大量的研究,他率先引入聚乙烯亚胺及衍生物(PEI和PEIE)修饰各种电极提高有机光电器件的效率 (Science, 2012, 336, 327)。目前该界面材料已成为提高聚合物太阳能电池性能的关键因素而被广泛应用于聚合物太阳能电池及其它光电子器件中。 ❖ Vandewal教授在器件物理方面做出了先驱性的工作,他发展的电荷转移态与开路电压的关系及理论已被广泛采纳并应用于分析太阳能电池的能量损失和进一步提高开路电压及能量转换效率。 该综述全文可免费下载: http://nsr.oxfordjournals.org/content/3/2/222.abstract
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新型含硒给体材料在非富勒烯有机太阳能电池中取得重要进展
WileyChina 2016-6-23 10:42
转载自 MaterialsViewsChina 与富勒烯相比,非富勒烯受体具有吸收与能级可调、合成简便、加工成本低、溶解性能优异等特点,近年来发展迅速,并越来越受到关注。但与之相匹配的聚合物给体材料发展相对较慢,如:早期的聚3-己基噻吩(P3HT),因其光谱吸收较窄及相对较高的HOMO能级等天然不足,基于P3HT给体的非富勒烯有机太阳能电池光电转化效率较低。近两年,随着高性能非富勒烯受体材料的进一步突破,设计并合成与非富勒烯受体光谱、能级更匹配的聚合物给体材料正在面临挑战。 最近,北京航空航天大学孙艳明教授课题组和中国科学院化学研究所的王朝晖研究员报道了基于受体材料硫杂二聚苝酰亚胺(SdiPBI-S)和宽带隙聚合物给体材料PDBT-T1制备的非富勒烯有机太阳能电池,首次突破了基于非富勒烯受体材料的有机太阳能电池的新纪录,达到了7.16%的光电转化效率。 在此基础上,孙艳明教授课题组通过合理设计并合成一种新型含硒聚合物给体材料聚 -苯并- -噻吩-4,8-二酮] (PBDTS-Se),与受体材料SdiPBI-S制备了非富勒烯有机太阳能电池器件。研究发现,该光伏器件其具有宽光谱吸收、高空穴/电子迁移率、良好形貌特征及较小相分离尺寸等特点,其光电转化效率可达8.22%。此研究表明,合理设计并合成新型聚合物给体材料对非富勒烯有机太阳能电池发展至关重要。 相关论文发表在 Advanced Science上(Advanced Science, 2016, DOI: 10.1002/advs.201600117 )。
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【视频】太阳能电池基本输出特性
hailanyun0415 2016-5-17 14:14
手机可以点 : 实验原理 和 数据处理
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2015诺贝尔化学奖预测
zxczxc0417 2015-9-15 11:29
简单的预测一下: 1. Goodenough 老先生发明了锂离子电池的关键材料,没有这个材料就没有现在的智能手机,电动汽车。有人抱怨电池不够用,但是如果没有这位老先生,你的手机要1小时充一次电。发给他也很是众望所归。 关于液晶显示器,LED,处理器等都拿过奖了,也该到电池的时候了。 而且老先生岁数也大了,不发给他终将是诺奖的一个遗憾。 2. 有机发光,有机太阳能电池 主要以邓青云为首,有机的面板有较多应用了,但是有机太阳能电池明显被钙钛矿所盖过。不过邓先生提出的有机异质节的概念应该是超越了有机太阳能电池,所以仍然有很强的竞争力。如果相关的太阳能电池领域有较大突破,将会对邓先生十分有利。不过这个奖也许会在物理里面拿也很有可能。 3. 量子点,上转换材料等医学检测探针 具体的科学家就不好说了,很多。但是该领域对于人类的医疗健康发展非常有价值。 4. 表面增强拉曼,表面增强荧光 非常有竞争力,但是跟上面的比起来尚缺一点火候,主要是应用方面还不够显著。
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中科院化学所招收太阳能电池方向联合培养硕博士研究生2人
liujie1989 2015-6-30 09:15
一、研究方向 太阳能电池材料与器件的制备,主要研究量子点敏化太阳能电池(QDSSC)和钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells) 二、基本要求 (1)、热爱科研,有团队合作精神,有志于在太阳能电池领域开展研究工作 (2)、已完成基础课程学习的在读硕士或博士,也欢迎北京地区做毕业论文的大四学生 (3)、物理学、材料工程、化学及化学工程等相关专业 (4)、基础知识扎实,英语水平良好(最好6级450+或托福85+或雅思6+) 三、待遇 (1)、考虑到实验课题的延续性,联合培养不少于一年,按化学所标准提供补助,待遇从优 (2)、外地学生可提供住宿,其它面议。 四、课题组组长简介 胡劲松研究员2008年至2011年在美国哈佛大学从事访问学者和博士后研究工作。2011年入选中国科学院化学研究所“引进国外杰出青年人才计划”,加入中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室。 其它信息详见课题组主页:http://mnn.iccas.ac.cn/hujinsong/ 五、联系方式 地址:北京市海淀区中关村北一街2号,中国科学院化学研究所 联系人:刘老师:liujie@iccas.ac.cn 微信:JLIU-15810203868; 葛老师:geqianqing@iccas.ac.cn 微信:497101926 本实验室氛围良好,经费充足,师姐既漂亮又文艺,老板很萌很nice,有兴趣的同学欢迎邮件或微信发简历联系我们,北京的同学随时欢迎到实验室交流学习。
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南方科技大学材料科学与工程系程春教授课题组高薪诚聘优秀博士后
热度 2 cspring 2015-5-15 23:11
导师介绍: 程春副教授(广东省杰出青年及深圳市孔雀计划人才获得者) http://www.sustc.edu.cn/index.php?r=blog/indexid=59 研究领域: 1. 低维纳米材料应用于光吸收、能量转化(太阳能电池,分解水)、节能环保(智能玻璃,可见光光催化) ; 2. 二维纳米材料的可控合成、光学性质及电输运性质 ; 3. 基于二氧化钒单畴相变的微纳器件 ( 纳米功率计、执行器等)。 课题组具备或近期到位的基本实验条件: 1. 化学气相沉积设备 5 套;水热合成设备多套 2. 微区拉曼光谱仪( JYHoriba ) 2. 半导体测试仪 Keithley4200 +Keithley 电表多套 2400/6517+2 台锁相放大 stanford 3. 探针台( cascade ) + 低温电学测量腔体( janis ) 4. 双工位手套箱 + 太阳能模拟器( Newport ) 5. 电子束热蒸发设备 6. 光分解水设备 博士后 岗位要求和待遇: 博士后招聘要求 (长期有效,名额不限): 1. 博士已经毕业或者 2015 年 6 月前答辩的博士候选人; 2. 博士后将进行下面某一研究方向进行课题研究,因此要求申请人有较强的相关研究经验。 a 、二维纳米材料的制备,特性研究及器件应用; b 、新型钙钛矿薄膜太阳能电池; c 、纳米二氧化钒相变的特性研究及器件应用(执行器、纳米功率计、智能玻璃等等)。 岗位待遇: 1. 毕业于北大、清华、港大、港科大、港中大博士或者中科院物理所等著名院校的优秀博士将能够申请南科大设立的校长卓越博士后计划:年薪为 30 万元整,其中市财政生活补贴 12 万元 / 年(免税);对于资质优异的博士,导师将积极帮助推荐。 校长卓越博士后申请者应具备以下基本条件: a 、所从事的研究工作具有先进性和创新性,在相关专业领域取得突出的学术成绩和科研成果。 b 、应具有良好的思想品质和道德修养,遵纪守法,遵守各项规章制度,学风严谨,工作勤奋。 c 、应为世界大学综合排名前 200 位(以当年度英国《泰晤士报高等教育副刊》世界大学排行榜为标准)或世界大学专业排名前 50 位的博士毕业生。 2. 未能入选校长卓越博士后计划的博士后年薪最低为 22 万元起 ,最高同样可达 30 万元(具体待遇视个人资历和能力面议),其中含有深圳市 12 万元整的高额免税补贴;组内经费充裕、科研气氛极好、设备先进齐全,并提供良好的办公、住宿和科研条件。 3. 市政府对出站后留深工作者给予 10 万元科研启动经费(可算做个人奖励); 4. 出站留深工作,符合深圳市后备级或孔雀计划人才条件的可获 80-100 万元的住房补贴; 5. 具有海外留学经历的出站留深进行科研工作的,可申请获得 300-500 万的孔雀计划启动经费。 科研助理 1 名,招聘要求 : 1. 硕士毕业或即将毕业; 2. 具有一定的科研经验(上述相关的研究领域); 3. 待遇面议。 应聘流程: 1. 申请人将详细的申请材料发送到程春教授邮箱: chengc@sustc.edu.cn ,邮件标题请注明“姓名 + 博士毕业学校 + 应聘职位” (如,张三 XX 大学应聘博士后职位)。 申请材料需包括: (1) 详细的个人简历,含学习、工作和科研的经历,主要科研成果(如论文论著、成果证书或奖励)清单以及联系方式; (2)2-3 推荐人的姓名及有效联系方式; (3) 其他可以证明工作能力的材料。( 4 )代表论文 2. 通过简历初步遴选者,将在一周内获得电话面试或视频面试通知。 3. 通过电话面试者将被邀请到南科大现场面试 ,通过现场面试者将依照相关程序办理博士后入站手续。 注:来信的同学中,如有我满意的我会回复联系。其他不符合条件的不能一一回复,请见谅,另外关于学校的一些与招聘不相干的问题,请恕不能一一解答。
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聚合物太阳能电池SCI发文居前100位期刊
热度 2 wanyuehua 2015-1-2 11:17
SCI 收录聚合物太阳能电池( Polymer Solar Cell ) 4320 篇(截至到 2015 年 1 月 2 日 ), 4320 篇论文包括学术论文 4109 篇(其中会议论文 122 篇)、综述 133 篇、会议摘要 51 篇、新闻 9 篇、更正 8 篇、通讯 6 篇、社论 4 篇、丛书 3 篇等。 4320 篇论文刊登在 337 种 SCI 收录期刊,涉及 55 个学科期刊,其 中材 料科学多学科期刊 2271 篇占 52.569% 、应用物理学期刊 1727 篇占 39.977 % 、化学物理期刊 1131 篇占 26.181% 、化学多学科期刊 909 篇占 21.042 % 、聚合物科学期刊 780 篇占 18.056% 等。聚合物太阳能电池( Polymer Solar Cell )发文量居前十位的期刊见表 1 ,聚合物太阳能电池( PolymerSolar Cell )发文量居前 100 位的期刊见表 2 。 表 1 聚合物太阳能电池( PolymerSolar Cell )发文量居前十位的期刊 排名 期刊名称 2013 年影响因子 发文量 占4320篇总文章量的百分比(%) 1 Solar Energy Materials and Solar Cells 《太阳能材料和太阳能电池》 5.030 382 8.843 % 2 Organic Electronics 《有机电子学 》 3.676 222 5.139 % 3 Applied Physics Letters 《应用物理学快报》 《应用物理学快报》 《应用物理学快报》 3.515 188 4.352 % 4 Macromolecules 《大分子》 5.927 158 3.657 % 5 Journal of Materials Chemistry 《材料化学杂志》 6.626 157 3.634 % 6 Journal of Physical Chemistry C 《物理化学杂志, C 辑 》 4.836 154 3.565 % 7 ACS Applied Materials Interfaces 《美国化学会应用材料与界面》 5.900 148 3.426 % 8 Advanced Materials 《先进材料》 15.409 143 3.310 % 9 Journal of Polymer Science Part A Polymer Chemistry 《聚合物科学杂志 A 辑 : 聚合物化学》 3.245 118 2.731 % 10 Synthetic Metals 《合成金属》 2.222 111 2.569 % 表 2 聚合物太阳能电池( Polymer Solar Cell )发文量居前 100 位的期刊 排名 期刊名称 发文量 1. SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 382 2. ORGANIC ELECTRONICS 222 3. APPLIED PHYSICS LETTERS 188 4. MACROMOLECULES 158 5. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 157 6. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 154 7. ACS APPLIED MATERIALS INTERFACES 148 8. ADVANCED MATERIALS 143 9. JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART A POLYMER CHEMISTRY 118 10. SYNTHETIC METALS 111 11. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS 106 12. ADVANCED ENERGY MATERIALS 99 13. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A 90 14. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 85 15. POLYMER CHEMISTRY 82 16. ENERGY ENVIRONMENTAL SCIENCE 74 17. THIN SOLID FILMS 64 18. CHEMISTRY OF MATERIALS 62 19. PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 61 20. POLYMER 57 21. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C 56 22. ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 51 23. JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY 49 24. RSC ADVANCES 48 25. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 47 26. ACS NANO 46 27. CHEMICAL COMMUNICATIONS 46 28. MACROMOLECULAR CHEMISTRY AND PHYSICS 43 29. NANOTECHNOLOGY 38 30. NANOSCALE 37 31. MACROMOLECULAR RAPID COMMUNICATIONS 35 32. NANO LETTERS 33 33. JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 31 34. JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE 31 35. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 23 36. MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS 22 37. OPTICS EXPRESS 22 38. JOURNAL OF POLYMER SCIENCE PART B POLYMER PHYSICS 21 39. ACTA PHYSICA SINICA 19 40. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS 18 41. CHEMISTRY A EUROPEAN JOURNAL 17 42. EUROPEAN POLYMER JOURNAL 17 43. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 17 44. JOURNAL OF PHYSICS D APPLIED PHYSICS 17 45. INTERNATIONAL JOURNAL OF PHOTOENERGY 16 46. BULLETIN OF THE KOREAN CHEMICAL SOCIETY 15 47. JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY 15 48. CHEMICAL PHYSICS LETTERS 14 49. CHEMISTRY AN ASIAN JOURNAL 13 50. IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS 13 51. JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY 13 52. LANGMUIR 13 53. CHINESE PHYSICS B 12 54. TETRAHEDRON 12 55. CHINESE JOURNAL OF CHEMISTRY 11 56. CURRENT APPLIED PHYSICS 11 57. DYES AND PIGMENTS 11 58. ENERGY TECHNOLOGY 11 59. JOURNAL OF NANOELECTRONICS AND OPTOELECTRONICS 11 60. JOURNAL OF PHOTONICS FOR ENERGY 11 61. NATURE MATERIALS 11 62. NATURE PHOTONICS 11 63. ORGANIC LETTERS 11 64. PROGRESS IN CHEMISTRY 11 65. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION 10 66. APPLIED SURFACE SCIENCE 10 67. JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 10 68. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE MATERIALS IN ELECTRONICS 10 69. NANOSCALE RESEARCH LETTERS 10 70. PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS 10 71. CHINESE SCIENCE BULLETIN 9 72. ELECTROCHIMICA ACTA 9 73. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A 9 74. JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 9 75. MATERIALS LETTERS 9 76. MATERIALS TODAY 9 77. PHYSICA STATUS SOLIDI RAPID RESEARCH LETTERS 9 78. PHYSICAL REVIEW B 9 79. POLYMER BULLETIN 9 80. JOURNAL OF PHOTOPOLYMER SCIENCE AND TECHNOLOGY 8 81. NEW JOURNAL OF CHEMISTRY 8 82. PHYSICA STATUS SOLIDI A APPLICATIONS AND MATERIALS SCIENCE 8 83. POLYMER JOURNAL 8 84. POLYMERS FOR ADVANCED TECHNOLOGIES 8 85. SCIENTIFIC REPORTS 8 86. APPLIED PHYSICS EXPRESS 7 87. CHINESE PHYSICS LETTERS 7 88. ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH 6 89. ACTA PHYSICO CHIMICA SINICA 6 90. APPLIED PHYSICS A MATERIALS SCIENCE PROCESSING 6 91. CHEMICAL SOCIETY REVIEWS 6 92. MACROMOLECULAR RESEARCH 6 93. MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS 6 94. POLYMER INTERNATIONAL 6 95. POLYMER REVIEWS 6 96. PROGRESS IN POLYMER SCIENCE 6 97. SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY 6 98. SMALL 6 99. SOFT MATTER 5 100. SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 5
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为自己做个广告_化学所有机固体实验室博士后和项目聘用人员招聘
热度 1 liwawa1983 2014-10-24 15:07
刚回化学所拿到研究员的位置,开始组建课题组,需要寻找志同道合的人一起发展状大。联合培养学生,毕业设计学生,项目聘用人员,博士后,助理研究员以及副研究员,都可以。有意愿的可以和我联系( liweiwei@iccas.ac.cn )。课题组计划从事有机太阳能电池方向,包含共轭材料与光伏器件。 下面是转自化学所的招聘信息: 中国科学院化学研究所有机固体实验室,因科研工作需要,现招聘博士后和项目聘用人员 2-3 名,主要从事有机太阳能电池共轭材料与器件研究。   一、应聘条件 1. 有机化学、高分子化学、物理化学、或材料化学等相关专业,具有共轭材料合成与光电器件研究经历者优先考虑; 2. 项目聘用人员需具有本科以上学历; 3. 工作认真,责任心强,动手能力强。   二、聘用待遇 1. 按照化学所的规定标准执行; 2. 按北京市社会保险的政策规定办理社会保险和住房公积金。   三、应聘材料 1. 个人简历; 2. 身份证、学历和学位证书复印件; 3. 获奖证书复印件等其他相关证明材料; 4. 经初审合格者,将通知参加面试。   四、联系方式   地址:北京市海淀区中关村北一街中科院化学所   邮编: 100190   联系人:李韦伟 E-mail: liweiwei@iccas.ac.cn
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[转载]研究人员找到制造太阳能电池新材料
redtree 2014-6-29 13:07
研究人员找到制造太阳能电池新材料 作者:过客 来源:腾讯科学 发布时间:2014-6-27 15:39:55 新材料的使用将使太阳能电池的制造过程不再需要安全保护。 腾讯科学讯 据 国外媒体报道 ,利物浦大学的一个研究团队已经找到更廉价、更安全的太阳能电池制造方法,使用浴盐中的一种材料取代制造太阳能电池过程中的有毒元素。科学家称,这项技术有可能为我们带来巨大的成本收益。 这项研究的负责人Jon Major博士称,这项研究或许能够使研制燃料电池的成本降低。目前超过90%的燃料电池是由硅制成的,大约7%是由碲化镉制成的。碲化镉电池比硅电池更薄,而且也因为更轻便、更廉价而得以流行。 它们也有弊端,在制造过程中需要有毒化学物氯化镉。Major博士发现浴盐中的一种更加廉价的无毒物质——氯化镁能够取代这种有毒物质,而且效果相当不错。 氯化镁是非常安全的,它被人们用于制造豆腐而且能够在浴盐中找到它们的身影。它们也能够从海水中提取出来。Jon Major博士称:“获取太阳能的巨大挑战之一就是使它廉价到足以与常规发电装置相提并论。” 碲元素是地球上最罕见的元素之一,因此没有足够的碲元素来制造足够多的太阳能电池。但是Major博士认为太阳能最终能够满足全世界的能量需求。他补充道:“每小时都有足够的阳光照射到地球上来产生足够的能量。太阳能技术的进步知识个时间问题,它最终将能够与燃料电池相竞争,甚至最终取代它们。”(过客/编译)
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精细调控聚合物太阳能电池的微观形貌
llye88 2014-6-26 19:36
有机/聚合物太阳能电池的光伏性能很大程度上依赖于活性层的形貌,精确控制活性层共混薄膜的形貌就成了提高器件能量转换效率的关键。中科院化学所的研究人员2012年在国际上首次引入三元混合溶剂对基于PDPP3T和PC71BM的聚合物太阳能电池的表面形貌、本体相区、结晶行为进行系统的研究,获得6.71%的能量转换效率,这是目前基于DPP类材料的单层电池的最高效率之一,该研究是首例将三元混合溶剂引入聚合物太阳能电池制备中获得成功的范例,指出溶剂体系的理性选择对器件的性能提升有重要的影响,也为高效率材料的器件优化提供了一个新的途径。相关研究结果发表在《先进材料》上( Adv. Mater . 2012, 24, 6335-6341 ; Adv. Mater . 2014, DOI: 10.1002/adma.201400216),并得到国际著名科技网站Science Daily 和Phys Org的评述。该工作2012年12月发表后被引用64次,包括诺贝尔奖获得者Alan J. Heeger教授2014年发表在 Chemical Reviews 的综述论文Bulk Heterojunction Solar Cells: Morphology and Performance Relationships全图引用。值得指出的是,他们近期的工作表明三元溶剂在非富勒烯受体体系也效果十分显著(Chem. Commun. 2014, 50, 1024-1026 ; Small, 2014, DOI: 10.1002/smll.201401082)。 溶剂添加剂作为当前主要的形貌优化手段,使大多数高效率材料如PTB7, PBDTTT-C-T的效率提高到7~9%。2013年他们通过理论计算和红外光谱验证了高沸点添加剂DIO在高效聚合物太阳能电池制备过程中存在残留。DIO残留时会造成S形J-V曲线,导致器件的效率以及重复性不高。他们进一步设计了三种方式以消除残留DIO,并调控添加剂挥发的过程,结果表明对活性层表面进行甲醇等惰性溶剂处理能显著提高器件的重复性和效率,该方法在6种代表性高效光伏材料中均取得良好的效果。他们与Bruker公司合作采用最新研制的PeakForce KPFM技术对其电势变化进行了研究。对溶剂的挥发过程进行调节, 实现对聚合物太阳能电池活性层形貌精细地调控,并取得了良好的效果。值得指出的是该方法也日益成为高效聚合物光伏器件制备中的标准流程。 该论文2013年7月发表在 J. Phys. Chem. C 后被引用12次,如最近发表的 Energy Environmental Science 上的“From Lab to Fab: how must the polymer solar cells materials design change ? – An industrial perspective。 References Ye, L.; Zhang, S.; Ma, W.*; Fan, B.; Guo, X.; Huang, Y.; Ade, H.; Hou, J.*, From Binary to Ternary Solvent: Morphology Fine‐tuning of D/A Blends in PDPP3T‐based Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 2012, 24 (47), 6335-6341. Ma, W.; Tumbleston, J. R.; Ye, L.; Wang, C.; Hou, J.*; Ade, H.*, Quantification of Nano- and Mesoscale Phase Separation and Relation to Donor and Acceptor Quantum Efficiency, Jsc, and FF in Polymer:Fullerene Solar Cells. Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201400216. Jiang, W.; Ye, L.; Li, X.; Xiao, C.; Tan, F.; Zhao, W.; Hou, J.*; Wang, Z.*, Bay-linked perylene bisimides as promising non-fullerene acceptors for organic solar cells. Chem. Commun. 2014, 50 (8), 1024-1026. Ye, L.; Jiang, W.; Zhao, W.; Zhang, S.; Qian, D.; Wang, Z.*; Hou, J.*, Selecting a Donor Polymer for Realizing Favorable Morphology in Efficient Non-fullerene Acceptor-based Solar Cells. Small 2014, DOI: 10.1002/smll.201401082. Ye, L.; Jing, Y.; Guo, X.; Sun, H.; Zhang, S.; Zhang, M.; Huo, L.; Hou, J., Remove the Residual Additives toward Enhanced Efficiency with Higher Reproducibility in Polymer Solar Cells. The Journal of Physical Chemistry C 2013, 117 (29), 14920-14928.
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柔性可穿戴的织物太阳能电池
WileyChina 2014-6-24 09:30
太阳能与电能之间的转化通常需要借助传统的太阳能电池板,而伴随着各种便携式电子器件的应用,人们对柔性、可穿戴的太阳能电池需求与日俱增。 在最近发表在《德国应用化学》一篇研究论文中 ,复旦大学彭慧胜老师的课题组就为我们带来了一种新颖的柔性织物太阳能电池,这一设计甚至有望被整合在衣服的面料中。 这种织物太阳能电池的制备方法如下:首先,研究者通过电化学方法使得钛丝织物中的每根钛丝都长满了取向二氧化钛纳米管,其次,二氧化钛修饰后的钛丝织物经过退火、染料吸附等操作步骤得到了织物工作电极。再次,由良好力学和电学性能的取向碳纳米管纤维编织成的织物为织物对电极。最后,将两个织物电极简单的叠加,添加电解液并封装。 这种由织物电极通过堆叠而成的织物太阳能电池的能量转化效率可以达到3.67%,几个这样的电池串联便可以点亮LED。更为重要的是,这种织物电池在弯曲的情况下依然能够良好工作,因此可以将它们编织到衣物等其他柔性材料中,具有非常良好的应用前景。 转载自:Materials Views
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[转载]韩国化学技术研究所(KRICT)实现Perovskite太阳池电池效率16.2%,
wangshu 2014-4-22 18:15
http://juanbisquert.wordpress.com/2014/02/24/perovskite-solar-cells-record-at-16-8/ Perovskite solar cells record at 16.2% 24 02 2014 The new record of 16.2% for a perovskite solar cell has been publsihed at the NREL table. This has been achieved by Sang Il Seok, at South Korean institute KRICT, located in Daejeon. Earlier in 2013 Seok showed an important result about modulation of the bandgap of the perovskite, by replacing Br for I in the X site of the perovskite structure (MA B X3), Nano Letters, 2013, 13, 1764–1769 . Now new solvent-engineering technology established by Seok enabled the formation of extremely uniform and dense perovskite layers, and remarkably improved the performance with high reproducibility. With this result the perovskite solar cell continues to rise at extremely fast speed, and issues of stability and reproducibility begin to be seriously addressed by many researchers. JB and Sang Il Seok
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电化学阻抗谱法研究氧化钛纳米线阵列光阳极的电荷传输
hxiuzhou 2014-4-17 16:33
最近的一项研究表明 , 在染料敏化太阳能电池中 , 一维纳米线阵列作为电极可以大幅提高电池的光电转换效率 , 该项研究通过电化学阻抗谱法系统的分析了纳米线阵列电极的电子传输性能 . 这项名为《 Electron Transport in Dye-Sensitized Solar Cells Based on TiO 2 nanowires 》的 研究论文发表于 《 SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy 》 2014 年 57 卷第 5 期 , 由清华大学林红教授担任通讯作者撰写 . 染料敏化太阳能电池 (dye sensitized-solar cells, DSCs) 是一种新型的光化学太阳能电池 . 该电池是以染料分子敏化多孔氧化钛纳米薄膜为光阳极的一类半导体光电化学电池 . 近些年来 , 规整有序的一维 TiO 2 纳米结构在 DSCs 中的应用也得到了广泛的研究 . 在导电基底上构建一种高空间取向的一维纳米管 / 线阵列电极是大幅度提高光电转换效率的可能途径 . 究其原因可能是由于垂直于导电基底的纳米管 / 线中不存在晶界 , 减少了光生电子反向复合的几率 , 从而提高了光电转换效率 . 因此 , 在导电基底上制备高度有序宽禁带半导体纳米线及纳米管阵列结构是有望使 DSCs 光电转换效率大幅度提高的一条简捷途经 . 该研究通过水热法制备了 TiO 2 纳米线阵列 , 并利用电化学阻抗谱 ( Electrochemical impedance spectroscopy, EIS ) 对纳米线阵列和纳米颗粒薄膜电极的电子传输进行了研究 . EIS 分析表明 , 相比纳米颗粒薄膜 , TiO 2 纳米线阵列具有较小的传递电阻、较大的界面复合电阻和较大的电子扩散系数 , 这说明纳米线阵列具有较好的电子传输性能 , 从而提高了 DSCs 的电荷收集效率 . 研究得到了 国家高技术研究发展计划 ( 批准号 2006AA03Z218, 2011AA050522) 资助 . 来源论文: Jiao X J, Wang X, Li X, et al. Electron transport in dye-sensitized solar cells based on TiO2 nanowires. Sci China-Phys Mech Astron, 2014, 57: 892-897, doi: 10.1007/s11433-013-5216-0 论文链接 : http://phys.scichina.com:8083/sciGe/EN/abstract/abstract508771.shtml 订阅《中国科学: 物理学 力学 天文学》微信公众号,手机同步关注最新热点文章、新闻、科技资讯, 请添加微信号 SCPMA2014 或扫描下方图片关注.
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今年有三大目标
huaminxinke 2014-3-3 21:01
一、运动超人。把身体锻炼好,有六块腹肌。 二、学习达人。多看一些书,掌握更多知识。 三、家庭好人。当个好儿子、好丈夫、好父亲。 四、企业能人。为社会创造更多效益,为中国科技发展贡献力量。
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更简单、更便宜、效率更高的太阳能电池
热度 1 shuzhongle 2014-2-23 06:28
过去四年来,以钙钛矿( perovskites )这种材料制成的太阳能电池已达到其它技术得花数十年才能达到的效率,不过直到最近,都没人真的了解何以如此。 Perovskite 于 2009 年首度被用来制造效率为 3% 的光伏( photovoltaic , PV )电池,科学家很快就开发出能使其效率达到 15% 的技术,这超越其它新兴太阳能技术(那些都还没有突破 14% 的障碍)。 牛津大学的科学家已揭开 perovskites 成功的秘密在于一种称为扩散长度( diffusion length )的特性,并且提出一种方法,能使它好上十倍。 扩散长度赋予我们一种指标,告诉我们光伏薄膜的厚度能有多厚, Sam Stranks 解释,他在 Henry Snaith 位于牛津大学物理系的小组中领导这项发现。 如果扩散长度太低,你只能用薄的薄膜,以至于太阳能电池无法吸收许多阳光。 那么,为何扩散长度如此重要? 光伏电池以二类型材料制成,称为 p 型( p-type )与 n 型( n-type )半导体。 P-type 材料主要包含带正电的「电洞」而 n-type 则包含带负电的电子。它们在「 p-n 接面( p-n junction )」相遇,在那里因电荷差异而产生了电场。当光子与电子碰撞时创造出「受激发的」电子与电洞,这时太阳能电池就会产生电。 p-n 接面的电场会将受激电子导向 n 型那一边,而受激电洞则会被导向 p 型这一边。它们会被金属接点(电极)拾起,那使它们能在电路中四处流动,产生电流。 扩散长度告诉你电荷载子( charge-carriers ,电子与电洞)在它们重新结合前所能行进的平均距离, Sam 解释。 当受激电子与电洞相遇时,会发生「重新结合( recombination )」,留下一个低能的电子,它已失去从阳光那获得的能量。 如果扩散长度比材料的厚度少,那么绝大多数的电荷载子在它们抵达电极前将重新结合,所以你得到低电流。你会想要扩散距离的长度为材料厚度的二到三倍长,以便收集绝大多数的电荷。 太阳能电池的厚度总是一种妥协 -- 若它们太薄则它们将无法吸收很多光线,但假若它们太厚,则内部的电荷载子将无法穿越。较长的扩散长度会使整个太阳能电池更有效率,因为它们可以被做的更厚,而不会丧失掉许多电荷载体。科学家能将太阳能电池排列成复杂的结构,称为介孔结构( mesostructures ),从而解决此问题,不过这是一种耗时且复杂的制程,尚未经过商业化实证。 先前,研究者能使介孔结构化的 perovskite 太阳能电池达到 15% 的效率,用的是一种扩散长度约为 100 nm 的 perovskite 成份。不过 Henry 的小组将氯离子添加到混和物中,从而达到 1000 nm 以上的扩散长度。这些改良能使太阳能电池在不需要复杂结构的情况下,就能达到 15% 的效率,使电池更廉价且易于生产。 能以简单、平面的结构制造出效率为 15% 的太阳能电池,造就出巨大差异。我们为了研究目的而制造了几百个,那一是种很简单的制程。我预期我们在接下来几年内就能看见 perovskit 太阳能电池的商业化使用。它们的制造成本不可思议的低廉,有很高的转换效率,而且也能做到半透明。我们也能调整颜色,所以你能以赏心悦目的方式安装在办公室的窗户上。 Perovskite 电池能在这么短的时间内展现其商业化潜力,是对于它们神奇特性的一种明证( testament )。我们在接下来几年内就能看见效率达到 20-30% 的 perovskite 电池,只要一丁点成本就能提供与标准的硅基太阳能电池一样的电力。 现在,能在此领域内研究,真的是令人相当振奋的时刻, Sam 说。 那真的是一个迅速崛起的领域,我预期在未来二年内它会有更长足的演进。令人难以置信的是,这些进展到目前为止都是在学术环境中完成的,但要不了多久,业界制造商就会开始将 perovskite 太阳能电池视为强大的竞争者。 ”
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[转载]石墨烯和钙钛矿基太阳能电池转换效率创新高【转载】
daweitj 2014-1-15 17:24
http://blog.sciencenet.cn/blog-212210-759399.html
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石墨烯和钙钛矿基太阳能电池转换效率创新高
热度 1 zhpd55 2014-1-15 17:13
石墨烯和钙钛矿基太阳能电池转换效率创新高 诸平 美国化学会主办的 ACS Nano 杂志网站 2013 年 12 月 10 日 已经报道了英国牛津大学物理系和数学系的研究人员合作,已经研制出中性色半透明微结构钙钛矿( perovskites )阵列的太阳能电池,该太阳能电池是由新型复合钙钛矿晶体小岛薄膜构成,具有光电转化效率高和半透明的特征。可以在玻璃上旋涂钙钛矿形成的薄膜太阳能电池,看上去呈现出浅灰色,而且是透明的。这种将采光与太阳能发电融为一体的新型太阳能电池,有望成为高楼大厦外层装饰、车辆挡风玻璃等的替代品,除了传统使用玻璃的功能之外,有增加了光电转化功能,这无疑对于拓展太阳能电池的更广泛应用意义重大。已经有博文介绍(见: 太阳能电池新作:利用窗户来发电 ),本文介绍最新研究进展——西班牙海梅一世大学( Universitat Jaume I in Castelló )由应用物理学教授 Juan Bisquert 领导的光伏与光电设备( DFO )研究小组与来自牛津大学物理系的研究人员合作,已经研制出以 TiO 2 和石墨烯组合为基础的电荷收集器,以钙钛矿为基础的太阳光收集器,该太阳能电池可以在低温下制造而且转换效率更高。 据物理学家组织网( Phys.org ) 2014 年 1 月 14 日 报道, Juan Bisquert 等人的合作研究成果已经在 《纳米快报》 ( Nano Letters )杂志网站 2013 年 12 月 16 日 发表—— Jacob Tse-Wei Wang , James M. Ball , EvaM. Barea , Antonio Abate , JackA. Alexander-Webber , Jian Huang , Michael Saliba , Iván Mora-Sero , Juan Bisquert , Henry J. Snaith , and Robin J. Nicholas . Low-Temperature Processed Electron Collection Layers of Graphene/TiO 2 Nanocomposites in Thin Film Perovskite Solar Cells . Nano Letters , DOI: 10.1021/nl403997a , Publication Date (Web): December 16, 2013. 《纳米快报》 是一种专门报道纳米科学和纳米技术研究成果,在世界范围内颇有声望的科学杂志之一, 2012 年该刊的影响因子为 13.025 。 Juan Bisquert 等人的研究论文 是 DFO 研究小组在 2013 年以钙钛矿结构为基础而开展的在科学界具有很高影响的光伏太阳能电池研究工作。钙钛矿 结构是非常有效的太阳光吸收材料,将这种有前途的材料与石墨烯结合 , 是因为石墨烯的独特性备受科学家的关注,钙钛矿与石墨烯的结合不仅可以使多功能性得到改进,而且可以使成本降低。石墨烯是一种由碳元素组成的物质,它已经被广泛用于新的先进技术和技术应用领域 , 特别是在高性能锂电池、电子设备、视频屏幕等方面的应用效果截然不同一般。石墨烯作为当今世界最为热门的新材料之一,在信息技术、新能源、功能复合材料乃至生物医学等领域的应用前景极为广阔。 CONTACT DETAILS Juan Bisquert(Email: bisquert@uji.es ) Professor of Applied Physics Departament de Física Universitat Jaume I 12071 Castelló de la Plana Juan Bisquert 等人的研究成果在 太阳能电池效率方面,达到了 15.6% 的新记录。此转换效率已经超过了被认为是光伏材料中最优秀的石墨烯和硅相结合而制得的太阳能电池的转换效率。这种发展也是钙钛矿太阳能电池研究取得巨大进展的一个新的里程碑 , 海梅一世大学的研究小组为此做出了开创性贡献。 研究人员伊娃·巴里亚( Eva Barea ) , 伊凡·莫拉( Iván Mora )和 Juan Bisquert 解释说 , 新太阳能电池设备由在温度低于 150 ℃ 的条件下处理的 几层材料组成。 他们也强调了这一研究对光伏能源领域的重要性 , 因为他们已经获得了很高的光电转换效率。 此外 , 该太阳能电池设备在低温生产 , 从而有利于促进其大规模工业化生产。 反过来 , 这一事实意味着生产成本更低,而且有可能将其用于以软塑料为基础的一些设备。 更多信息请浏览原文,原文摘要如下: The highest efficiencies in solution-processable perovskite-based solar cells have beenachieved using an electron collection layer that requires sintering at 500 °C. This is unfavorable for low-cost production, applications on plastic substrates, and multijunction device architectures. Here we report a low-cost, solution-based deposition procedure utilizing nanocomposites of graphene and TiO 2 nanoparticlesas the electron collection layers in meso-superstructured perovskite solarcells. The graphene nanoflakes provide superior charge-collection in thenanocomposites, enabling the entire device to be fabricated at temperatures nohigher than 150 °C. These solar cells show remarkable photovoltaic performance with a power conversionefficiency up to 15.6%. This work demonstrates that graphene/metal oxidenanocomposites have the potential to contribute significantly toward the development of low-cost solar cells. 领导作者简介: Juan Bisquert is full Professor of Applied Physics at Universitat Jaume I de Castelló, where he leads the Group of Photovoltaic and Optoelectronic Devices . He has published more than 270 papers in research journals. Current research activity is focused on nanoscale devices for production and storage of clean energies, in particular dye-sensitized solar cells, organic solar cells, quantum dot solar cells, and solar fuels. Boardships Senior Editor, the Journal of Physical Chemistry . Advisory board, Energy and Environmental Science . Editorial board, ChemElectroChem . Editorial board, The Korean Electrochemical Society .
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用第一篇科学网的博文记下刚才的灵感--太阳能电池或有突破
热度 2 yoyojn 2014-1-2 20:07
目前常规的太阳能电池开压一直受内建电场的限制,理论效率被限定在29%。幸运的我一直在研究驻极体,关注钙钛矿,再加上我3年一线企业的晶硅电池产线经验和两年多的硅异质结电池研发经验,终于顿悟了。就在今天晚上,感觉我突然顿悟了。呵呵我也算快突破一万小时在光伏上了(8小时*300天*5年=12000小时)。 期待光伏发电有新突破,为人类发展做贡献!
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太阳能电池新作:利用窗户来发电(修改稿2013-12-31)
热度 10 zhpd55 2013-12-26 15:59
太阳能电池新作:利用窗户来发电 诸平 据美国化学会主办的 ACS Nano 杂志网站 2013 年 12 月 10 日 发表的研究报告称,英国牛津大学物理系和数学系的研究人员合作,已经研制出中性色半透明微结构钙钛矿( perovskites )阵列的太阳能电池,该太阳能电池是由新型复合钙钛矿晶体小岛薄膜构成,具有光电转化效率高和半透明的特征。图 1 ( Fig. 1 )就是一种在玻璃上旋涂钙钛矿形成的薄膜太阳能电池,看上去呈现出浅灰色,而且是透明的。这种将采光与太阳能发电融为一体的新型太阳能电池,有望成为高楼大厦外层装饰、车辆挡风玻璃等的替代品,除了传统使用玻璃的功能之外,有增加了光电转化功能,这无疑对于拓展太阳能电池的更广泛应用意义重大。 Fig. 1 Seeing Clearly A thin-film solar cell made by spin-coating a perovskite onto glass appears light gray and transparent to the eye. Credit: ACS Nano 办公楼和摩天大楼的绝大部分房地产的窗户都是采集太阳能最有效的区域,如果是由自身重量轻、太阳能转化效率高,而且外观给人以美感的轻量级太阳能电池构成窗户材料,采光完全可以实现一箭双雕之目的,是传统的采光与利用太阳能发电融为一体。这样一种美妙的设计已经由英国牛津大学的研究人员变成了现实,他们的研究成果 2013 年 12 月 10 日 已经在美国化学会主办的 ACS Nano 杂志网站发表—— Giles E. Eperon, Victor M. Burlakov, Alain Goriely, Henry J. Snaith. Neutral Color Semitransparent Microstructured Perovskite Solar Cells . ACS Nano , Publication Date (Web): December 10, 2013; DOI: 10.1021/nn4052309 . 对于窗户的用途而言 , 方便采光是其主要功能,但是如果在窗户上安装透明的薄膜式太阳能电池,不仅使原有的采光功能没有受到影响,而且可以利用太阳光来产生足够的能量。有机光伏材料能吸收红外线 , 透过可见光 , 但其效率非常低。无机半导体 , 如非晶硅 , 虽然对太阳光中的可见光吸收很强 , 但是用于窗户势必会影响采光。因此 , 为了不影响窗户的采光功能,太阳能电池薄膜必须非常薄以便透光 , 减少其对光子的捕获量。但是在实际生活中,向阳一侧的窗户为了避免强光照射,也有不少的建筑物窗户采用褐色或浅红色的玻璃 , 虽然说这种装饰设计师并不喜欢,但是为了避免强光直射又不得不采取相应措施。 由物理学家亨利· J ·斯奈思( Henry J. Snaith )领导的牛津大学研究团队 , 在他们的太阳能电池中使用钙钛矿 , 一类象矿石一样的晶体材料 , 最近引起光伏发电研究人员的高度关注。钙钛矿具有类似于无机半导体的特性,而且显示出超过 15% 光电转换效率。为了制造钙钛矿的半透明太阳能电池 , 研究人员采用钙钛矿薄膜的形态控制,以便形成半透明的平面异质结太阳能电池,使其具有中性色和较高的光电转化效率。首先将钙钛矿 CH 3 NH 3 PbI 3- x Cl x 沉积在玻璃上形成一种薄膜,再涂上掺氟氧化锡( fluorine-doped tin oxide )。研究人员制备该薄膜是将 CH 3 NH 4 I 和 PbCl 2 混合溶入一种溶剂之中,然后将该溶液旋涂到玻璃上。而溶剂可以选用二甲亚砜( dimethylsulfoxide )等。涂好后将其加热,加热温度范围从 90 ℃ 到 130 ℃ 。随着溶液的冷却 , 经历了一个被称之为去湿的过程 ; 在玻璃表面会形成液滴 , 当溶剂蒸发之后,会导致在钙钛矿晶体材料小岛之间留下间隙。这些晶体材料小岛吸收光子并将其转换成电子 , 而照射到空白区的太阳光就会透过玻璃。最终形成的是一种浅灰色彩的透明太阳能电池。研究人员就是利用自发去湿之优势创建钙钛矿小岛的微结构阵列,其长度足够小足使人用眼睛看上去,就是象连续不断的一样,而且在钙钛矿小岛之间太阳光的透射差异也同样无法觉察出有任何衰减的迹象。 随着此薄膜的透明度增加 , 光电转化效率也会下降。最透明的太阳能电池 , 大约有 30% 的入射光透过 , 光转换成电能的效率只有 3.5% ;而透明度最差的薄膜 , 只有 7% 的入射光透过,其光电转化效率接近 8% 。斯奈思谈到 , 理想的涂饰是让入射光中有大约一半透过,光电转换效率在 5% 左右。他说他们认为目前的研究结果尚有很多需要进一步改进 , 而且他们已经成立了一家公司,取名为牛津光伏( Oxford Photovoltaics ),积极推进其商业化进程,有望在 2017 年使其商业化产品投放市场。 斯奈思说下一步工作就是确定材料的稳定性。一个实际的太阳能电池应该可以稳定工作好几年。即使其停止发电 , 包含电池的窗口应保持它的颜色和透明度至少十年时间稳定不变。此外 , 该太阳能电池需要透明电极传输电流。而电极最有可能的是在设计的两个标准窗格玻璃之间插入,这些电极材料可能由金属纳米线或旋涂铟锡氧化物构成。 加州大学洛杉矶分校( University of California, Los Angeles )有机电子材料和设备研究组组长杨阳( Yang Yang )教授,对于斯奈思研制的这种新型太阳能电池的评价是“神奇的技术( fantastictechnology )”,因为杨阳教授一直在追求适宜于窗口使用的透明太阳能电池 , 他说就钙钛矿的商业化而言,仍有许多挑战 , 如使用铅和电池对湿度的敏感性等都需要进行深入研究。但他发现这些材料具有良好的发展前景:“在太阳能电池技术中,其光电转化效率的快速发展是史无前例的。” 更多信息请浏览: Giles E. Eperon, Victor M. Burlakov, Alain Goriely, Henry J. Snaith. Neutral Color Semitransparent Microstructured Perovskite SolarCells . ACS Nano , Publication Date (Web): December 10, 2013; DOI: 10.1021/nn4052309 . 2013年12月19日,美国《 科学 》杂志公布了其评出的2013年十大科学突破,其中包括“ 钙钛矿太阳能电池 ”,这种新一代太阳能电池材料在过去一年中获得大量关注,它比传统的硅电池要更便宜且更易生产。钙钛矿电池目前还不及现有的商用太阳能电池那样有效,但正以飞快的速度改进。 相关报道(张晓锋提供): New technique announced to turn windows into power generators Norwegian company EnSol AS to develop unique patented technology in collaboration with University of Leicester Issued on 10 August 2010 Jpeg images available from pressoffice@le.ac.uk Photocall: 2pm on Tuesday August 10, Physics Building, University of Leicester View an interview with Professor Binns via streaming video or YouTube .
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[转载]太阳能制氢技术的新突破
热度 1 mhchx 2013-11-6 08:48
今天科技部 网站报道:德国赫姆霍茨柏林中心太阳能燃料研究所与荷兰代尔夫特理工大学的科研人员用一个简单的太阳能电池与金属氧化物光阳极,实现了光能转氢率5%。这是个突破,因为使用的太阳能电池比通常采用的三联点非晶硅薄膜或是III-V半导体高性能电池要简单得多。 科研人员称,他们将化学的稳定与金属氧化物的廉价这两个优点结合起来,与一个相对简单的硅基薄膜太阳能电池组合到一起,最终获得了一个成本低、稳定性好而功能强大的电池。以德国每平方米600瓦的太阳能量计算,100平方米的该制氢系统在有阳光的一小时内,可以储存3千瓦小时的氢能,供夜晚或阴雨天使用。 专家们将简单的硅基薄膜电池与一层采用钒酸铋的金属氧化物组合起来,起光阳极作用。因为只有金属层与水接触,可以保护敏感的电池免受腐蚀。采用钒酸铋的光阳极从理论上可以使电化学电池的效率达到9%。专家们又借助低成本的磷酸钴催化剂,明显加快了光阳极的氧气形成。最大的挑战是电荷在钒酸铋层的高效分离。尽管金属氧化物有诸多优点,但电荷载流子很容易再结合,继而丧失分解水的功用。科研人员发现,给钒酸铋层添加钨有助于解决问题。钨原子要有最佳分布,由此产生一个可防止再结合的内部电场。做法是将铋、钒和钨溶剂喷涂于热玻璃基板上,使溶剂蒸发。以不同的钨浓度反复喷涂后,最终形成一个约300纳米厚的高效金属活性氧化物层。虽然科研人员尚不能解释,为何钒酸铋有如此好的作用,但可以确定,捕捉到的光子80%以上可得到利用,对于金属氧化物绝对是新纪录。下一步要做的是将此系统扩展到平米规模。 原文出处: http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201311/t20131104_110150.htm
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火爆了的钙钛矿太阳能电池
热度 2 tj403 2013-10-20 09:07
在热蒸发15%的基础上,最近两篇Science 文章 (Science, 2013,342,91; 2013,342,95)以及一篇perspective 文章将其进一步推向高潮。短短3年,固体钙钛矿迅速到15%,秒杀之前辛辛苦苦研究了十几年的DSSC, OPV和QDSC。 现在的格局是不做钙钛矿你就out 了;下一步就是万能的钙钛矿了。不follow压力真的很大! 见到同行都要问一句:兄弟,你钙钛矿了吗?
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[转载]CIGS型太阳能电池实现20.7%的转换效率
热度 2 mhchx 2013-10-9 09:16
2013年9月30日~10月4日,在巴黎太阳能电池技术国际学会“EU PVSEC”,巴黎)上,东芝公司公开了CIGS型太阳能电池的新制造方法,在小面积单元实现了20.7%的转换效率,2年后有望使转换效率达到25%。 目前,CIGS型太阳能电池转换效率的全球最高值为20.4%。如果经日本产业技术综合研究所等测定后确认为20.7%,那么将刷新全球最高值。 东芝CIGS型太阳能电池的特点是与p型一样,n型也采用CIGS层。此前由于难以形成n型CIGS层,所以一般都采用CdS层和ZnS层来代替。此时,n型CdS层和p型CIGS层的界面会因晶格失配而产生缺陷,这会妨碍转换效率的提高。 为了获得n型CIGS层,首先要在玻璃基板上形成Mo,在其上面通过三级法形成p型CIGS层,进而形成TCO。此外,还备有溶有Cd的氨溶液。其次,将形成了p型CIGS层等的玻璃基板浸在室温氨溶液后,Cd就会进入位于p型CIGS层表面附近的空孔部分,形成n型CIGS层。据介绍,n型和p型CIGS层的界面没有晶格失配等问题,状态良好,因此有助于转换效率的提高。
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[转载]新型聚合物 纳米晶杂化太阳能电池
hanlingeorge 2013-9-29 12:43
新型聚合物 纳米晶杂化太阳能电池 有机-无机杂化太阳能电池不仅具有聚合物电池质量轻,成本低,加工容易,有一定的柔韧性等优点,还兼具无机太阳能电池中,无机材料载流子迁移率高的优势。特别是近些年兴起的聚合物-纳米晶杂化太阳能电池,由于纳米晶连续可调的光电性质而受到了人们进一步的的广泛关注。 基于绿色化学的概念,人们越来越多的希望通过清洁环保的方法来制备清洁的能源。针对这样的科学问题,吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的杨柏教授课题组 通过设计合成了水溶性的光电材料,并用水相操作的过程来制备较为环保的高效的太阳能电池器件,制备过程中由于避免了氯仿、氯苯等高毒性的有机溶剂从而实现对环境的保护 。该课题组通过典型的Wessling聚合制备了水溶性聚3,4-二溴噻吩乙炔-苯乙炔共聚物PBTPV。由于在其主链中引入了噻吩环,这使得聚合物的载流子迁移率得到了有效的提高,而且PBTPV的吸收较大多数的水溶性共轭聚合物要好,起始吸收峰达到了近700nm。同时由于聚合物主链上保留了部分的苯环,这保证了聚合物前驱体在水中有较好的溶解性。 PBTPV成膜后经过简单的退火就可形成有效的共轭结构。这种水溶性共聚物表现出了良好的空穴迁移能力,场效应晶体管器件表征显示PBTPV的载流子迁移率达到了5×10 -4 cm 2 ·V -1 ·s -1 。基于这样的实验结果,该课题组又通过与水溶性的CdTe纳米晶杂化,制备了水相操作的杂化太阳能电池器件。通过退火CdTe纳米晶在异质结薄膜中原位有效的生长,并相互连接,形成连续相,与PBTPV形成了有效的互穿网络结构。而且异质结薄膜的表面形貌的得到了有效的调控。最终器件的光电转换效率达到了3.3 %,与目前用油相方法制备的杂化器件效率相当,并展现了良好的应用前景。
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[转载]简化太阳能电池构造同时实现高效率的方法
hanlingeorge 2013-9-29 12:41
Nature 2013 501 (7467) p.395发表日期:2013年9月19日 以有机金属卤化物钙钛矿作为光吸收材料的纳米结构的固体太阳能电池,最近实现了对于实际应用具有吸引力的能量转换效率。现在,Mingzhen Liu等人发现,当采用气相沉积而不是通常的溶液处理方法来沉积钙钛矿时,即便是在更简单的装置结构中用这些材料也能实现高效率。由于完全免除了对复杂纳米结构的需要,所以大规模制造的前景可能会更好。(Link to Letter p. 395; News Views p. 323)
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量子点可以提高太阳能转化效率
热度 5 zhpd55 2013-8-28 10:09
量子点可以提高太阳能转化效率 诸平 据荷兰物质基础研究基金会( The Foundation forFundamental Research on Matter ,简称 FOM Foundation) 网站 2013 年 8 月 23 日 报道,荷兰 代尔夫特理工大学( Delft University of Technology ) 、美国加州大学( University ofCalifornia )、比利时丰田欧洲材料研发中心( Toyota Europe, Materials Research Development )的科学家合作已经开发出一种纳米结构材料 , 用于制造太阳能电池可以提高其光电转化效率,比目前传统的太阳能电池转化水平高超 10% 。下图是物理学家组织网 ( Phys.org ) 2013 年 8 月 26 日 的转载报道截图。 上图中被链接的是量子点,在这种新纳米材料中一束 波长很狭窄光子被吸收后,会使 两个或两个以上的电子跳跃带隙 。 研究人员已经用特殊的分子强烈地将纳米球(量子点)连接在一起,结果是电子可以自由移动 , 在太阳能电池中即可以形成电流。 荷兰 代尔夫特理工大学( Delft University of Technology ) 、美国加州大学( University ofCalifornia )、比利时丰田欧洲材料研发中心( Toyota Europe, Materials Research Development )的科学家合作已经开发出一种纳米结构材料 , 用于制造太阳能电池可以提高其光电转化效率。此研究成果 2013 年 8 月 23 日 已经在《自然通讯》( Nature Communications )网络版发表。智能纳米结构可以提高太阳能电池的效率,主要体现在两方面,其一是减少热能耗,其二是提供更多的电能。 太阳能电池 传统的太阳能电池包含一层硅,当阳光照射到硅层时 , 硅中的电子吸收光子能量,由基态进入到激发态,获得能量的电子(激发态电子)可以跳越“禁带”即 带隙 而进入导带,即可自由移动并形成电流。如果光子能量等于硅的带隙,则太阳能电池的产电量即被优化,利用效率最高,没有多余的能力被浪费。然而 , 太阳光是一种复色光,包含许多不同波长的光子,而且这些光子的能量大于带隙。多余的能量以热能的形式丢失 , 这限制了传统太阳能电池的产电量,尚未实现太阳能利用效率的最大化。 纳米球 几年前 , 代尔夫特理工大学的研究人员以及其他物理学家就已经证明了多余的能量仍能得到很好的利用。在半导体材料的小纳米球体内过剩的能量可以使额外的电子跳越带隙,这些纳米球又被称为量子点,其直径大约仅有人头发的万分之一。如果一个光子能使量子点的一个电子跃过带隙 , 电子在该量子点周围运动。这样难免造成与使随后跃过带隙的电子发生碰撞,而且一个光子可以动员几个电子跃过带隙从而增加产生的电流量,如何来解决电子的自由运动,避免在量子点周围聚集,电子之间发生碰撞的问题,科学家已经有新招。 量子点之间的联系 然而 , 迄今为止存在的问题仍然是电子被困在其量子点内部 , 所以无法为当前的太阳能电池产生电流做出贡献,导致这种现象的原因是由于使量子点表面稳定的大分子所致。这些大分子阻碍了电子从一个量子点跳跃到下一个量子点 , 所以没有电流产生。但是,研究人员在新设计中 , 用小分子取代了大分子,而且在量子点之间用氧化铝来填充预留的空隙。这导致量子点之间有更多的接触,并允许电子自由移动,使问题迎刃而解。 转化效率 理学家用激光光谱物已经看到在包含量子点链接的材料中,单个光子实际上可以激发几个电子。跃过带隙的所有电子,在此新材料中可以自由运动。由于包含这种新材料的太阳能电池的理论产量会提高到 45%, 比传统的太阳能电池的转化效率高出 10% 。更有效型的太阳能电池很容易生产,即将链接的纳米球结构作为一种分层漆用于太阳能电池。因此新型太阳能电池不仅会更有效 , 而且与传统的太阳能电池相比较成本也更廉价。荷兰研究人员现在与国际伙伴合作,用此设计来产生完整的太阳能电池。 更多信息请浏览 C.S. Suchand Sandeep , Sybrenten Cate , JuleonM. Schins , TomJ. Savenije , YaoLiu , MattLaw , SachinKinge , ArjanJ. Houtepen , Laurens D. A. Siebbeles . HighCharge Carrier Mobility Enables Exploitation of Carrier Multiplication inQuantum-Dot Films , Nature Communications (23 August 2013). DOI: 10.1038/ncomms3360 ; 见附件: 纳米球-量子点-太阳能电池2013.pdf http://phys.org/news/2013-08-nanomaterial-yield-solar-cells.html#nwlt ; http://www.fom.nl/live/english/news/archives/pressreleases2013/artikel.pag?objectnumber=233832
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[转载]染料敏化太阳能电池
hanlingeorge 2013-8-14 10:54
染料敏化太阳能电池作为新一代能源电池的代表,以其低成本,高能效而受到广泛关注。染料敏化电池主要由染料,电池阳极,电解液,对电极四部分结构组成。光照条件下,附着在电池阳极表面的染料受到光子激发而产生电子发电。因此,染料的吸光率对电池性能起着至关重要的影响。受其能带结构限制,目前最常用染料N3只能吸收波长小于700纳米的光能,因此,如何增加染料的吸收光波长范围成为一个热门话题。诸多新型染料,譬如量子点染料及多染料敏化技术被相继开发及研究,然而,如何提高这些新型染料的稳定性仍是一大科研障碍。 另一方面我们可以通过对电池阳极材料进行改性来增强染料敏化电池的吸光率。在电池阳极材料中填充具有光散射功能的新型结构的材料,比如二氧化钛空心球,可以增加电池的光吸收率。然而,染料吸收波长范围的限制依旧制约着染料敏化电池性能的进一步提升。因此,如果我们能调整太阳光谱的范围使之可以为染料所吸收,则可a以更大限度的调整染料敏化电池的性能。 如何调整太阳光谱的范围呢?这就需要使用到上转换材料。上转换材料可以把吸收的低能量光子(如红外光)转换成高能量光子(如可见,紫外光),从而实现与染料吸光范围的匹配。来自 澳大利亚昆士兰大学王连洲教授 课题组的吴霞博士等通过对二氧化钛多层空心球进行上转换材料参杂,合成并制备了同时具有光散射性能及上转化性能的新型电极材料,相比传统采用二氧化钛P25作为电极材料的染料敏化电池,该新型材料的引入可以使其电池效率提高32.7%,实现电池性能从6.87%到9.12%的飞跃。 相关工作已在线发布于 Adv. Energy Mater. (10.1002/aenm.201200933) 。
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DSSC技术的新进展:转换效率超过15%
热度 2 mhchx 2013-8-13 11:24
根据 日经BP社报道, 瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)教授迈克尔•格兰泽尔(Michael Gratzel)的研究小组,以及英国牛津大学(Universityof Oxford)和日 本桐荫横滨大学的研究小组,分别独立开发出了转换效率超过 15 %的固体型染料敏化太阳能电池( DSSC )。约在半年左右的时间内就将转换效率提高了约 4 个百分点,大大超过了其他有机类太阳能电池 。 这种 DSSC 采用钙钛矿相的有机无机混合结晶材料 CH 3 NH 3 PbI 3 作为染料敏化材料,并用由有机材料构成的空穴输送材料( HTM )取代了电解液 。洛桑联邦理工学院开发的 DSSC 由玻璃、 FTO 、 TiO 2 、 CH 3 NH 3 PbI 3 、 HTM 及 Au 等构成。而牛津大学等开发的 DSSC 还与 TiO 2 一同采用了铝材( Al 2 O 3 )。作为采用有机材料和无机材料制造的太阳能电池,两者首次实现了可与结晶硅型太阳能电池相匹敌的转换效率。 这与2012年9.7%的 DSSC转换效率(见 http://blog.sciencenet.cn/blog-444222-608928.html )及 今年2月所报道的11.9%DSSC转换效率( 见 http://blog.sciencenet.cn/blog-444222-658604.html )相比,又有了较大进展。 科技总是在不断进步,DSSC 新太阳能电池在转换效率方面已经超越了原来的 DSSC 和有机薄膜太阳能电池。目前,CIGS 类太阳能电池的转换效率最高为 20.4 %。有关专家预 计 , 将来DSSC电池的转换效率还可能达到 21 %, 今后还有可能超越 CIGS 类太阳能电池。 让我们拭目以待,迎接太阳能产业快速发展的新时代。
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薄:太阳能电池的新方向
热度 1 zhpd55 2013-6-27 22:06
薄:太阳能电池的新方向 诸平 据科学日报( ScienceDaily )网站 2013 年 6 月 26 日 报道,美国麻省理工学院( MIT )的研究小组发现 , 一种有效的太阳能电池可以由一堆仅有两种一个分子厚度的材料组成 : 即石墨烯 ( 仅有一个原子厚度的碳原子组成 , 如图中底部显示的蓝色 ) 和二硫化钼 ( 图示中的上图部分 , 其中钼原子显示为红色和黄色代表硫原子 ) 。这两种薄片材料在一起的厚度( 1 nm )还不足传统的硅太阳能电池厚度的数千分之一。此项研究成果 2013 年 6 月 10 日 已经在 Nano Letters 网站发表—— Marco Bernardi, Maurizia Palummo, Jeffrey C. Grossman. Extraordinary Sunlight Absorption and 1 nm-Thick Photovoltaics using Two-Dimensional Monolayer Materials. Nano Letters , 2013; 130610122620006. DOI: 10.1021/nl401544y . 尽管人们目前对于太阳能电池的研究主要集中在提高太阳能电池能量转换效率 , 或降低生产成本;但是麻省理工学院的研究人员却打开了太阳能电池研究另一个改进途径 , 旨在产生最薄、最轻的太阳能电池板。这样的太阳能电池面板 , 其单位质量生产能量即能量密度,有可能超越除了铀反应堆之外的任何其他物质。更多信息请浏览原文。
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集光太阳能电池转换效率创新高
热度 3 zhpd55 2013-6-17 08:31
集光太阳能电池转换效率创新高,达到 44.4% 诸平 据物理学家组织网( Phys.org ) 2013 年 6 月 14 日 报道,夏普公司( Sharp Corporation )利用一种三结复合 “ 集光型太阳电池 ” 的转换效率已达到 44.4% ,刷新了此前美国企业所创下的 44.0% 世界纪录。 这种 “ 集光型太阳电池 ” 是将此太阳能电池置于集光系统—— 菲涅耳透镜 ( Fresnel Lens )之下,使太阳光聚焦于太阳能电池而发电。其特点是重叠了能吸收光的三层铟、镓等化合物,其顶层是 InGaP 化合物、中层是砷化镓( GaAs )而底层是 InGaAs 化合物,可有效地把太阳能转换为电能。为了能吸收更多光,夏普在电极附近进行了特殊处理,新电极不同于传统电极(见下图)。 上述电池是作为日本新能源与产业技术综合开发机构 (NEDO) 的项目之一而进行研发的。使用复合太阳能电池由于转换效率高,可以应用于人造卫星等,但是研究人员也在积极研究其未来在地面广泛使用的可行性。 太阳能转化率达到 44.4% 的新纪录已经得到德国弗劳恩霍夫研究所( Fraunhofer Institute )太阳能系统 (ISE) 验证。 更多信息请浏览: http://phys.org/news/2013-06-solar-cell-world-highest-conversion.html#ajTabs ; Sharp develops concentrator solar cell with world’s highest conversion efficiency of 43.5% ; Solar cell with world's highest conversion efficiency of 37.7% sets new record with triple-junction compound solar cell
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[转载]新型太阳能电池:铁电材料
hanlingeorge 2013-6-9 18:00
美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室及加州大学伯克利分校的研究人员揭开了铁电材料在光照条件下产生高压电的秘密。该研究发表在《物理评论快报》( PRL )上。 铁电材料是指具有铁电效应的一类材料,它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。科学家已经了解到铁电材料的原子结构可以使其自发产生极化现象,但至今尚不清楚光电过程是如何在铁电材料中发生的。如果能够理解这一光电机制并应用于太阳能电池,将能有效地提高太阳能电池的效率。 研究人员所采用的铁电材料是铋铁酸盐薄膜( BFO )。这种特别制作的薄膜有着不同寻常的特性,在数百微米的距离内整齐而有规律地排列着不同的电畴。电畴为条状,每个电畴宽为 50 纳米到 300 纳米,畴壁为 2 纳米,相邻电畴的极性相反。这样研究人员就可以清楚地知道内置电场的精确位置及其电场强度,便于在微观尺度上开展研究,同时也避免了杂质原子环绕及多晶材料所造成的误差。 当研究人员用光照射铋铁酸盐薄膜时,获得了比材料本身的带隙电压高很多的电压,说明光子可释放电子,并在畴壁上形成空穴,这样即使没有半导体的 P — N 结构,也可形成垂直于畴壁的电流。通过各种试验,研究人员确定畴壁在提高电压上具有十分重要的作用。据此他们开发出一种模型,可令极性相反的电畴制造出多余的电荷,并能传递到相邻的电畴。这种情况有点像传递水桶的过程,随着多余电荷不断注入锯齿状相邻的电畴,电压可逐级显著增加。 在畴壁的两侧,由于电性相反,就可形成电场,使载电体分离。在畴壁的一侧,电子堆积,空穴互相排斥;而另一侧则空穴堆积,电子互相排斥。太阳能电池之所以会损失效率,是由于电子和空穴会迅速结合,但是这种情况不会在铋铁酸盐薄膜上出现,因为相邻的电畴极性相反。根据同性相斥,异性相吸的原理,电子和空穴会沿相反的方向运动,而由于电子的数量远超空穴的数量,所以多余的电子会溢出到相邻的电畴。 铋铁酸盐薄膜本身并不是一种很好的太阳能电池材料,因为它只对蓝色和近紫外线发生反应,而且在其产生高电压的同时,并不能产生足够高的电流。但是研究人员确信,在任何具有锯齿状结构的铁电材料中,类似的过程也会发生。 目前研究人员正在调查和研究其他更好的替代材料。他们相信,该技术如果应用于太阳能电池,将使太阳能电池产生较高的电流,并能大幅提升太阳能电池的效率,有望生产出性能强大的太阳能电池。(来源:科技日报何屹)
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[转载]大幅缩短有机太阳能电池材料研发时间
hanlingeorge 2013-6-9 17:29
有机半导体在柔性显示器领域拥有巨大潜力,但其仍然达不到驱动高清显示屏所需要的速度。硅等无机材料运行速度更快更耐用,但却无法弯曲,因此寻找一种运行速度快的柔性有机半导体就成为当务之急。 据美国物理学家组织网 8 月 18 日(北京时间)报道,美国科学家开发出一种新的计算预测方法,可将新有机半导体材料的研发过程节省几个月甚至几年,并利用新方法研发出一种目前运行速度最快的新有机半导体材料。相关研究发表在 8 月 16 日出版的《自然—通讯》杂志上。 在提高有机电子材料性能的研制中,研究人员通常需要合成出大量备选材料并对其进行测试,这不仅耗费时间而且经常会失败。而新计算预测方法则可大大缩小备选材料的范围,以节省成本。 科学家对这种方法的可行性进行了初步实验。首先,他们选用一种已被验证为性能良好的有机半导体材料(名为 DNTT )作为初始材料,接着研究了其他一些与 DNTT 结合在一起有可能加强其性能的、具有不同化学和电学特征的化合物,最终选出了 7 个备选物质。 半导体能快速将电荷从一个地方运送至另一个地方,其性能取决于这种材料结合电荷的能力以及电荷在这种材料的分子间的移动速度。 利用新方法,科学家们预测,如果对这 7 种物质进行修改,借用其修改后有望拥有的化学和结构特性,其中的 2 种物质接受电荷能力最强,而这两种物质中的一种物质内,电荷显然能在其分子间更快速地移动,其运行速度会达到初始物质的两倍。他们随后历时一年半对这种新物质的合成过程进行了完善并对其进行了充分测试,测试结果证实,修改后的新材料的运行速度是初始物质的两倍,而且,新材料的运行速度是目前液晶显示屏中非晶硅的 30 多倍。 “合成并厘清这 7 种备选化合物的性质通常要几年时间,而使用新方法,我们能从理论上预测出性能最好最有潜力的备选对象,因此有望更快设计出高性能材料。”参与该研究的斯坦福大学化学工程副教授鲍哲南(音译)表示。 领导该研究的哈佛大学化学和化学医学副教授艾伦·阿斯普鲁 - 古济克表示,新预测方法不仅可使寻找更好有机半导体材料的科研团队受益,也有助于研制出更高效的有机太阳能电池材料。(来源:科技日报刘霞)
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[转载]新型高效节能小分子有机太阳能电池
hanlingeorge 2013-6-9 17:27
北京时间 11 月 9 日消息,据国外媒体报道,随着高效节能的有机小分子太阳能电池研发成功,可以像报纸一样印刷的太阳能电池板距离变成现实更近一步。这种由美国加州大学圣塔芭芭拉分校的一个科研组研制的太阳能电池的能源效率是 6.7% ,可与目前性能最好的聚合体太阳能电池相媲美。大部分聚合体电池的能源效率在 6% 到 8% 之间。 包括诺贝尔奖得主艾伦 - 黑格教授在内的论文作者 11 月 7 日在《自然—材料学》杂志发表的论文中写道:“这些研究结果令溶液处理有机光电技术取得重大进步,并证实利用小分子制成的太阳能电池可与它们的聚合体版本一争高下。” 澳大利亚莫纳什大学的材料科学家克里斯 - 麦克内尔表示,该论文标志着这一领域取得了新的“重大”进步。世界各地的学者和工业实验室正在对有机太阳能电池设备进行不懈研究,因为它们具有令柔性、低成本的太阳能设备进行大规模生产的潜力。 尽管这种新型太阳能电池与很多澳大利亚屋顶上安装的硅太阳能电池板的性能类似,但是它们的制造成本将会更低,而且超轻和柔韧性特征也将令它们可应用于各种不同途径,甚至是用在不平整的物体表面。昆士兰大学有机光子学和电子学中心的保罗 - 梅雷迪思教授表示,迄今为止大部分人主要把注意力集中在研制有机聚合体太阳能电池上。然而,这些电池很难控制和生产,因为它们一般在大小和性能上很难达到统一标准。他说:“如果我收集了一桶这种聚合体电池,并查看每一个分子,我会发现它们在大小和形状上有很大不同。而这些新型小分子,只要你进行适当合成,每一个分子就会都一样,因此你能更好地控制和生产太阳能电池。” 梅雷迪思表示,下一步是制作一个能够维持这种能量转换水平的商用大小的模型。屋顶上的太阳能电池板的面积大约有 10 平方厘米,而发表在《自然材料》杂志里的小分子太阳能电池的有效面积仅为 0.196 平方厘米。他说:“当前有机太阳能电池面临的问题,是当我们试图按比例制成更大的设备时,我们产生的最好的 ( 能量转换 ) 只有百分之几。”现在依然存在的问题包括:是否小分子太阳能电池制成更大面积的电池后,仍能保持这种转变效率,以及是否它能达到工业规模的生产标准。 梅雷迪思说,不过它是“一个非常美丽的分子,品质可谓一流”。“令我感到吃惊的是,为了获得这么好的电学性能,它竟能如此完美地进行自我组织”,麦克内尔表示。有机太阳能电池的主要益处,是它们可以通过类似报纸采用的方法那样,利用卷到卷印刷工艺生产出价格低廉的产品。他说:“如果你能生产出超轻、高效和低成本模块,人们就会欣然接受它。(使用有机太阳能电池)房顶基础设施不用进行任何改变,因为你可以把它铺在屋顶上,粘在上面,然后接通电源。” ( 来源:新浪科技 孝文)
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[转载]太阳能电池产业和价格趋势
hanlingeorge 2013-6-9 15:10
在过去三年里,太阳能行业在降低成本方面的做得非常漂亮,把每瓦特电能的成本猛降了一半。但这场被中国制造厂商的大规模扩张逼出来的大幅降价,已经把数十家(即使没有几百家)太阳能企业推上了高危名单。初出茅庐的太阳能企业为了生存,都在重新思量在几年前似乎还稳如磐石的那些策略。 这些企业毫无疑问正陷于危险之中。因为完全没办法跟上业内急剧压缩成本的速度, Abound 太阳能公司在今年夏天早些时候陷入歇业。就在此前, Solyndra 公司轰然倒下,其他许多太阳能设备供应商也纷纷破产、关闭工厂或重组。 那么太阳能创业公司要如何生存?其挑战并不在于缺乏创新或缺乏资金。在美国,创新太阳能创业公司已经吸引了数十亿美元的风险投资和政府贷款。但是小企业即便拥有引人注目的技术,也仍要陷于和拥有大量廉价资本的巨头供应商竞争的强烈逆境中,同时还需要设计出新产品规模化生产的指导方针。 位于麻省列克星敦市的 1366 技术公司( 1366 Technologies )的经历正说明了要在一个不稳定的供方市场内引进新技术有多么困难。在最近的不少创业公司中,这家从麻省理工学院( MIT )分拆出的公司因其策略得当引起了人们的注意。该公司没有像其他更冒险的创业公司那样,投下大笔资金去设计新型的纤薄太阳能电池和面板,而是集中精力开发现有的、比以往任何时候都更具统治力的硅材料的制造流程。而且该公司还解决了一个大问题:太阳能级硅的高价格。 1366 技术公司研发出了一种颇具颠覆性的制造流程,直接从熔融硅池中制造出 6 平方英寸的标准硅晶片。该流程排除了很多耗时的步骤,而且潜在地将晶片的制造成本削减了一大半(见《用硅制造更多的太阳能电池》一文)。这些晶片被组装成太阳能电池,然后在太阳能电池板中连在一起。 但现在的市场情况已经发生了戏剧性的变化,公司目前陷入了困境。 从四年前 1366 技术公司成立时起,多晶硅的价格已经由每千克几百美元猛降至不足 25 美元。硅价格的走低使 1366 技术公司的策略的竞争力大不如前,因为削减硅晶片或太阳能电池的生产成本,对于太阳能电池板的最终价格的影响较小。 1366 技术公司的首席执行官弗兰克 • 范 • 米尔洛( Frank van Mierlo )承认,公司被去年多晶硅价格戏剧性的下降吓了一跳。不过他仍表示,公司计划兴建的 3 万千瓦的实验厂,能够将晶片按竞争价格出售,同时能效也毫不逊色。他说,公司的新生产流程也降低了资本成本(因为需要的机器更少),而且产量更加稳定。 不管是运气好还是有意为之, 1366 技术公司一直都非常精打细算,公司的工人数量很少,办公室也是简约第一。米尔洛表示,这意味着公司的现金能够撑到 2015 年。公司将自行出资建设示范厂,而且尚未动用已获美国能源部担保的 1.5 亿美元的贷款,该笔款项计划将用于建设一座 100 万千瓦的工厂,建设该厂还需其他投资方注资。公司还将与韩国工业巨头韩华化工( Hanwha Chemical )进行战略合作,后者将购买 1366 技术公司打算制造的一些晶片。 “ 这一行的门槛绝对提高了,成本目标的制定必须要比以往更具侵略性。但是任何技术进步的价值都比十年前要高得多,因为有更多的企业能够利用这些进步。 ” 米尔洛说。 面对同样强硬的市场力量,其他太阳能企业也认识到,单干再也不是一条可行的出路了,它们也在尝试用其他途径打入市场。双溪技术公司( Twin Creeks Technologies )是一家位于加州圣何塞的创业公司,该公司也设计了一套生产流程,新流程所使用的硅更少,同时保持能效不变,从而将电池的制造成本降低了一半(见《创业公司要将电池成本降低一半》)。但公司本身并不制造电池,而是将其高度专门化的设备卖给那些寻求竞争优势的太阳能设备制造商们。从今年 3 月成立以来,公司还未能与任何客户签约,不过公司的一位代表表示,有关谈判正在进行中,公司有望在今年获得客户。 另一个策略是制造一种非常与众不同的产品,而不仅仅是进一步削减成本或提高电池的效率。 位于硅谷的创业公司 Solexel 宣称,到 2014 年时将能够以每瓦特 42 美分的成本对电池进行量产。单凭这一点,该公司就能在业内斜向下的价格曲线上居于领先地位,不过公司的首席营销官马克 • 科尔斯腾( Mark Kerstens )表示,这项技术还有其他优势。这种电池的效率比一般的硅电池高,面板呈全黑色,极富美感,而且每块电池都可单独控制,这意味着因遮蔽所导致的能量损失更小。科尔斯滕说: “ 如今,做一家 ‘ 一招鲜 ’ 的企业颇具挑战性。 ” 要想生存的另外一个条件就是要有充裕的资金来源,资金不仅要来自风投型机构,还要包括战略投资者,比如大型的工业公司和太阳能设备制造商。这些公司除了提供资金以外,本身也是潜在的客户,而且有助于以旁观者的角度对这一技术进行确认。 为了让自己的纤薄技术实现商业化,创业公司 Stion 与两家亚洲的制造商签约,让自己的产品从实验室走进了工厂,省去了自己筹集数十亿资金的过程。台湾的台积电公司( TMSC )对 Stion 投资,生产出了 Stion 的第一代产品。接着 Stion 又从韩国制造商 Avaco 处获得另一笔投资来生产自己的下一代面板。公司也因为在密西西比州生产的激励措施而获益。 在扩大生产规模成本高昂的情况下, Solexel 也调整了业务计划。公司决定不再制造完整的太阳能面板,而只制造面板上的电池,将面板的生产外包出去,还打算建立一项合资项目来生产电池。 1366 技术公司的资金还能撑个几年,又能拿到政府贷款。米尔洛表示,公司正在 “ 稳步推进 ” 最初的计划,向硅供应链的上下环节中出售晶片。 如果其他所有的策略都失败了,一些太阳能企业也许会将其知识产权转让给其他制造商,虽说这是经济上最没意思的一步。不少太阳能暴发户企业都曾押对了宝,他们看好新技术能将太阳能的成本降到和化石燃料更接近的水平。不过到了最后,市场上的灾难可能会压倒他们的技术进步。 来自: 美国 Technology Review
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[转载]太阳能电池效率
jonney 2013-6-4 09:34
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微波炉新用途:加工太阳能电池材料有奇效
热度 2 zhpd55 2013-5-8 21:05
微波炉新用途:加工太阳能电池材料有奇效 诸平 一提到微波炉,人们首先想到的是厨房用来加热食品,但是利用微波来加速化学反应,如微波萃取和微波合成是微波应用的新而热的研究领域。微波萃取是利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中,吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使得被萃取物质从基体或体系中分离,进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中;微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小等特点。目前,微波萃取除主要用于环境样品预处理外,还用于生化、食品、工业分析等领域。在国内,微波萃取技术用于中草药有效成分的提取研究也有不少报道。 微波合成是在微波条件下,利用其加热快速、均质与选择性等优点,应用于现代有机合成研究中的一种技术。除此之外,微波还有许多其他应用。 2012 年 8 月下旬,美国俄勒冈州立大学的工程师首次开发了一种在合成铜 - 锌 - 锡 - 硫( CuZnSnS )时如何使用微波加热的方法—— Microwave ovens may help produce lower cost solar energy technology ,铜锌锡硫是一种有前景的太阳能电池复合物,相比一些太阳能源的替代品其成本更廉价,毒性更低。微波炉技术可以应用在太阳能行业,为制造薄膜光伏产品提供了一种新方法,不仅可以减少能量消耗,而且可以降低成本和减少对于环境的担忧。 Fig. 1. A small, prototype solar cell that uses CZTS, a photovoltaic semiconductor that University of Utah metallurgists produced in an old microwave oven that once heated student lunches. Credit: Lee J. Siegel, University of Utah. 2013 年 5 月 6 日 ,物理学家组织网( Phys.org )报道了美国犹他大学( University of Utah )的冶金学家利用一台昔日为学生加热午餐而被淘汰的旧微波炉 , 生产出太阳能电池中使用的 CZTS —— Microwave oven cooks up solar cell material 。 利用微波炉快速生产纳米晶体半导体材料,而且使用的原材料是廉价而资源丰富,与其他半导体相比较使用的有毒金属更少。研究人员他们希望将这种方法用于更高效的光伏太阳能电池和 LED 灯、生物传感器和将废热转化为电力的热电转换系统。冶金工程教授 Michael Free 说, “ 使用微波是一种制造应用广泛的纳米微粒的快速方法。我们希望在未来五年内由此会产生一些商业产品 , 我们也在继续不断地从事应用和改进研究。前景良好,但是对于市场走向尚不确切。 ” Michael Free 教授和该研究的领导作者 Sarswat Prashant 将在 6 月 1 日 出版的《晶体生长学报》( Journal of Crystal Growth )发表他们的研究成果—— Prashant K. Sarswat, Michael L. Free. An investigation of rapidly synthesized Cu 2 ZnSnS 4 nanocrystals , Journal of Crystal Growth, Volume 372, 1 June 2013, Pages 87-94. Sarswat Prashant 是一位冶金工程助理研究员 , 他们利用微波快速合成出的纳米半导体称为 CZTS ,其实就是铜( Cu )、锌 (Zn) 、锡 (Sn) 、硫 (S) 的一种化合物,具体分子式为 Cu 2 ZnSnS 4 。 IBM 公司 2012 年 8 月下旬在《先进能源材料》( Advanced Energy Materials )杂志上发表论文称,结构为 Cu 2 ZnSn(S/Se) 4 的 CZTS 系太阳能电池转换效率达到 11.1 %,当时创全球最高纪录。该电池由 IBM 与日本的太阳能前沿( Solar Frontier )公司、东京应化工业株式会社及台湾旺能光电( DelSolar )公司共同开发。 Fig. 2. (a) A bar chart showing comparison of time for different CZTS synthesis techniques. (b) Schematic diagram showing experimental setup for microwave assisted CZTS synthesis. 在 Michael Free 教授等人这项研究中 , 他们确定了生产 CZTS 半导体最均匀晶体所需的最佳时间,是在微波炉内加热 18 min ,而且通过使用各种测试技术如 X 射线晶体学、电镜、原子力显微镜和紫外光谱等来确认材料确实是 CZTS 。他们还建立了一个小型光伏太阳能电池来确认该材料的工作性能和证明更小的纳米晶体显示出 “ 量子限制( quantum confinement ) ” 效应,这种是一种对不同用途而普遍适用的纳米晶体属性。 Sarswat Prashant 说, “ 这是一种不易制得的材料 , 如果制作不当会产生很多不想要的化合物。与其他使用剧毒镉和砷的光伏半导体相比较 , CZTS 光伏材料成分则更环保。 ” Michael Free 教授补充道 : 他们制得的这种光伏半导体材料所使用的原材料成本更低,是半导体材料中经常使用的铟、镓等材料的更适用的替代品。 快速制作旧材料( Making an Old Material More Quickly ) 瑞士的研究人员在 1967 年使用另一种方法首先发明了 CZTS 。其他的研究人员在 1998 年发现 , 它可以作为光伏材料。但是迄今为止,可以说人们对这种材料的研究还不够透彻和深入。 CZTS 属于四元硫属化合物家族材料。 Free 和 Sarswat 起初对其并不怎么理解,可以说是知之甚少。但是,他们与美国俄勒冈州立大学( Oregon State University )的研究人员一直在竞相开发微波法制作 CZTS 的研究工作。 2011 年 Sarswat 使用微波法合成出这种材料, 2012 年 1 月 Free 和 Sarswat 对他们的方法提出了发明专利申请;而另一组(俄勒冈州立大学)于 2012 年 8 月发表的一项研究使他们的专利申请受到严重冲击,完全丧失了专利申请应该必备的 “ 三性 ” (新颖性、创造性、实用性)要件。 Free 和 Sarswat 开发的该方法有一些独特的特点 , 包括不同的 “ 先驱 ” 化学物质 ( 醋酸盐代替氯化物盐 ) 用于制备 CZTS 的启动过程以及一种不同的溶剂 ( 油酰胺代替乙二醇 ) 。 Sarswat 说,采用微波合成已经得到许多有机化合物,而 Free 也提到有时微波被用于冶金分析,从矿石提取金属。他们说使用微波处理材料不仅反应速度快(见图 2 ),而且可以抑制一些不必要的化学 “ 副反应 ”, 以获得所需材料的更高产率。 以前制备 CZTS 使用过各种方法 , 但许多方法涉及到合成步骤多,如果需要制作一种薄膜材料如技术上被称为一种 “p 型光伏吸收器 ” ,则需要花费 4~5 h, 该薄膜是太阳能电池的活化层,可以将太阳光能转化为电能。最新的一种方法称为 “ 胶体合成( colloidal synthesis ) ” 法 —— 在液体中作为悬浮物或 “ 胶体 ” 置于一个大长颈瓶通过加热来制备晶体,将制备时间减少到 45~90 min 。 Sarswat 决定尝试利用微波法来生产 CZTS ,当犹他大学冶金工程系决定给厨房买一台新微波炉,供学生加热午餐和煮咖啡使用时, Sarswat 从系办公室秘书处得到信息,说原来的旧微波炉可以被取代,将其闲置他处。这时 Sarswat 就想到利用旧微波炉,将其搬到实验室取代了在其他实验室的实验过程中被烧毁的微波炉。 Free 并补充道 :“ 充其量也就是你可以只是使用一个简单的微波炉来制作 CZTS 半导体 , 但是不能在家里做,在利用微波加热这些材料时必须谨慎,万万不可掉以轻心,安全第一。 ” 利用微波来加热这些材料需要多久,冶金学家才可以控制产生的纳米晶粒的大小 , 以适应其可能的用途呢?这个问题需要实验才能给出确切的结果。在微波照射 8 min 后 CZTS 开始形成 , 但研究人员发现是在微波照射 18 min 后,所得产物的粒度大小最均匀。 微波半导体的用途 ( Uses for a Microwaved Semiconductor ) 为了制作 CZTS ,将金属盐溶于溶剂 , 然后用微波炉加热 , 形成一种含有悬浮 CZTS 纳米晶体 “ 墨水 ” 。然后可以将该 “ 墨水 ” 涂到表面,和其他涂料结合在一起形成太阳能电池。 Free 说 , “ 这 (CZTS] 是太阳能电池的核心 , 它处于太阳能电池的吸收层,即活跃层。 ” 他说容易制作的 CZTS 光伏半导体,可更有效的用于多层太阳能电池的设计之中。此外 , CZTS 还有其他的潜在用途。热电转换( Theromoelectric conversion )包括车辆废热、工业废热,地热、甚至是军营动力的废热等。由在表面涂上这种纳米晶体 “ 墨水 ” 和用有机分子敏化的晶体制成的生物传感器 , 让其来检测微弱电流,因为当一种酶在体内变得活跃时就会产生微弱的电流。这些生物传感器可能会在未来的测试中扮演一个重要角色 , 以帮助诊断心血管疾病、糖尿病以及肾病等。 CZTS 可以作为各种各样电子产品其中包括热电转化设备等之中的电路元件。用于利用太阳能分解水为燃料电池产生氢气等。 微波法生产的纳米晶体的尺寸范围为 3-20 nm, 研究人员寻求并确定的最佳范围是在 7-12 nm 之间 , 当然纳米晶体的大小取决于其预期用途。 CZTS 的更大晶体构成了良好的光伏材料。 Sarswat 说他们的此项研究还表明 , 更小的 CZTS 晶体(小于 5 nm )具有所谓的 “ 量子限制( quantum confinement ) ” 效应 , 是用来解释纳米颗粒发光机理的一种模型,即纳米颗粒 的禁带宽度随颗粒尺寸减小而增加,从而导致颗粒的发光由体材料的红外区蓝移至可见光区。当 晶体粒度变得足够小时,会对材料的光学、电学性质产生影响的这种现象被称之为 “ 量子限制 ” 。量子限制意味着 “ 调整 ” 纳米晶体的大小可以使其发出特定光 , 制作这种材料具有潜在广泛应用前景 , 包括更高效的发光二极管( LED )照明灯具。具有量子限制的材料是多才多艺的材料之一 , 因为他们有一个 “ 可调带隙 ”, 激活其发光或电所需要的能量是可以调控的。
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中国太阳能电池产量2020年将减半
WileyChina 2013-3-29 11:49
中国是世界上最大的太阳能电池生产商, 2007 年已达到全球产量的 57.3% ,不过,这些太阳能电池中有将近 90% 都出口到了欧洲和美国。按照《光电压进展:研究与应用》 (ProgressinPhotovoltaics:ResearchandApplications) 所述,一队中国科学家正在探索欧美市场新关税政策带来的影响,以及如何改变中国国内输电网络才能冲抵太阳能电池出口量突然下降带来的不利影响。 该文作者指出,虽然来自新兴的亚洲和非洲市场的需求将增加,但到 2020 年,中国的太阳能电池产能仍将压缩一半。 原文地址(已开通免费阅读): http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.2356/abstract 所属期刊: ProgressinPhotovoltaics:ResearchandApplications China’sSolarCellsProductionSettoHalfby2020 Chinaistheworld’slargestmanufacturerofsolarcells,producing57.3%oftheglobalproductionin2007.However,nearly90%ofthesecellshavebeenexportedtoEuropeandtheUnitedStates.WritinginProgressinPhotovoltaics:ResearchandApplications,ateamofChinesescientistsexploretheimpactofnewtariffsimposedbybothofthesemarkets,andwhatneedstobedoneforChina’sdomesticelectricalgridtoreplacethesuddendropofexports.TheauthorsrevealthatwhileemergingAsianandAfricanmarketswillincreasedemand,onlyhalfofthecurrentsolarcellsmanufacturingcapacityislikelytosurviveby2020.
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用CNC创建可回收利用的高效太阳能电池
热度 3 zhpd55 2013-3-28 11:51
用CNC创建可回收利用的高效太阳能电池 诸平 ThisisaphotographofasolarcellfabricatedatGeorgiaTechonnanocellulosesubstratesderivedfromtrees. (PhotoCredit:CanekFuentes-Hernandez,GeorigiaTech) Enlarge GeorgiaTechhascreatedarecyclablesolarcellonnanocellulosesubstratesmadefromtrees.Alsopicturedarevialsthatcontainthedifferentpartsofthecellafteritwasdissolvedinwaterandtheorganicsolvent.Credit:CanekFuentes-Hernandez,GeorgiaTech 据物理学家组织网( Phys.Org ) 2013 年 3 月 26 日 报道,美国乔治亚理工学院( GeorgiaInstituteofTechnology )的科学家在来自树木的纳米纤维素基片上,创建了一种太阳能电池。——“ Treesusedtocreaterecyclable,efficientsolarcell ”。此种太阳能电池像树叶一样 , 可以捕捉阳光并把它转化成能源,其实制备这种太阳能电池的部分配件就来自树木。乔治亚理工学院和普渡大学( PurdueUniversity )的研究人员,使用从植物如树木中提取的天然底物,已经开发出高效太阳能电池。同样重要的是 , 通过在纤维素纳米晶体 ( CNC) 底质上造作太阳能电池 , 当他们的应用寿命到期后,可在水中快速进行回收,以减少环境污染。该技术是发表在由《自然》出版集团主办的开放获取( OA )期刊《科学报告》( ScientificReports )最新一期—— Recyclableorganicsolarcellsoncellulosenanocrystalsubstrates , ScientificReports;25March2013;Volume3,Issue1536 。 据报道,这种太阳能电池的转换效率已经达到 2.7%, 是来源于可再生原材料基质太阳能电池转化率前所未有的水平。在 CNC 底质上造作太阳能电池是光学透明 , 在被一种非常薄的有机半导体层吸收前,有利于太阳光穿过。在回收过程中,仅仅将太阳能电池沉浸在室温下的水中即可。几分钟内 ,CNC 底质溶解,而且很容易分离出太阳能电池的主要组件。 乔治亚理工学院 的工程学院教授 BernardKippelen 领导该项研究 , 并说道他的研究团队的项目打开了真正可回收利用、可持续、可再生太阳能电池技术之门。太阳能技术研究领域有机基质的开发和性能研究在不断进行改进,为工程师提供了未来应用的良好指示。 BernardKippelen 教授也是乔治亚理工大学有机光子学和电子学中心 (COPE) 主任。但有机太阳能电池必须是可回收的。否则我们只是解决一个问题 , 减少对矿物燃料的依赖 , 而创造另一种从可再生资源产生能量的技术,而且在其生命周期中不是一次性的终结,必须可以循环重复使用。 到目前为止 , 有机太阳能电池的制作通常是以玻璃或塑料作为底质材料。既不能进行回收,而且石油基塑料板底质并非环境友好。例如 , 如果在制造或安装玻璃底质的太阳能电池过程中,一旦破碎,无用的材料将很难进行处理。但是,如果是纸底质的太阳能电池就完全不同了,首先是纸质是一种环境有好材料 , 但纸质也显示出性能方面的局限性 , 因为其较高的表面粗糙度和孔隙度所致。但是 , 由木质制得的纤维素纳米材料是绿色的、可再生和可持续的材料,以此作为底质具有低的表面粗糙度,因为其厚度只有 2nm 。研究人员声称,他们下一步目标将是努力改善功率转换效率,争取超过 10%, 接近或者超过装配在玻璃或石油基板材上的太阳能电池转化效率的水平。该研究小组计划通过优化太阳能电池的电极的光学性能来达到这个目标。 参与此项研究的还有普渡大学( PurdueUniversity )材料工程学院副教授 JeffreyYoungblood 。他们已经向美国专利局提交了一项与此有关的专利申请。还有另一个使用天然产品创建纤维素纳米材料的积极影响,那就是美国林产品行业项目,有可能在未来 5 年,开始数千万吨的大规模生产。 上述的研究是 COPE的 最新项目 ,其目的就在于 研究印刷型电子产品的应用与开发。 2012 年该中心创造了有史以来首例完全塑料太阳能电池。更多信息请浏览: Recyclableorganicsolarcellsoncellulosenanocrystalsubstrates (2013-3-2721:13:43) http://www.sciencecodex.com/trees_used_to_create_recyclable_efficient_solar_cell-109262
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[转载]三种主要的薄膜太阳能电池 【转载】
zgsheng 2013-3-7 15:26
  单晶硅是制造太阳能电池的理想材料,但是由于其制取工艺相对复杂,耗能大,仍然需要其他更加廉价的材料来取代。为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池外,又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓 III-V 族化合物,硫化镉,碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。   上述电池中,尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但由于镉有剧毒,会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓 III-V 化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 砷化镓太阳能电池    GaAs 属于 III-V 族化合物半导体材料,其能隙为 1.4eV ,正好为高吸收率太阳光的值,与太阳光谱的匹配较适合,且能耐高温,在 250 ℃ 的条件下,光电转换性能仍很良好,其最高光电转换效率约 30% ,特别适合做高温聚光太阳电池。   砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同,砷化镓需要采用磊晶技术制造,这种磊晶圆的直径通常为 4—6 英寸,比硅晶圆的 12 英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台,同时砷化镓原材料成本高出硅很多,最终导致砷化镓成品 IC 成本比较高。磊晶目前有两种,一种是化学的 MOCVD ,一种是物理的 MBE 。 GaAs 等 III-V 化合物薄膜电池的制备主要采用 MOVPE 和 LPE 技术,其中 MOVPE 方法制备 GaAs 薄膜电池受衬底位错,反应压力, III-V 比率,总流量等诸多参数的影响。 GaAs (砷化镓)光电池大多采用液相外延法或 MOCVD 技术制备。用 GaAs 作衬底的光电池效率高达 29.5% (一般在 19.5% 左右) ,产品耐高温和辐射,但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。以硅片作衬底, MOCVD 技术异质外延方法制造 GaAs 电池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓,多晶砷化镓,镓铝砷 -- 砷化镓异质结,金属 - 半导体砷化镓,金属 -- 绝缘体 -- 半导体砷化镓太阳电池等。   砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备,有晶体生长法,直接拉制法,气相生长法,液相外延法等。由于镓比较稀缺,砷有毒,制造成本高,此种太阳电池的发展受到影响。除 GaAs 外,其它 III-V 化合物如 Gasb , GaInP 等电池材料也得到了开发。    1998 年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的 GaAs 太阳能电池转换效率为 24.2% ,为欧洲记录。首次制备的 GaInP 电池转换效率为 14.7% 。另外,该研究所还采用堆叠结构制备 GaAs , Gasb 电池,该电池是将两个独立的电池堆叠在一起, GaAs 作为上电池,下电池用的是 Gasb ,所得到的电池效率达到 31.1% 。   砷化镓( GaAs ) III-V 化合物电池的转换效率可达 28% , GaAs 化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感,适合于制造高效单结电池。但是 GaAs 材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用 GaAs 电池的普及。 铜铟硒电池   铜铟硒 CuInSe2 简称 CIC.CIS 材料的能降为 1.leV ,适于太阳光的光电转换,另外, CIS 薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此, CIS 用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。    CIS 电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜,铟和硒,硒化法是使用 H2Se 叠层膜硒化,但该法难以得到组成均匀的 CIS 。 CIS 薄膜电池从 80 年代最初 8% 的转换效率发展到目前的 15% 左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的 CIS 电池,其光电转换效率为 15.3% (面积 1cm2 ) 。 1995 年美国可再生能源研究室研制出转换效率 17.l% 的 CIS 太阳能电池,这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。预计到 2000 年 CIS 电池的转换效率将达到 20% ,相当于多晶硅太阳能电池。 CIS 作为太阳能电池的半导体材料,具有价格低廉,性能良好和工艺简单等优点,将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源,由于铟和硒都是比较稀有的元素,因此,这类电池的发展又必然受到限制。 碲化镉太阳能电池    CdTe 是 Ⅱ - Ⅵ 族化合物半导体,带隙 1.5eV ,与太阳光谱非常匹配,最适合于光电能量转换,是一种良好的 PV 材料,具有很高的理论效率( 28% ),性能很稳定,一直被光伏界看重,是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜,沉积速率也高。 CdTe 薄膜太阳电池通常以 CdS / CdT e 异质结为基础。尽管 CdS 和 CdTe 和晶格常数相差 10% ,但它们组成的异质结电学性能优良,制成的太阳电池的填充因子高达 F F =0.75 。   制备 CdTe 多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来,如近空间升华、电沉积、 PVD 、 CVD 、 CBD 、丝网印刷、溅射、真空蒸发等。丝网印刷烧结法:由含 CdTe 、 CdS 浆料进行丝网印刷 CdTe 、 CdS 膜,然后在 600 ~ 700 ℃ 可控气氛下进行热处理 1h 得大晶粒薄膜。 近空间升华法:采用玻璃作衬底,衬底温度 500 ~ 600 ℃ ,沉积速率 10μm/min. 真空蒸发法:将 CdTe 从约 700 ℃ 加热钳埚中升华,冷凝在 300 ~ 400 ℃ 衬底上,典型沉积速率 1nm/s. 以 CdTe 吸收层, CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构:减反射膜 / 玻璃 / ( SnO2:F ) /CdS/P-CdTe/ 背电极。电池的实验室效率不断攀升,最近突 16% 。 20 世纪 90 年代初, CdTe 电池已实现了规模化生产,但市场发展缓慢,市场份额一直徘徊在 1% 左右。商业化电池效率平均为 8%-10% 。   人们认为, CdTe 薄膜太阳电池是太阳能电池中最容易制造的,因而它向商品化进展最快。提高效率就是要对电池结构及各层材料工艺进行优化,适当减薄窗口层 CdS 的厚度,可减少入射光的损失,从而增加电池短波响应以提高短路电流密度,较高转换效率的 CdTe 电池就采用了较薄的 CdS 窗口层而创了最高纪录。要降低成本,就必须将 CdTe 的沉积温度降到 550 ℃ 以下,以适于廉价的玻璃作衬底;实验室成果走向产业,必须经过组件以及生产模式的设计、研究和优化过程。近年来,不仅有许多国家的研究小组已经能够在低衬底温度下制造出转换效率 12% 以上的 CdTe 太阳电池,而且在大面积组件方面取得了可喜的进展,许多公司正在进行 CdTe 薄膜太阳电池的中试和生产厂的建设。有的已经投产。   在广泛深入的应用研究基础上,国际上许多国家的 CdTe 薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。 1998 年美国的 CdTe 电池产量就为 0.2MW ,目前,美国高尔登光学公司 ( Golden Photo )在 CdTe 薄膜电池的生产能力为 2MW ,日本的 CdTe 电池产量为 2.0MW 。德国 ANTEC 公司将在 Rudisleben 建成一家年产 10MW 的 CdTe 薄膜太阳电池组件生产厂,预计其生产成本将会低于$ 1.4/W 。该组件不但性能优良,而且生产工艺先进,使得该光伏组件具有完美的外型,能在建筑物上使用,既拓宽了应用面,又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低。 BP Solar 公司计划在 Fairfield 生产 CdTe 薄膜太阳电池。而 Solar Cells 公司也将进一步扩大 CdTe 薄膜太阳电池生产。    CdTe 薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于 1993 年用升华法在 1cm2 面积上做出效率为 15.8 % 的太阳电池 ,随后,日本 Matsushita Battery 报道了 CdTe 基电池以 CdTe 作吸收层, CdS 作窗口层的 n-CdS/ P - CdTe 半导体异质结电池,其典型结构为 MgF2/ 玻璃 / SnO2:F/ n-CdS/ P- dTe/ 背电极,小面积电池最高转换效率 16% ,成为当时 CdTe 薄膜太阳能电池的最高纪录,近年来,太阳电池的研究方向是高转换效率,低成本和高稳定性。因此,以 CdTe 为代表的薄膜太阳电池倍受关注, Siemens 报道了面积为 3600cm2 电池转换效率达到 11.1% 的水平。美国国家可再生能源实验室提供了 Solar Cells lnc 的面积为 6879cm2CdTe 薄膜太阳电池的测试结果,转换效率达到 7.7% ; Bp Solar 的 CdTe 薄膜太阳电池,面积为 4540cm2 ,效率为 8.4% ,面积为 706cm2 的太阳电池,转换效率达到 10.1% ; Goldan Photon 的 CdTe 太阳电池,面积为 3528cm2 ,转换效率为 7.7% 。   碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低,目前,已获得的最高效率为 16% ,是应用前景最好的新型太阳电池,它已经成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。    CdTe 薄膜太阳电池较其他的薄膜电池容易制造,因而它向商品化进展最快。已由实验室研究阶段走向规模化工业生产。下一步的研发重点,是进一步降低成本、提高效率并改进与完善生产工艺。 CdTe 太阳能电池在具备许多有利于竞争的因素下,但在 2002 年其全球市占率仅 0.42 ﹪,目前 CdTe 电池商业化产品效率已超过 10 ﹪,究其无法耀升为市场主流的原因,大至有下列几点:一、模块与基材材料成本太高,整体 CdTe 太阳能电池材料占总成本的 53 ﹪,其中半导体材料只占约 5.5 ﹪。二、碲天然运藏量有限,其总量势必无法应付大量而全盘的倚赖此种光电池发电之需。三、镉的毒性,使人们无法放心的接受此种光电池。    CdTe 太阳能电池作为大规模生产与应用的光伏器件,最值得关注的是环境污染问题。有毒元素 Cd 对环境的污染和对操作人员健康的危害是不容忽视的。我们不能在获取清洁能源的同时,又对人体和人类生存环境造成新的危害。有效地处理废弃和破损的 CdTe 组件,技术上很简单。而 Cd 是重金属,有剧毒, Cd 的化合物与 Cd 一样有毒。其主要影响,一是含有 Cd 的尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成的危害;二是生产废水废物排放所造成的污染。因此,对破损的玻璃片上的 Cd 和 Te 应去除并回收,对损坏和废弃的组件应进行妥善处理,对生产中排放的废水、废物应进行符合环保标准的处理。目前各国均在大力研究解决 CdTe 薄膜太阳能电池发展的因素,相信上述问题不久将会逐个解决,从而使碲化镉薄膜电池成为未来社会新的能源成分之一。
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geminate recombination and non-geminate recombination
wangshu 2013-3-6 21:41
geminate recombination and non-geminate recombination in organic solar cells 有机太阳能电池中的孪生复合与非孪生复合 Below content was copied from Adv. Funct. Mater. 2013, DOI: 10.1002/adfm.201202643 "Nongeminate Recombination and Charge Transport Limitations in Diketopyrrolopyrrole-Based Solution- Processed Small Molecule Solar Cells" ============== Geminate recombination occurs when a coulombically bound electron-hole pair generated from absorption of a single photon recombines before the electron and hole can separate into free charge carriers. Nongeminate recombination is the recombination of free charge carriers and encompasses both trap-assisted and bimolecular mechanisms. Experimentally, geminate and nongeminate mechanisms can be distinguished by observing the timescale at which they occur and their dependence on carrier density. The probability of geminate recombination is independent of carrier density and geminate losses happen within nanoseconds of absorption. In contrast, nongeminate losses are carrier density dependent and typically occur after micro-to milliseconds when illumination conditions are comparable to 1 sun.
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[转载]多结太阳能电池转化效率超过50%
热度 1 zhpd55 2013-2-21 11:48
据物理学家组织网( Phys.org ) 2 013 年 2 月 20 日 报道,美国加州理工学院( California Institute of Technology )、美国国家标准技术局( National Institute of Standards and Technology )、马里兰大学( University of Maryland )、 美国波音-光谱实验室 (Boeing-Spectrolab Inc.) 的科学家联合开发出一种多结太阳能电池,其转化效率超过 50%,达到51.8%;而之前的3结太阳能电池的转化效率仅仅只有43.5% 。此项研究结果已经在一个月前(2013-01-22)在《应用物理快报》(APPLIED PHYSICS LETTERS)杂志网站发表,详见: http://doc.sciencenet.cn/DocInfo.aspx?id=16905 或者 Multijunction solar cell could exceed 50% efficiency goal February 20, 2013 by Lisa Zyga The new multijunction solar cell design has three subcells that each have different band gaps to absorb different parts of the solar spectrum. The scientists focused on improving the current match and the lattice match among the subcells to achieve the highest simulated efficiency for this type of solar cell to date. Credit: Marina S. Leite, et al. 2013 American Institute of Physics (Phys.org)—Scientists have designed a new multijunction solar cell that, in simulations, can achieve an efficiency of 51.8%. This high performance exceeds the current goal of 50% efficiency in multijunction solar cell research as well as the current world record of 43.5% for a 3-junction solar cell. http://phys.org/news/2013-02-multijunction-solar-cell-efficiency-goal.html#nwlt 相关博文: 转化效率突破50%的新型太阳能电池 20.4%:CIGS太阳能电池的转化效率又创世界新纪录 三层复合太阳能电池 创转换效率新记录 夹心式纳米结构太阳能电池,效率提高175% 高效率量子点太阳能电池,EQE=114% 18.2%:纳米结构太阳能电池转化效率的新突破 ZnO纳米线太阳能电池的最新进展 物理学家创石墨烯太阳能电池效率新纪录
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[转载]薄膜硅太阳能电池效率新纪录
zhpd55 2013-2-13 09:06
薄膜硅太阳能电池效率新纪录 据物理学家组织网( Phys.org ) 2013 年2 月12 日 报道,瑞士洛桑联邦理工学院( Ecole Polytechnique Federale de Lausanne , EPFL ) 微工程学研究所 ( IMT ) 的光电实验室 ( PV-Lab ) 是由阿尔温德 • 沙阿( Arvind Shah )教授创建于 1984 年,目前 Christophe Ballif 教授任所长,是开发 薄膜硅太阳能电池的著名先驱者,而且是在薄膜硅光伏 ( TF-Si PV ) 设备中使用微晶硅作为光敏材料的一种前体。由 Fanny Meillaud 博士和 Matthieu Despeisse 博士领导的研究小组对于单结微晶硅太阳能电池转化效率方面取得了不平凡的成就,使其转换效率达到了 10.7% 。 其转换效率在德国弗莱堡 ( Freiburg , Germany ) 弗劳恩霍夫 太阳能系统 研究所 (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ,简称 ISE CalLab PV Cells ) 也被得到证实 。 IMT 的博士生西蒙·汉尼( Simon Hnni )说 , 深刻理解最近几年已经得到的材料质量、高效光捕获以及电池设计 , 与精加工优化相结合是导致非凡的薄膜硅太阳能电池转化效率创世界纪录的关键所在。重要的是 , 使用过程可以向上扩展到模块级别。而基于晶体硅的标准晶片光伏技术吸收层厚度约 180 微米的模块,转换效率在 15% - 20% 之间 , 但是这里只有 1.8 微米的硅材料却可以达到 10.7% 的转化效率。即比常规的技术少使用晶体硅材料 100 倍 , 且电池的制造温度从未超过 200 ℃。 薄膜硅技术实际上提供了节约原材料的优势, 缩短投资回收期 , 从而允许模块生产价格降至 35 英镑 /m 2 达到标准屋顶瓦片价格水平。报告的进展对于进一步提高 TF-Si PV 设备效率和潜力是非常重要的 , 至少用一个微晶硅结来结合一个非晶硅结 , 形成多结设备以便能够广泛吸收太阳能。报告的记录效率显然表明 , TF-Si 多结设备的潜能可以被扩展为超过 13.5% 的转换效率,而且丰富和无毒的低成本原料使用量最少。
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全球太阳能电池产能过剩及其出路
mhchx 2013-1-25 17:07
全球太阳能电池市场规模为30吉瓦,而太阳能电池产能已经高达50吉瓦左右,明显处于供应过剩状态。2011年全球太阳能电池产量达32吉瓦,其中世界上排名前10位的主要太阳能企业太阳能电池产量所占比例合计为42.7%,各企业所占比例分别为:尚德电力(中国)6.4%、第一太阳能(美国/德国/马来西亚)6.2%、晶澳太阳能(中国)5.3%、英利绿色能源(中国)5.0%、天合光能(中国)4.7%、茂迪(中国/台湾地区)3.5%、阿特斯阳光电力(中国)3.3%、Sunpower (菲律宾/马来西亚)2.9%、昱晶能源(中国/台湾地区)2.7%与夏普(日本)2.7%。 产能过剩直接造成产量增加,从而导致供应过剩,进而造成太阳能电池价格下降。多晶硅模块现货价格2011年1月为每瓦约1.6美元,但在2012年11月已经低于0.7美元。虽然今后应该不会出现如此大幅度的降价,但只要多晶硅价格不暴涨,模块价格应该就不会超过1美元。 解决全球太阳能电池产能(产量)过剩只能通过调整生产,巩固已有市场及培育新兴市场,提高全球需求来解决。从市场动向来看,由于欧洲计划在2013 年调整固定价格收购制度等,因此2012年借助最后的临时需求,装机容量将基本持平。另外,中国、日本及美国市场开始形成。市场供求能否实现平衡,将取决于2013年欧洲市场减少部分能有多少被新市场所消化。 对于我国太阳能企业来说,要学会两条腿走路,一是巩固已有国外市场及开辟新的国外市场,二是培育与开拓国内市场,重点是抓住新型城镇化与农业现代化的契机,把目前太阳能生产与新兴市场需求有机结合起来,走出一条新兴产业的可持续发展之路。
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20.4%:CIGS太阳能电池的转化效率又创世界新纪录
zhpd55 2013-1-19 10:17
A new world record for solar cell efficiency January 17, 2013 Enlarge High-efficiency flexible CIGS solar cells on polyimide film were developed at Empa with a novel process. Credit: Empa 据 2013 年 1 月 17 日 PHYS.ORG 网站报道, Empa 开发出高效易弯曲的聚酰亚胺薄膜上的 CIGS 太阳能电池,其转化效率达到 20.4% ,又创世界新纪录,这项技术目前正在等待扩大为工业应用。有评论认为这项研究成果是一项 了不起的科学成就,它是由瑞士联邦材料科技实验所的科学家完成的。为了降低太阳能电力的成本,以便大规模推广应用, 全世界科学家和工程师一直试图开发一种低成本的太阳能电池 , 既高效又容易大批量制造。现在 Empa 的 薄膜和光电实验室,由 Ayodhya N. Tiwari 率领的 一个研究团队已经制得基于柔性聚合物底质的薄膜 CIGS 太阳能电池,而且使其转化效率达到 20.4% ,这是在近年来制得转化率最高的太阳能电池。 1999 年易弯曲 CIGS 太阳能电池的转化效率只有 12.8% ,但是这也是当时创世界纪录的最高转化效率; 6 年之后( 2005 年)转化效率达到 14.1% ,到 2010 年再创新高,转化效率达到 17.6% , 2011 年提高到 18.7% , 2013 年初再次提高到 20.4% 。可以看出 CIGS 太阳能电池转化效率的提高幅度是以加速度的方式不断向前迈进。 更多信息请浏览: http://phys.org/news/2013-01-world-solar-cell-efficiency.html#nwlt
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仿生学研究改进太阳能电池和锂离子电池性能
热度 1 zhpd55 2013-1-18 09:47
仿生学研究改进太阳能电池和锂离子电池性能
据《先进功能材料》( Advanced Functional Materials )网站 2013 年 1 月 16 日 发表的美国 加州大学 (University of California) 河畔伯恩斯工程学院( Riverside's Bourns College of Engineering )的助理教授 David Kisailus 等人与美国加州大学材料科学与工程项目组、先进显微镜和显微分析设备中心的研究人员合作研究,使用一种在加利福尼亚海岸发现的海生蜗牛的牙齿,建立了成本低和更高效的纳米尺寸的材料来提高太阳能电池和锂离子电池的转化效率。参加此项研究的还有哈佛大学 Wyss 生物启发工程研究所( Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard University )、 查普曼大学地球与环境科学学院( School of Earth and Environmental Sciences, Chapman University ) 以及布鲁克海文国家实验室( Brookhaven National Laboratory )美国国家同步光源研究组的科学家。这篇论文的焦点在于研究橡胶靴石鳖,这是一种最大类型的石鳖 , 它可以达到一英尺长。 研究人员沿着太平洋沿岸海洋从加州中部到阿拉斯加发现了这种橡胶靴石鳖。 它们具有一种类似于皮革的皮肤 , 通常是红褐色而且偶尔的也会出现橙色 , 所以给它起了一个绰号—— “ 徘徊之肉饼( wandering meatloaf )。随着时间的推移 , 石鳖已经进化到用齿舌吃生长在岩石上和岩石内的藻类,齿舌就像是口腔中具有带状结构的输送机,包含了 70 到 80 个并行排列的牙齿。 在吃食的过程中 , 前几排牙齿是用来研磨得到的藻类。 由于其 受到磨损 , 但是新的牙齿不断产生和进入到 “ 磨损区 ” 与牙齿脱落的速度是一样的。 David Kisailus 以自然现象 作为灵感设计下一代工程产品和材料 , 五年前就开始研究石鳖,因为他对耐磨材料和抗冲击材料很感兴趣。他先前一直认为 , 石鳖的牙齿包含了地球上已知的最硬的生物矿物磁铁矿 , 这是关键矿物 , 不仅使牙齿坚硬 , 而且具有磁性。在发表的文章中以 “ Cryptochiton stelleri 的齿舌牙齿的相转换和结构发育( Phase Transformations and Structural Developments in the Radular Teeth of Cryptochiton Stelleri )为论文标题进行了论述。 石鳖牙齿的形成机理和特殊性能是 令人难以置信的 , 因为所有这一切均在室温和环境条件下发生的 , 科研人员正是受到这种自然现象的启发,利用类似的策略来制造符合成本效益的纳米材料。 David Kisailus 等人他们汲取来自 石鳖牙齿形成的 生物矿化经验教训,在实验室来引导用于太阳能电池和锂离子电池的矿物质的形成和生长。通过控制工程纳米材料的晶体大小、形状和方向 , David Kisailus 坚信自己能够制备出使太阳能电池和锂离子电池更加高效运作的合适材料。换句话说 , 太阳能电池能够捕获更大比例的阳光 , 将光能更有效地转换成电能,使锂离子电池的充电时间可能会变得更短一些,使快速充电成为可能。使用石鳖牙齿模型的另一个优势就是工程纳米晶体的生长温度可以显著降低 , 这意味着将会显著降低生产成本。虽然 David Kisailus 目前的研究主要 集中在太阳能电池和锂离子电池方面 , 但是同样的技术也可以用于开发适合汽车和飞机使用的耐磨材料。此外 , 理解石鳖牙齿的形成和性质,可以帮助我们为创建更好的石油钻头和牙科钻头提供设计参数。
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转化效率突破50%的新型太阳能电池
热度 4 zhpd55 2013-1-17 18:37
Triple-junction solar cell design could break 50 percent conversion barrier By Jason Falconer January 16, 2013 据美国海军研究实验室( Naval Research Laboratory ) 2013 年 1 月 16 日 发布的消息,多国科学家合作已经成功地设计出多层太阳能电池,每一层分别吸收不同波长的阳光,这种新结构设计,可突破 50% 转换障碍而实现最大转化效率。 当前三结太阳能电池( triple-junction solar cell )转化效率的世界纪录为 44%, 但美国海军研究实验室( Naval Research Laboratory , NRL) 、伦敦帝国理工学院( Imperial College of London )以及 MicroLink 设备公司( MicroLink Devices Inc. )的研究人员合作已经研制出多结光伏电池的设计 , 在聚光太阳能照射下可以使转换效率突破 50% 。目前 , 传统硅太阳能电池最好的例子其最高转化效率约为 25%, 而多结太阳能电池已经获得了超过 40% 的转化效率。多结太阳能电池包含几层半导体材料,将其逐个堆叠起来 , 每一层用于吸收不同波长的光线 , 从而提高他们的转化效率。在顶部的是高带隙半导体材料,吸收短波长的辐射 , 而长波长的光线是由下层来吸收。新型多结太阳能电池设计的关键是确定被称为 “InAlAsSb 的四元合金材料 ” 作为一个高带隙材料,可以生长出与磷化铟 (InP) 衬底的晶格相匹配的晶体。用于该合作研究团队的多结太阳能电池的合金材料可以达到 1.8 eV 的最大直接带隙 , 这比常用材料的带隙更宽,当晶格与 InP 晶格匹配时 , 会导致最大带隙达到 1.4 eV 。美国 NRL 的研究物理学家 Robert Walters 博士说,他们研究设计出了一种新型、实际可行、晶格匹配的多结太阳能电池 , 在聚光照射条件下,有可能突破 50% 的转换效率。 NRL 、 MicroLink 公司 , 罗切斯特理工学院( Rochester Institute of Technology )将在未来三年内开发这项技术,有望获得美国能源部和 能源部先进研究计划署 (ARPA-E) 的资金支持,但是作为私人投资项目还为时过早。
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有机太阳能电池研究的新思路
热度 1 zhpd55 2013-1-9 09:05
有机太阳能电池研究的新思路
据 PHYS.ORG 网站 2013 年 1 月 7 日 报道,美国北卡罗来纳州立大学 (North Carolina State University) 物理系和英国剑桥大学卡文迪什实验室( Cavendish Laboratory, University of Cambridge )以及澳大利亚莫纳什大学( Monash University )材料工程系的研究人员合作研究发现,可以采用另外一种方法来使有机太阳能电池的转化更有效,生产成本更低。 太阳每年照射到地球陆地表面的能量数量,大约是人类每年使用能量的 3000 倍。但与化石燃料能源相竞争的光伏设备,必须通过特定的有效措施将阳光转换为电能。就聚合物基有机光伏电池而言 , 比硅基太阳能电池的制造成本更廉价,科学家们一直认为 , 高效率的关键在于聚合物 / 有机太阳能电池的受体和供体区域的纯度。然而,现在一种替代并可能更容易的路线已经摆在面前。 利用 美国伯克利实验室的先进光源 (ALS), 也是供研究使用的一种 x 射线和紫外线光束的最初来源,一个国际性的科学家联合小组研究发现 , 高效聚合物 / 有机光伏电池的尺寸大小非常重要。北卡州立大学( North Carolina State University )的物理学家,也是这项研究的领导者 哈拉尔德 · 艾德 ( Harald Ade )说,他们的 研究已经表明 , 如果制得足够小但不是很纯的区域也能导致改进聚合物基有机光伏电池的性能。似乎有一个折中的办法来提高有机太阳能电池的转化效率 ,因为区域的大小和超高纯度相比较,则区域的大小应该更容易控制。 哈拉尔德 · 艾德是 ALS 的一个长期使用者 , 也是在 Advanced Energy Materials 杂志发表论文的 作者之一,其中合作者除了美国北卡州立大学的研究人员之外,还有英国剑桥大学卡文迪什实验室以及澳大利亚莫纳什大学的研究人员。合作研究论文标题为: Absolute Measurement of Domain Composition and Nanoscale Size Distribution Explains Performance in PTB7:PC 71 BM Solar Cells 。 众所周知,形态学对于有机太阳能电池性能的影响非常重要,但是迄今为止,定量化、纳米级以及统计形态学信息的缺乏阻碍了直接获得将其与设备功能链接的信息。 哈拉尔德 · 艾德等人在他们的论文中将 谐振 x 射线散射和显微镜检查相结合,用于定量测量基于 PTB7 和 PC 71 BM 的 高效太阳能电池纳米级区域大小、分布和组成。结果表明 , 溶剂添加剂二碘辛烷( diiodooctane ) 显著使纯富勒烯团聚体的区域减小,而这些团聚体则内嵌在一种富聚合物 70/30 wt.% 分子混合基质之中 , 同时保护区域组成与无含添加剂的设备没有任何异样。物种之间的基本可混合性很可能就是整体形态学背后的主导因素,用添加剂使过多的富勒烯分散。更多信息请浏览: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201200377/abstract http://phys.org/news/2013-01-path-efficient-solar-cells-uncovered.html#nwlt
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[转载]光纤太阳能电池:能做衣服的电池
yinlifeng 2012-12-12 11:39
近日,一个由世界各国工程师、物理学家和化学家组成的团队取得了一项科研新进展,他们制出了世界首款光导纤维太阳能电池。这些光导纤维的直径比人的头发丝还要细,而且柔软可弯曲,同时也具备太阳能电池的发电能力。美国军方已经对这款奇妙的产品产生了兴趣,准备将其作为军用服装的混织纤维。这样一来,未来的美国大兵很可能就是穿着一身电池上战场了。 可弯曲的光纤太阳能电池 从本质上说,这款现代感十足的太阳能电池其实就是玻璃质光纤,科学家们使用高压化学气相沉积技术,将n、i、p型非晶硅植入光纤,给这根光纤赋予了太阳能电池的功能。从功能上说,植入了非晶硅的光纤和普通太阳能电池并无不同,都是通过光生伏打效应产生电能。不同之处在于,人们在制造传统太阳能电池时将非晶硅附在平面玻璃基板之上,制成产品自然与玻璃一样坚硬;而光导纤维太阳能电池在植入硅时突破了平面的限制,也因为材料的不同获得了柔软的特性。 该科研团队带头研究人员,来自宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)的约翰·贝丁(John Badding)对外表示,他们已经制成了“数米长的光纤太阳能电池”,并且他们的新技术能够制备“十米以上长度的光纤太阳能电池”。如果光纤太阳能电池的长度能达到这个量级的话,剩下的问题就是将其织入织物之中了。贝丁表示,美国军方对于在军用衣物中使用该材料、给士兵配备可穿戴式电源很感兴趣,但遗憾的是我们还没能看到混织光纤太阳能电池的织物。虽然从图中我们可以确定这种材料的可塑性,不过谁也不能保证它是否能够承受每日穿戴的磨损,能不能够做到高效耐用。 光纤太阳能电池中的三层非晶硅 当然光纤太阳能电池的应用空间是广大的,如果我们的帽子或是T恤由这种材料制成,“用衣服给手机充电”就不再是无稽之谈。如今生物仿生移植技术正在兴起,这些生物医学设备也都面临着难以供能的问题,而光纤太阳能电池打造的可穿戴电源就提供了理想的解决方案。 这些光纤太阳能电池还有很多值得我们探讨的迷人功能。正因为它突破了平面的硅附着方式,所以这种太阳能电池没有正反面之分,任何角度的光照都能产生电能,也不会随着光照角度的变化而衰减效率。此外,科研小组的另一位成员皮尔·萨奇奥(Pier Sazio)透露,他们还使用相同的办法成功将光电探测器植入光纤之中,这意味着什么呢?没有人知道。但如果我们大胆想想的话,你会看到一台可穿戴的计算机设备,完全无需外界供能,而且,网速还很快。
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夹心式纳米结构太阳能电池,效率提高175%
zhpd55 2012-12-7 18:30
夹心式纳米结构太阳能电池,效率提高175%
据 PHYSorg.com 网站 2012 年 12 月 6 日 报道, 美国 普林斯顿大学 ( Princeton University ) 的研究人员已经发现了一个简单 而 经济的方式 ,可以使 有机太阳能电池的效率增加近两倍(175%) ,其中使用的材料是 廉价的塑料 和金属 , 这种新型的“三明治”式纳米结构太阳能电池, 许多科学家认为可能是未来的太阳能。 这种夹心式的太阳能电池的关键技术,是可以有效抑制反光,可以使 96% 的太阳光被吸收,反射光在 4% 左右。与 传统太阳能电池相比较,光电转化效率会高出 52% 。更多信息请浏览: http://phys.org/news/2012-12-nanostructures-triple-solar-cells-efficiency.html#nwlt Journal reference: Optics Express Provided by Princeton University
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三层复合太阳能电池 创转换效率新记录
热度 1 zhpd55 2012-12-7 09:21
三层复合太阳能电池 创转换效率新记录
据 PHYSorg.com 网站 2012 年 12 月 5 日 报道,夏普公司( Sharp Corporation )已经研发出一种三层太阳光吸收融为一体的太阳能电池,使太阳能转化效率达到又一个新高度即 37.7% ,成为目前世界上最高转换效率的太阳能电池。夏普公司的这项最新突破是日本新能源和工业技术发展组织( Japan 's New Energy and Industrial Technology Development Organization ,简称 NEDO )太阳能电池研发创新计划研究成果的一部分。太阳能转化效率的测量结果显示, 37.7% 的转化效率已经开创了一个世界最高的太阳能转换效率的新纪录 , 这一结果也得到了日本国家先进工业科技研究所 (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology ,简称 AIST) 的证实。该太阳能电池由三层阳光吸收层组成,顶层是 InGaP (磷化铟镓),主要吸收波长为 300-700nm 的阳光;而底层是 InGaAs (砷化铟镓), 主要吸收波长为 900-1300nm 的阳光 ;中间层是 GaAs (砷化镓),主要吸收波长为 700-900nm 的阳光,各层之间由隧道结隔开,隧道结其实就是一种半导体结,就像金属一样起传导电流的作用。详见图示。
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太阳能电池早期研究的启示
热度 4 BaoHaifei 2012-12-4 12:31
太阳能电池早期研究的启示 鲍海飞 2012-12-4 在五十年代初,由于需要给电话系统供电,常规的干电池在稍微恶劣的环境下就不能工作,致使贝尔实验室决定寻找新的出路。于是让 Daryl Chapin, Calvin Fuller, Gerald Pearson 等人来解决这一问题。看了贝尔实验室在早期五十年代、六十年代的研究,或许能给我们一些启发和教益。 作为一个课题负责人,即要身先士卒,把握好方向,又要有预见性! Chapin 在这一点上是做到了,而且做得很成功。 Chapin 是该项目的课题负责人,在实验中一直是身先士卒的,直接在第一线从事薄膜制备、掺杂实验、以及电极等工艺制造。虽然他进行的实验不成功,但是却从实验中发现了失败的原因:金属电极和半导体之间粘附性能不好,即影响导电特性;以及在掺杂锂 - 镓的硅电池中 p-n 结不稳定,而且 pn 结会向体内移动,这将影响光的吸收和光电转换效率。他由此提出了重要的解决问题的想法,并向 Fuller 求助,提出要制造稳定的、浅的 pn 结以增强光的吸收。 Pearson 的另外一个预见是,即在 Pearson 初步试验成功后,采纳了 Pearson 使用硅的建议,这保证了研究方向的正确性;随后立即计算了硅中太阳能到电能的转换效率,计算的结果是 23% ,与现在单晶硅的效率在 18%-24% 惊人的一致!其预言真的很准!这应该与他深厚的物理功底基础应该有关。 Pearson 在 硅上的初步试验成功,即有偶然性又有确定性!偶然性是其初步试验就获得了成功,这隐含着该方法和该材料体系的可行性;其确定性是硅的光电转换效率居然还很好,而且即使今天依然是最主要的基底材料。说它是偶然性,还因为其后无论 Chapin 试验怎样进行,都没有取得成功。但 Pearson 最大的贡献却是其初步试验即获得了成功,因此建议 Chapin 在硅上进行实验,而不是在 Se 上,由此确定了硅基太阳能电池的正确研究方向。 无疑, Fuller 的工作是相当完美的并具有决定性的。他不愧为是个出色的化学家,他实现了工艺的重大突破,开发了一套非常实用的制造完美的 pn 结工艺。在当时,已经有几个实验室已经在制造 pn 结,但是一般都采用的是提拉法工艺技术,而 Fuller 采用的是薄膜的热沉积方法,即今天所广泛使用的方法。由此,解决了了金属电极粘附不牢的问题,以及制造出稳定的 pn 结,实现了较高的光电转换效率。有报道说当时的转换效率达到 10% ! Fuller 在整个项目中起到了决定性的一锤定音的作用。 综上一段简单的历史,在历时两年的时间内,贝尔实验室的三个科研人员就完成了划时代的光电革命,让我们看到一个项目的真正研发历程。他们的成功与他们的各自专业紧密相连,又与彼此之间精诚合作和交流分不开的。最重要的是,他们地位平等,可以无拘无束地交流和沟通,由此能够碰撞出灵感的火花。作为项目组的负责人, Chapin 能够身先士卒,而非纸上谈兵,在实验中起到了引领和预见性的作用;而 Fuller 和 Pearson 出色的实验则为项目的完成奠定了坚实的基础,同时成为今天广泛采纳的半导体平面沉积工艺,他们的工作无疑是具有划时代的历史意义,在人类历史上留下了光辉的一页! 相反,现在的大学和院所的科研,大部分是一个教授带领几个弟子,属于 ‘ 母鸡孵蛋式 ’ 的科研体系。在那样早的时代,在半导体工艺和器件制造等方面,贝尔实验室都做出了相当杰出的工作,他们的研究之路始终是我们的一个榜样。 附录 1 :阳光从这里照耀 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=632439 附录 2 :阳光从这里照耀。 http://blog.sciencenet.cn/blog-278905-633985.html 附录 3 :太阳能电池早期研究的一段历史 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=636338 附录 4 :太阳能电池早期研究的一段历史 (4) http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spacecpac=blogblogid=637404op=edit
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[转载]太阳能电池早期研究的一段历史(4)
yangcbxue 2012-11-29 15:22
太阳能电池早期研究的一段历史(4) 精选 已有 236 次阅读 2012-11-29 12:33 | 个人分类: 科普 | 系统分类: 科普集锦 | 关键词:太阳能电池 历史 style 太阳能电池早期研究的一段历史 (4) 鲍海飞 编译 2012-11-29 太阳能早期的研究历史,让我们看到科学研究每向前迈进一小步,都是多么地艰辛!同时又要面临着对手的竞争和压力!让我们继续往下看。 面对 RCA 公司 (Radio Cooperation of America , 1919-1986 年 ) 的成功展示,使得贝尔实验室的管理层压力倍增,于是下令加速太阳能的研究并要制造出些新玩意( RCA’s success stirred management at Bell Laboratories to pressure the solar investigators to hurry up and produce something newsworthy. )。你瞧瞧,是 stirred! 是搅乱,这就意味着闹心!而就在这一段时间,对他们来说,幸运地是, Fuller 老兄一直在实验室里摸爬滚打,已经探索出一套如何制造更为有效的太阳能电池制作工艺的新路子。他按照 Chapin 所设计最优的硅电池模型,将硅片切成窄而长的条形。然后开始了一条完全不同的加工制造方法和过程。他先往纯硅里掺杂了微量的砷而使硅首先变成了 n 型,而不是在硅中掺杂了镓变成 p 型。然后,将掺杂砷的硅片放入到高温炉中又扩散了一层硼。这样,就引人非常薄的一层硼,即制作出了 pn 结!同时该结又非常靠近硅表面。这样,贝尔实验室终于克服了重重困难和障碍,制作出了具有良好电接触的基于硼 - 砷的硅太阳能电池了。事实上,现在的半导体工艺也正是基于此! 按照 Fuller 新方法制作的太阳能电池,其效率要比以前的太阳能电池高很多,其中有一块太阳能电池的性能要远远超过比其它的器件,达到了 Chapin 所设定的预期目标,即 6% 的转换效率。还有一种说法,是达到了 10% 的效率。到此,负责人 Chapin 才有信心把实验室制作的太阳能电池“可以作为基本电源使用的功率电池了”。当确信成功之后,贝尔实验室把模块整合在一起,准备向世人宣布他们激动人心的突破。 1954 年 4 月 25 日 ,贝尔实验室的首席执行官们召开了一个新闻发布会,会上,他们利用贝尔实验室自己研发的太阳能电池为动力给一台收音机供电,收音机里面播放着动听的音乐。一名记者认为非常有必要向公众播报这条重要的消息:“与电紧紧地联系在一起,贝尔实验室能够利用太阳发电,产生的电达到每平方码 50 瓦,而最近的 RCA 公司在同样的面积上只达到百万分之一瓦。”美国的 U.S. News World Report 预言,这种硅条带“将来有一天,要比煤炭、石油和铀能够提供更多的能量。” The New York Times 对 Chapin , Fuller 和 Pearson 等人所取得的工作做了很好的总结,在 1954 年 4 月 26 日 ,即发布会的第二天的一期上报道声称,所构建的太阳能模块能够产生足够的功率,这标志着“一个新世纪的开始,最终导致人类梦寐以求的愿望实现 ----- 几乎可以无限制地从太阳上获取能量为人类文明而使用。” 在 1954 年那个年代,人们甚至不能把太阳能电池转化出一瓦特的电用来运转机器。而近,在持续 50 多年的硅及其他光伏材料的研究和发展后,这就是你们将要看到的模样了。今天,已经有十亿瓦太阳能电池产生的功率用于推动卫星以及其他现代生活,以确保船只、火车等的运行,并带来充足的水、光明,以及电话服务,以至于在其它很多从来没有应用过的场合下使用,提供的清洁能源早已经并入电网。 在过去的十年里( 2004 年之前),每年太阳能的市场都增长 20-25% ,按照 Solarbuzz 的统计 , 国际太阳能电能工业每年都要有 30 − 30- 40 亿美元的收入。 在贝尔实验室先驱 Chapin,Fuller,Pearson 等人工作的激励下,从太阳能到电能的转换已近实现,但革命性的胜利依然没有取得,在下一个 50 年,我们甚至难以想象在世界范围内我们将如何使用和充分利用太阳能电池。 回顾这段历史,我们看到这三位科学家在工作时间只有两年零两个月之内就完成了这么一个重要的工作!他们对社会最大的贡献是制作了硅电池板,并将太阳能产业市场化了。 编译来自:《 The Silicon solar cell turns 50 》 , by John Perlin. 附录 1 :阳光从这里照耀 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=632439 附录 2 :阳光从这里照耀。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=632439 附录 3 :太阳能电池早期研究的一段历史 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=636338 本文引用地址: http://blog.sciencenet.cn/blog-278905-637404.html
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太阳能电池早期研究的一段历史(4)
热度 4 BaoHaifei 2012-11-29 12:33
太阳能电池早期研究的一段历史 (4) 鲍海飞 编译 2012-11-29 太阳能早期的研究历史,让我们看到科学研究每向前迈进一小步,都是多么地艰辛!同时又要面临着对手的竞争和压力!让我们继续往下看。 面对 RCA 公司 (Radio Cooperation of America , 1919-1986 年 ) 的成功展示,使得贝尔实验室的管理层压力倍增,于是下令加速太阳能的研究并要制造出些新玩意( RCA’s success stirred management at Bell Laboratories to pressure the solar investigators to hurry up and produce something newsworthy. )。你瞧瞧,是 stirred! 是搅乱,这就意味着闹心!而就在这一段时间,对他们来说,幸运地是, Fuller 老兄一直在实验室里摸爬滚打,已经探索出一套如何制造更为有效的太阳能电池制作工艺的新路子。他按照 Chapin 所设计最优的硅电池模型,将硅片切成窄而长的条形。然后开始了一条完全不同的加工制造方法和过程。他先往纯硅里掺杂了微量的砷而使硅首先变成了 n 型,而不是在硅中掺杂了镓变成 p 型。然后,将掺杂砷的硅片放入到高温炉中又扩散了一层硼。这样,就引人非常薄的一层硼,即制作出了 pn 结!同时该结又非常靠近硅表面。这样,贝尔实验室终于克服了重重困难和障碍,制作出了具有良好电接触的基于硼 - 砷的硅太阳能电池了。事实上,现在的半导体工艺也正是基于此! 按照 Fuller 新方法制作的太阳能电池,其效率要比以前的太阳能电池高很多,其中有一块太阳能电池的性能要远远超过比其它的器件,达到了 Chapin 所设定的预期目标,即 6% 的转换效率。还有一种说法,是达到了 10% 的效率。到此,负责人 Chapin 才有信心把实验室制作的太阳能电池“可以作为基本电源使用的功率电池了”。当确信成功之后,贝尔实验室把模块整合在一起,准备向世人宣布他们激动人心的突破。 1954 年 4 月 25 日 ,贝尔实验室的首席执行官们召开了一个新闻发布会,会上,他们利用贝尔实验室自己研发的太阳能电池为动力给一台收音机供电,收音机里面播放着动听的音乐。一名记者认为非常有必要向公众播报这条重要的消息:“与电紧紧地联系在一起,贝尔实验室能够利用太阳发电,产生的电达到每平方码 50 瓦,而最近的 RCA 公司在同样的面积上只达到百万分之一瓦。”美国的 U.S. News World Report 预言,这种硅条带“将来有一天,要比煤炭、石油和铀能够提供更多的能量。” The New York Times 对 Chapin , Fuller 和 Pearson 等人所取得的工作做了很好的总结,在 1954 年 4 月 26 日 ,即发布会的第二天的一期上报道声称,所构建的太阳能模块能够产生足够的功率,这标志着“一个新世纪的开始,最终导致人类梦寐以求的愿望实现 ----- 几乎可以无限制地从太阳上获取能量为人类文明而使用。” 在 1954 年那个年代,人们甚至不能把太阳能电池转化出一瓦特的电用来运转机器。而近,在持续 50 多年的硅及其他光伏材料的研究和发展后,这就是你们将要看到的模样了。今天,已经有十亿瓦太阳能电池产生的功率用于推动卫星以及其他现代生活,以确保船只、火车等的运行,并带来充足的水、光明,以及电话服务,以至于在其它很多从来没有应用过的场合下使用,提供的清洁能源早已经并入电网。 在过去的十年里( 2004 年之前),每年太阳能的市场都增长 20-25% ,按照 Solarbuzz 的统计 , 国际太阳能电能工业每年都要有 $30-$40 亿美元的收入。 在贝尔实验室先驱 Chapin,Fuller,Pearson 等人工作的激励下,从太阳能到电能的转换已近实现,但革命性的胜利依然没有取得,在下一个 50 年,我们甚至难以想象在世界范围内我们将如何使用和充分利用太阳能电池。 回顾这段历史,我们看到这三位科学家在工作时间只有两年零两个月之内就完成了这么一个重要的工作!他们对社会最大的贡献是制作了硅电池板,并将太阳能产业市场化了。 编译来自:《 The Silicon solar cell turns 50 》 , by John Perlin. 附录 1 :阳光从这里照耀 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=632439 附录 2 :阳光从这里照耀。 http://blog.sciencenet.cn/blog-278905-633985.html 附录 3 :太阳能电池早期研究的一段历史 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=636338
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太阳能电池早期研究的一段历史
热度 2 BaoHaifei 2012-11-26 12:30
太阳能电池早期研究的一段历史 鲍海飞 编译 2012-11-26 人一生没有对手,也许是个遗憾,也许是件幸事。对手会让你焦虑不安,对手也会让你精神振奋。 在早期电池的研究历史上,将太阳能转变到电能上只是其中的一种方式,利用同位素的核电辐射转换是另外一种主要方式,在五十年代的初期,贝尔实验室就面临着一个强有力的对手。 就当贝尔实验室 Chapin 等人的工作停滞不前的时候,却传来了贝尔实验室竞争对手的好消息。贝尔实验室的竞争对手就是前大名鼎鼎的 RCA 公司 (Radio Cooperation of America , 1919-1986 年 ) , RCA 实验室宣布了他们实验室的科学家已经制造了原子核驱动的硅电池,取名原子电池 (Atomic Battery) 。在五十年代, RCA 公司主要研究如何从原子能中获取电能,为收音机和助听器等电子设备使用。该项目的研发恰好与美国和平利用原子能项目同步 (America’s Atom’s for Peace program) ,因此,它促进了世界范围内原子能的使用。但是该原子电池不是使用阳光,而是利用锶 -90 辐射的光子。原子电池的转换效率一般在 0.1-5% 之间。而锶 -90(Strontium-90) 被认为是原子核废料中较为有毒的成份。为了宣传其发明, RCA 公司决定在纽约举办一次盛大的展示活动。 RCA 公司的奠基人和负责人, David Sarnoff ,最初是一个电报员 , 由于其向世人宣布泰坦尼克沉船的消息而著名。在此处展会上,他在一台老式的由原子电池驱动的电报机上打出了这样几个字“ Atoms for Peace ”。美国人总是能够说出一些这类让人铭记的话! 按照 RCA 公司的说法,终究有一天,每一个家庭、汽车和电车等都能够由原子核反应堆中所产生的锶 -90 废弃物所制造的原子电池来驱动工作。但是在展示的当天,人们始终没有提出一个应该提出的疑问:在 Sarnoff 的展示实验过程中,为什么房间的窗帘一直是关闭的?多年以后,一位参与该项目的科学家讲述了其中余下的故事:“如果把原子电池暴露在阳光下,太阳光本身的辐照在原子电池上所产生的功率将远远超过锶 -90 所产生功率。并且,若是把原子核组件移走(移走锶 -90 ),让太阳光照射进房间,原子电池将继续工作。而 RCA 公司的负责人却扬言:“谁关心太阳能?( Who cares about the solar energy? )”;“看!这是我们的核废弃物换能器,将来只有这东西才能抓住公众、报纸和科学界的关注。” 这次活动, RCA 公司的确向媒体做了一个十分精彩的展示。比如在事后,纽约时报 (The new York Times) 就赞誉 Sarnoff 的‘预言性的 (prophetic) ’展示,并且预言将来有一天,由原子电池提供的电能够供给助听器和手表等,并将能够终生为人使用等。 写到这里,几乎让我惊出了一身汗,有几句话不说出来,憋在心里越觉难受。历史是一面多么可怕的镜子。为什么人们经常会说:当初如果那样那样的话,历史就将重写!但是这世间真的没有如果!本来‘这个可以有!’其实,这里已经透露出 RCA 公司研发的一个重大秘密: RCA 公司已经研制出了硅太阳能电池!但是为了他们公司自己的某种利益,于是只能‘弃了西瓜,捡了芝麻’,不过也许是他们为了套取更大的利益,不得不‘吞下苦果’、‘含恨’不提硅光电池!看来每个成功的故事背后似乎也都隐藏着另外一个秘密。由此,他们的公司、他们的科技人员得到了什么?又失去了什么?似乎一切都在不言中,又似乎一言难尽。至少,硅光电池的发明人也许不是今天这几个人了。这也验证了英语中的一句谚语‘壁橱中的骷髅( A skeleton in the cupboard )’。谁知道呢? 然而,面对 RCA 公司的咄咄逼人,贝尔公司又将如何应对呢? 附录 1 :阳光从这里照耀 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=632439 附录 2 :阳光从这里照耀。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=278905do=blogid=632439
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鲍哲楠:首例全碳太阳能电池问世
热度 3 zhpd55 2012-11-2 10:40
鲍哲楠:首例全碳太阳能电池问世
据 ACS Nano 网站 2012 年 10 月 31 日 的报道 , 美国斯坦福大学化工系( Department of Chemical Engineering, Stanford University )鲍哲楠( Zhenan Bao )等人和美国 罗彻斯特大学物理和天体物理系( Department of Physics and Astrophysics, University of Rochester )的研究人员合作 , 成功地研制出首例全碳太阳能电池 —— Marc P. Ramuz † , Michael Vosgueritchian † , Peng Wei †, Chenggong Wang §, Yongli Gao §, Yingpeng Wu , Yongsheng Chen , and Zhenan Bao † * . Evaluation of Solution-Processable Carbon-Based Electrodes for All-Carbon Solar Cells , DOI: 10.1021/nn304410w . 这种全碳太阳能电池是由吸收阳光的光敏层以及 2 个电极将其夹在中间构成的。斯坦福大学化学工程系资深作者鲍哲楠教授说: “ 碳有潜力提供高性能低成本的太阳能电池 , 据我们所知 , 这是首例展示的一个全碳太阳能电池 , 所有的部件都是由碳制成。本研究是建立在我们的实验室以往工作的基础上。 ” 与那些安装在屋顶的许多刚性硅太阳能电池板不同,斯坦福大学和 罗彻斯特大学 科研人员研制的薄膜型有太阳能电池是由碳材料组成,而碳材料可以从溶液中进行涂饰。鲍哲楠教授说: “ 也许在未来我们就可以在市场上看到灵活的碳太阳能电池装饰在建筑物表面、窗户上或者汽车上来发电。 ” 参与此研究的斯坦福大学研究生 Michael Vosgueritchian 和博士后研究员 Marc Ramuz 也谈到,涂饰技术还有可能降低其制造成本。 Michael Vosgueritchian 解释说,硅基太阳能电池的加工程序繁杂而冗长,但是全碳太阳能电池的制作过程仅仅是简单的涂饰而已,不需要昂贵的工具和设备。 Phys.org 网站上有一段 斯坦福大学鲍哲楠教授谈论碳太阳能电池研究的视频。有兴趣的读者可以观赏。 鲍哲楠研究小组研制的全碳实验太阳能电池是由一个吸收阳光的光敏层和将其夹在中间的两个电极构成。一个典型的薄膜太阳能电池 , 电极是由导电金属和铟锡氧化物 (ITO) 组成,像铟这样的材料稀缺,而且价格不断飙升,导致太阳能电池、触摸屏面板以及使用到这类金属的其他电子设备的成本居高难下。而碳则完全不同,不仅生产成本低廉,而且资源丰富。 在这项研究中 , 鲍哲楠和她的同事采用石墨烯薄片(仅有一个原子的厚度)取代了常规太阳能电池使用的银和 ITO 电极 , 同时还使用了仅有人头发万分之一的特细单壁碳纳米管。而碳纳米管具有非凡的导电性和光吸收特性。对于活跃层而言 , 科学家使用的材料由碳纳米管和 “ 巴基球 ” 即直径只有一个纳米的足球形的碳分子组成。该研究小组最近对于整个装置已经申请了专利。研究人员声称,他们研制的太阳能电池的每一个组件全部是由碳材料组成的 , 与其他研究小组的研究成果不同,他们虽然也称其为全碳太阳能电池 , 但他们是指中间的活跃层是由碳构成 , 而电极则不是。 全碳原型太阳能电池的一个缺点就是 , 它主要吸收近红外波长的光 , 导致实验室的效率不足 1% ,远低于商用太阳能电池的转换效率。但是,鲍哲楠说: “ 在提高光电转化效率方面,我们显然还有很长的路要走 , 但有更好的材料和更好的处理技术 , 我们预料效率将会显著提高的。 ” 斯坦福大学的研究团队正在寻找各种方法来提高全碳太阳能电池的光电转化效率。鲍哲楠说: “ 粗糙度可导致短路,难以收集到电流 , 我们必须找出如何使每一层堆积的纳米材料具有非常光滑的有效方法。 ” 研究人员也在尝试在一个广泛的波长之内(包括可见光)可以吸收更多光的碳纳米材料。由碳组成的材料非常强健,就是在气温接近 1100 ℉ 的条件下 仍然很稳定。因此研究人员相信全碳太阳能电池可以用来在极端环境中 , 比如在高温下或高压力条件下。这种全碳太阳能电池,具有了在极端条件下传统设备不具有的优势,就是光电转化效率有待提高。光电未来肯定会成为我们能源供应的一个非常重要的来源 , 因为阳光用之不竭,我们必须找出一些方法来利用这种自然资源 , 这也是科学家苦苦追求的目标。更多信息请浏览 : http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn304410w?journalCode=ancac3
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高效率量子点太阳能电池,EQE=114%
热度 2 zhpd55 2012-10-30 17:25
2012 年 10 月 26 日 e! Science News 网站报道了科学家已经演示了 高效量子点太阳能电池( Scientists demonstrate high-efficiency quantum dot solarcells ),而且新近的研究显示新开发的太阳能电池可能很快超越传统的光伏技术。来自美国国家可再生能源实验室 (NREL) 的科学家,演示了首例在太阳能范围之内,具有外部量子效率 (EQE) 超过 100% 的太阳能电池。所谓 EQE 是指在特定设备内将光子转换为电子的百分比。研究人员将他们的研究结果于 2012 年 10 月 28 日 至 11 月 2 日 在美国佛罗里达州坦帕市召开的美国真空学会( AVS )第 59 届国际研讨会和展览会上进行了介绍。 传统的半导体每一个光子只产生一个电子,纳米大小的晶体材料如量子点避免这个限制,这些新材料是 目前正在开发作为有前途的光伏材料。由量子点获取能量来提高效率,就是将传统半导体中以热丢失的能量加以利用。减少大量的热损失 , 由此产生的能量转换成了创造更多的电流。通过一种被称为多激子产生 (MEG) 过程的功率调控,研究人员能够证明 , 就平均而言 , 每个被吸收的蓝色光子可以生成的电流比传统技术所能达到的多达 30%, 以有效地分割和使用高能光子更大部分的能量作为 MEG 的动力。研究人员对于 3.5 eV 光子的研究发现 EQE 值达到 114%, 证明这一概念在一个工作装置中的可行性。 NREL 的资深科学家 Joseph Luther 认为 ,MEG 技术的方向是正确的。 “ 由于当前太阳能电池技术仍然过于昂贵 , 不可能完全与不可再生能源进行抗衡 , 这种技术采用 MEG 演示的方式,使科学家和工程师考虑将太阳能光子转换电力是不断变化的。 可能会有一个机会来极大地提高一个模块的效率 , 可导致太阳能电池板比非可再生能源更便宜廉价。更多信息请浏览: http://esciencenews.com/articles/2012/10/26/scientists.demonstrate.high.efficiency.quantum.dot.solar.cells
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Chemical Society Reviews 内封面文章
热度 3 huangxy04 2012-10-22 12:11
Chemical Society Reviews 内封面文章
最近,我们在 Chemical Society Reviews 上发表了题为Enhancing solar cell efficiency: the search for luminescent materials as spectral converters 的综述。 http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/CS/C2CS35288E Photovoltaic (PV) technologies for solar energy conversion represent promising routes to green and renewable energy generation. Despite relevant PV technologies being available for more than half a century, the production of solar energy remains costly, largely owing to low power conversion efficiencies of solar cells. The main difficulty in improving the efficiency of PV energy conversion lies in the spectral mismatch between the energy distribution of photons in the incident solar spectrum and the bandgap of a semiconductor material. In recent years, luminescent materials, which are capable of converting a broad spectrum of light into photons of a particular wavelength, have been synthesized and used to minimize the losses in the solar-cell-based energy conversion process. In this review, we will survey recent progress in the development of spectral converters, with a particular emphasis on lanthanide-based upconversion, quantum-cutting and down-shifting materials, for PV applications. In addition, we will also present technical challenges that arise in developing cost-effective high-performance solar cells based on these luminescent materials. TOC
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如何获得TiO2/Cu2O的最新研究进展?
science850219 2012-10-19 10:21
各位科学网的同仁们: 大家好,我是一名研二的学生,对于如何获得本领域的最新研究进展不清楚,希望各位高手给予指点。 不胜感激!!!
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18.2%:纳米结构太阳能电池转化效率的新突破
热度 3 zhpd55 2012-10-18 08:34
根据物理学家网站( Phys.org ) 2012 年 10 月 15 日 报道,美国能源部下属的国家可再生能源实验室 (Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory ,简称 NREL) 美国太阳能光伏研究中心( National Center for Photovoltaics )的研究人员,利用纳米技术生产的太阳能电池的光电转化效率已经达到 18.2% ,这项突破应该是一个重大步骤,有助于降低太阳能成本。 NREL 量身定做了一个纳米结构表面 , 而且确保太阳能电池能够有效地吸收阳光,使其光电转化效率不受影响。 研究人员在硅片上设置银纳米群岛 , 再短暂地沉浸在液体之中,使其在每平方英寸的硅晶片表面上形成数以亿计的纳米孔。这些微孔和硅壁要比照射在其上面的太阳光波长更小 , 因此,入射光难以识别表面密度的任何突变 , 不可能将入射光进行反射到大气之中而导致光源浪费。研究人员控制纳米形状和表面的化学成分,使太阳能电池光电转化效率达到了黑色硅材料的记录。相关研究成果—— An 18.2%-efficient black-silicon solar cell achieved through control of carrier recombination in nanostructures 是由 NREL 的 Jihun Oh, Hao-Chih Yuan 以及 Howard Branz 合作完成 , 2012 年 9 月 30 日 已经 出现在 《 自然 : 纳米技术 》( Nature Nanotechnology , DOI: 10.1038/nnano.2012.166 )的网站发表。 通常 , 太阳能电池制造商必须对其制造的太阳能电池添加一个或者是两个额外的抗反射层 , 这样无疑会使太阳能电池成本显著增加。 NREL 先前已经证明 , 他们的纳米结构对光的反射比最好的抗反射层太阳能电池更少。但直到现在 , 他们尚未实现太阳能整体效率与其光电转化效率最好的黑色硅电池的可以抗衡的目标。研究者首先必须确定为什么纳米结构增加表面积,极大地减少了电力的收集,同时使太阳能电池的电压和电流也受到影响。他们的实验表明高表面面积 , 尤其是一个被称为 俄歇复合 ( Auger recombination )的过程,在大多数纳米太阳能电池中限制了光子的收集。他们得出结论 , 当在太阳能电池中掺杂太多,而且聚集纳米结构表面时会引起 俄歇 复合。这一科学认识使他们能够采用更少和更浅的掺杂来抑制 俄歇复合 。轻掺杂与纤细地更光滑纳米型相结合 , 研究人员可以创建一种转化效率可以达到 18.2% 的太阳能电池 , 这也是黑色硅片才能达到的光电转化效率 , 而且在接近理想情况即几乎吸收整个太阳光谱。本研究项目得到美国能源部的资助。 主要研究者 Howard Branz 说 , “这项工作对基于纳米线和纳米团簇的太阳能电池,无论是传统的还是新兴的都会产生很大影响。首次表明 , 真正伟大的太阳能电池可能是由纳米结构半导体制成”。但是 Howard Branz 也同时认为,“接下来的挑战是将这些成果转换为常见的工业实践 , 然后使其效率超过 20% 。在此之后 , 我希望看到采用纳米结构技术的这些类型的超薄太阳能电池,减少使用半导体材料。” Hao-Chih Yuan 说:“现在我们有一个清晰的研究 , 那就是展示如何优化表面积和掺杂,能够得到更好的光电转化效率 , 表面积和在接近表面的掺杂浓度会影响纳米结构的太阳能电池性能。” Jihun Oh 作为第一作者,也是一位 NREL 的博士后研究员也谈到 NREL 的研究“清楚地表明 , 在小心翼翼地将纳米结构的表面和良好的加工处理的正确组合,可以降低成本,同时削减不必要的阳光反射。”更多信息请浏览: www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.166.html
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胶体量子点膜应用于下一代太阳能电池
热度 1 zhpd55 2012-8-1 11:35
胶体量子点膜应用于下一代太阳能电池
ScienceDaily ( 科学日报 ) 2012 年 7 月 29 日 报道了加拿大多伦多大学( University of Toronto )和阿卜杜拉国王科技大学 (King Abdullah University of Science Technology) 的研究人员,在研究太阳能电池方面取得了新突破,特别是在胶体量子点 (colloidal quantum dot ,简称 CQD) 膜的研发方面取得新成果,导致了最有效的 CQD 太阳能电池。他们的研究成果以快报形式发表在《自然纳米技术》( Nature Nanotechnology )—— Alexander H. Ip, Susanna M. Thon, Sjoerd Hoogland, Oleksandr Voznyy, David Zhitomirsky, Ratan Debnath, Larissa Levina, Lisa R. Rollny, Graham H. Carey, Armin Fischer, Kyle W. Kemp, Illan J. Kramer, Zhijun Ning, André J. Labelle, Kang Wei Chou, Aram Amassian, Edward H. Sargent. Hybrid passivated colloidal quantum dot solids . Nature Nanotechnology , 2012; DOI: 10.1038/nnano.2012.127 。该研究的负责人是多伦多大学工程教授泰德·萨金特( Ted Sargent ),他们已经从廉价的材料创造了一种太阳能电池 , 而且被证明光电转化效率达到了 7.0% 。 苏珊娜·索恩( Dr. Susanna Thon )博士作为此论文的重要合作者之一,认为以前的量子点太阳能电池一直受限于薄膜中纳米微粒庞大的内表面积 , 这使制约光电转化的主要困难; 但是,他们的突破在于使有机化学和无机化学相结合,完全地覆盖所有的暴露表面。量子点是只有几个纳米大小的半导体,可以吸收整个太阳光包括可见光区和不可见光区的所有波长的光线。与当前增长缓慢且费用昂贵的半导体技术不同 , 胶体量子点薄膜可以快速制作 , 而且成本低 , 类似于油漆或墨水。此研究为太阳能电池装配在类似于报纸的柔软底质上,而且可以快速大批量印刷铺平了道路。加拿大多伦多大学研制的太阳能电池的转化效率与以前的太阳能电池相比较提高了 37% 。为了提高太阳能电池的光电转化效率 , 研究人员需要一种方法来降低与表面质量不佳而相伴的电子“陷阱”的数量 , 同时要确保他们制得的薄膜非常密集,可以吸收尽可能多的太阳光。其解决方案是一种所谓的“混合钝化”。 Alex Ip 博士也是论文主要合著者之一,认为合成量子点之后立即引入氯原子 , 即可修复此前无法修补的角落和导致电子“陷阱”的缝隙。紧接着使用短的有机连接基与薄膜中的量子点成键,紧密联系在一起。美国阿卜杜拉国王科技大学的 Aram Amassian 教授领导的研究小组的研究表明,为了得到最致密的胶体量子点膜,有机配体交换是必要的。阿卜杜拉国王科技大学的研究小组,利用最先进的具有亚纳米分辨率的同步加速器方法,来辨明胶体量子点膜的结构和证明混合钝化法导致具有最密堆积纳米粒子的密集型胶体量子点膜。这为进一步研究和太阳能电池效率的改进打开了很多渠道 , 这可能会导致一个可靠的、低成本的太阳能转化的光明未来。萨金特教授说 , 我们的世界迫切需要创新 , 符合成本效益的方式 , 将丰富的阳光能转化为可用的电能。此研究表明 , 丰富的材料界面内胶体量子点膜可以通过一个稳健的方式来掌控 , 并证明成本低和稳定提高效率可以兼顾。有望成为下一代太阳能电池的新亮点。详细内容请浏览: http://doc.sciencenet.cn/DocInfo.aspx?id=12761 (包括补充材料共30页)
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[转载]胶体量子点太阳能电池转化效率创新纪录
crossludo 2012-7-31 08:24
胶体量子点太阳能电池转化效率创新纪录 据物理学家组织网7月30日(北京时间)报道,加拿大多伦多大学和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科研人员称,借助在 胶体量子点(CQD)薄膜 领域获得的突破,他们利用低价材料制成了迄今为止效率最高的胶体量子点太阳能电池,转化效率可达7%。这比此前同类电池的转化效率提升了37%,创造了新的世界纪录。相关研究报告发表在近期出版的《自然·纳米技术》杂志上。 量子点是纳米尺度的半导体,能基于包括可见光和不可见光在内的全光谱收获电能。与目前缓慢而高昂的半导体生产技术不同,胶体量子点薄膜的制造速度很快,成本也低。这为制造基于灵活、柔性基座的太阳能电池铺平了道路,其与报纸的大量印刷具有异曲同工之妙。 此前,胶体量子点太阳能电池的性能一直被 薄膜内纳米粒子较大的内表面面积 所制约,而科学家此次通过将有机化学和无机化学相结合,完全覆盖了所有暴露的表面,从而实现了新的突破。 为了提升效率,研究人员需要一种方式能减少电子陷阱的数量,同时确保薄膜十分密实以尽可能地吸收光线,即所谓的“混合钝化处理”解决方案。此次研究的主导者、多伦多大学电子工程系教授泰德·萨金特表示,通过在合成量子点后立即引入小个氯原子,他们能够修补以前无法触及的角落和裂缝,使其不再形成 电子陷阱 。之后科学家会利用短的有机链来约束薄膜中的量子点,使其更为紧凑。而阿卜杜拉国王科技大学的研究也证明, “混合钝化处理” 方式能够打造出内部充满紧凑堆积纳米粒子的最密集的薄膜,这有助于制造出更经济、更高效耐用的太阳能电池。 总编辑圈点: 量子点太阳能电池应该是当今能源领域最热火的词汇之一。自去年科学家首次研制出这种新型全光谱太阳能转化设备以来,时时传来相关研究取得突破的消息。的确,在人类面临的能源危机面前,最高转化效率高达40%的太阳能电池非常值得期待。虽然高效价廉,但这种新型太阳能电池真正走进应用还有待时日——一项技术研究突破不断,不仅意味着它前景无限,也意味着它离成熟还有不短的一段距离。
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薄膜太阳能电池的“末路”
热度 5 liwei999 2012-7-13 15:37
岁月无情,薄膜太阳能电池的“末路”。 作者: mirror (*) 日期: 07/12/2012 01:27:01 何老师转来 欧盟为薄膜太阳能电池项目“纳米级”提供1000万欧元资助 的报道,“课题任务是显著降低生产成本和并通过材料的纳米结构材料提升薄膜模块的转换效率”。这个说法在原则上不错,但是纳米结构材料、薄膜材料的另一个致命问题是寿命。这也是人的“致命问题”。 薄膜太阳能电池的主要问题总是被“误”认为是转换效率的问题。就如同人们总是关心病的问题一样。其实,根本上还是寿命的问题。二十、三十年,在风吹日晒下可以不掉链子,很是不容易。 不要想着有修理事情。搭不起那个工钱。 都说太阳能电池的成本高,但是这个份额不到安装太阳能电池设备的一半。变电设备也占很大的比重。而且的而且,前些日子说到了使用直流电网的思考。太阳能电池发电就是直流的。换成交流本身,就是多了个损耗。需要统筹考虑才是。 何祚庥院士提倡过聚焦和追踪的太阳能系统。当初镜某写文章批判过。今天有朋友通报说,追踪系统坏了。这才几年的功夫啊。 风力发电也是如此。机器设备都是需要人来维修的。荒无人烟的地方维修起来很困难,在经济上根本不能维持。沙漠里的电池版,沙尘清扫就是个大问题。不考虑这些因子,单提“绿色”、“环保”,基本上都是忽悠。 其实,最后重要的是人的意识的革命。少用、不用、长期用,这才是节约、节省之道。薄膜模块的转换效率即便是提上去了,寿命寿命不过两年(效率很快掉下来),便宜也不能采用。历史的经验证明,使用用品质好的东西,到头来是最廉价的。因为使用的时间长,故障少。 ---------- 就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。
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欧盟为薄膜太阳能电池项目“纳米级”提供1000万欧元资助
Helmholtz 2012-7-12 13:35
欧盟为薄膜太阳能电池项目“纳米级”提供1000万欧元资助
欧盟为薄膜太阳能电池项目“纳米级”提供 1000 万欧元资助 这里显示的是用作 CIGSe 太阳能电池的抗反射氧化锌纳米棒 ©HZB 亥姆霍兹柏林材料与能源中心和柏林自由大学作为合作伙伴参与本合作项目 欧盟通过了将在 2015 年之前在第 7 框架项目下 , 为薄膜太阳能电池项目“纳米级”提供 1000 万欧元科研经费的预算。 将有 13 个欧洲研究小组共同参加硫族化合物太阳能电池技术的开发。德国方面参与这个协作项目的是亥姆霍兹柏林材料与能源中心( HZB )和柏林自由大学。课题任务是显著降低生产成本和并通过材料的纳米结构材料提升薄膜模块的转换效率。 铜铟镓硒( CIGSe )是硫系化合物中目前能提供最高转换效率的材料,该化合物主要通过真空镀膜技术把微米级厚度的材料蒸镀在玻璃或薄膜上。这项欧洲合作的一个目标是开发新的环保而且无需真空的生产工艺并由此将显着降低生产成本。 通过采用新材料和新的结构理念,人们希望在更高的转换效率方面有所突破。纳米材料由此进入我们的视线。借助电化学合成纳米晶的所谓的前体,采用可以把纳米粒子像油墨一样印刷的新技术,研究人员希望开发一套全新的生产方式。不仅是在实验室规模的单个电池上要取得成功,这种生产理念也应该在大尺度上预以检验以期真正应用到大规模生产制造中。 亥姆霍兹柏林中心的项目合作伙伴主要任务是质量控制与过程监控。由托马斯 . 乌诺德 (Thomas Unold) 博士领导的 HZB 团队将为这种太阳能电池开发新的特性评价分析手段,并由此进一步改善硫族化合物吸收材料的质量。通过这些新手段,也将实现在放大生产时的高的转换效率以及高的产量。 新的研究策略包括把薄膜吸收材料与透明纳米导电氧化物( TCO )复合在一处。为此,来自柏林自由大学和亥姆霍兹柏林中心的玛莎 . 卢克斯 - 斯坦纳教授( Martha Lux-Steiner )与苏珊 . 格莱德希尔( Sophie Gledhill )博士团组专攻两者间的匹配、优化以及在含有氧化锌纳米阵列的硫族化合物太阳能电池中的光学建模。 柏林的研究人员同时也在研究下一代的硫系材料薄膜,所谓 Kesteriten 。这种材料具有与铜铟镓硒相似的性能,但是其中不含铟,后者在地壳中的含量相对较少。
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ZnO纳米线太阳能电池的最新进展
热度 2 zhpd55 2012-7-11 09:44
ZnO纳米线太阳能电池的最新进展
据 CEN 2012 年 7 月 9 日 报 道 , 美国 仅次于麻省理工学院及加州大学的佐治亚理工学院( Georgia Institute of Technology )的研究人员利用 尖刺状的 ZnO 纳米线可以有效提高太阳能电池的光能转化效率 。 ZnO 纳米线看上去让人 毛骨悚然,简直就像一只活生生的毛毛虫。 染料敏化太阳能电池( Dye-sensitized solar cells ,简称 DSSCs )具有廉价、薄,柔韧性良好,易于加工制造等优点。因此 , 有许多研究人员,他们的研究是采用其他材料来代替DSSCs , 其目的在于要达到像使用固体半导体材料砷化硅或者砷化镓那样高效的太阳能光电转换效率。科学家们一直对于构建 DSSCs 半导体氧化锌很感兴趣,因为这种材料拥有迷人属性如透明度以及简单的合成工艺等。但是使用这样的材料制造的太阳能电池光电转化效率却很低。现在 , 美国 佐治亚理工学院 化学与生物分子工程学院的邓玉林( Yulin Deng 音译, E-mail: yulin.deng@ipst.gatech.edu . )等研究人员已经发现了一种方法,在太阳能电池中使用 ZnO 纳米线可以大大提高太阳能电池的光电转化效率。这项研究成果 2012 年 6 月 25 日 在《 Nano Letters 》网站发表。 邓玉林的研究团队能够使 ZnO 纳米线沿着线性的核心,分多层向外延伸,它简直就像一只活生生的毛毛虫一样。他们方法的关键所在就是人为地控制密集纳米结构的增长。他们使用了一种叫做电纺( electrospinning )的技术,可以使在最初沉积纳米线的尖端继续沉积纳米氧化锌细丝。这些线条作为生长纳米线的种子 , 然后分支向四面八方延伸。 此前 , 科学家使用了ZnO纳米颗粒作为种子 , 结果发现纳米颗粒的增长微乎其微 , 因为后来沉积的纳米线,不是在 ZnO 纳米颗粒的顶部,而往往落入纳米线之间的空白处。但是新近研究的方法就不同于以前了,可以人为地增加层数,轻易地控制总厚度直到光吸收率达到 100% 。具有 5 层的太阳能电池 , 光电转化效率可以达到 5.20%, 相对于先前报告的 DSSCs-ZnO 纳米线太阳能光电转化效率仅有 0.1%~ 3%, 已经有了很大改进和提高。但是,与更常用的 DSSCs-Co( Co (II/III) tris(bipyridyl)–based redox electrolyte ) 太阳能电池已经达到的 12.3% 光电转化效率相比较,依然具有很大差距。
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[转载]经济可行的混合硅纳米锥聚合物太阳能电池
crossludo 2012-6-7 23:58
经济可行的混合硅纳米锥聚合物太阳能电池 据物理学家组织网6月6日(北京时间)报道,对于硅光伏产业,要制造出经济可行的太阳能电池,需要将目前模块每瓦特1美元的成本下降一半,而这些成本大多来自硅材料和经常使用的昂贵制造工艺。美国斯坦福大学的一个科学家团队最新研发出一种由 硅纳米锥和有机导电聚合物覆盖的混合型太阳能电池 ,不仅可以在这两个方面削减成本,同时还表现了出色的性能。该研究成果发表在最新一期《纳米快报》上。 研究人员介绍,混合太阳能电池使用纳米材质有两个好处:提高光的吸收,减少使用所需硅材料的数量。 太阳能电池的纳米纹理涉及纳米线、纳米穹罩(圆顶)和其他结构。研究发现,纳米锥体结构提供了一个增强光吸收最佳形状的纵横比(纳米锥的高度/直径),因为它能够同时对短波光的抗反射和长波长的光散射都发挥作用。 在以往使用纳米材质的设计中,结构之间的空间通常太小以致无法填充聚合物。而新太阳能电池中, 纳米锥的形状结构允许聚合物涂在开放的空间 ,减少了其他材料的需求。通过用一个简单的低温方法即可形成这种纳米锥体/聚合物混合结构,也降低了工艺成本。 在对新型太阳能电池进行测试并作出一些改进之后,研究人员发现, 生产的器件效率达到11.1% ,这是在混合硅/有机太阳能电池中的最高数值。此外,短路电流的密度表明,这种太阳能电池产生最大的电流仅稍低于单晶硅太阳能电池的世界纪录,非常接近理论极限。 研究人员预测,由于混合硅纳米锥聚合物太阳能电池良好的性能和更简单的生产工艺,未来有一天其可能会被视为经济上可行的光伏器件。(记者 华凌) 总编辑圈点 风能发电的5—8倍,传统煤电的15—18倍,让人望而却步的高成本严重制约了晶体硅太阳能发电的应用。尽管技术进步和市场扩大使其成本不断下降,但由于材料和工艺的限制,晶体硅太阳能电池进一步降低成本的空间似乎相当有限。因此,日渐兴起的薄膜太阳能电池益发在竞争中占了上风。而文中提到的新技术,不仅减少了硅材料的使用量,还降低了工艺成本,让人们看到晶体硅太阳能电池似乎有了“枯木逢春”的迹象。 《科技日报》(2012-06-07 一版)
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[转载]美国有机太阳能电池制作商Konarka破产
热度 2 wangshu 2012-6-6 15:31
即使美国初裁判决中国太阳能电池及组件高额反倾销,但全球范围组件价格的迅速下滑使得从根本上无法降低组件成本的美国企业,不得不陆续申请破产。从2011年几大美国太阳能制造商陆续破产后,时至如今,率先获得创投注资的薄膜太阳能组件制造商Konarka日前申请破产保护。 此前该公司曾表示下一代有机光伏电池,电池效率为8.3%,Konarka声称价格很便宜,但由于最近2年来矽材料的大幅下跌(475美金跌至24美金),使得Konarka公司优势荡然无存。 2009年美国政府曾经给予Konarka公司650万美金支持,希望Konarka公司将OPV电池效率提升至20%,但Konarka至今难以突破10%效率。Konarka于法院档中阐明公司资产约在10万至50万美元之间,债务金额在1,000万至5,000万美元之间。 该公司表示,目前其没有足够的资金和订单支持,财务状况不佳,因此申请破产。Konarka采用有机薄膜电池技术,以氧化钛奈米颗粒为主的半导体,体积非常微小;置入玻璃基体薄膜后,射入光会激发有机染料的分子,再被奈米细孔薄膜上的氧化钛奈米颗粒吸收,导致电子在半导体中被释放并形成电流。 http://www.konarka.com/index.php/site/pressreleasedetail/konarka_technologies_files_for_chapter_7_bankruptcy_protection Media Contact: Tracy Wemett BroadPR +1-617-868-5031 tracy@broadpr.com PRESS RELEASE Return to Previous Page Konarka Technologies Files for Chapter 7 Bankruptcy Protection Lowell, Mass. - June 1, 2012 - Konarka Technologies, Inc., a leading developer of thin-film solar panels, has filed for bankruptcy protection under chapter 7 of the Federal bankruptcy laws. Under chapter 7 proceedings, the company’s operations cease and a trustee is tasked with liquidating the company’s assets for the benefit of creditors. Creditors will be asked to submit their claims to the Bankruptcy Court and are unable to obtain payment from the company. Howard Berke, chairman, president and CEO of Konarka, said, "Konarka has been unable to obtain additional financing, and given its current financial condition, it is unable to continue operations. This is a tragedy for Konarka’s shareholders and employees and for the development of alternative energy in the United States." Konarka was founded by Mr. Berke and by Dr. Alan Heeger, the winner of the Nobel Prize for his work in conductive polymers. Among the Company’s assets are over hundreds of owned and licensed patents and patent applications in the field of solar energy and a state-of-the-art manufacturing plant in New Bedford, Massachusetts. Mr. Berke noted that several large international companies had expressed interest in financing or acquiring the company. He further noted that, given the worldwide interest in the company, including from the Chinese government, the company had not entirely given up hope that a rescue financing or acquisition would emerge in the bankruptcy. Under Chapter 7 proceedings, however, any such transactions are evaluated by a trustee and not by the company itself. Further information about the company, including a copy of its petition in bankruptcy, is contained on Konarka’s website, http://www.konarka.com . All trademarks recognized.
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全固态染料敏化太阳能电池前景光明
热度 1 cjxiang 2012-5-25 13:19
传统太阳能电池和现在的太阳能电池都有局限性,比如生产成本高,运行效率低以及耐用性,而且很多电池都依赖有毒而稀缺的材料。美国西北大学的研究人员开发出一种新 全固态染料敏化 太阳能电池, 能 最大限度地减少太阳能技术的所有这些局限性。 西北大学的这种太阳能电池中,薄膜复合材料是用铯( cesium )、锡和碘制成,称为 CsSnI3 (铯锡碘),这种复合物取代了 格兰泽尔 电池中的整个液体电解质。这种新的太阳能电池更高效 ( 10.2% 的光转换效率,仅次于格兰泽尔本人年初报道的液体电解质转换效率, 12.3% ) ,更稳定,使用寿命更长,详细内容发表在 5 月 2 3 日的《自然》杂志上。 这个报道为太阳能利用研究人员带来了新思路,为能源危机的解决带来了福音。相信不就的将来我们就能看到这种电池的面世。 《科学》发表评论: SolidAdvanceforCheapSolarCells 链接: http://news.sciencemag.org/sciencenow/2012/05/solid-advance-for-cheap-solar.html?ref=em 《自然》原文: All-solid-statedye-sensitizedsolarcellswithhighefficiency 链接: http://www.nature.com/nature/journal/v485/n7399/full/nature11067.htm
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物理学家创石墨烯太阳能电池效率新纪录
热度 8 zhpd55 2012-5-25 09:44
物理学家创石墨烯太阳能电池效率新纪录
据 《科学日报》( ScienceDaily )2012 年 5 月 24 日 报道,美国 佛罗里达大学 ( University of Florida )物理系的研究人员,在他们的实验室中创建一种新型掺杂石墨烯太阳能电池,获得了前所未有的太阳能转换效率。 石墨烯太阳能电池廉价、耐用,在未来太阳能发电使用的太阳能电池业界寄予厚望。但以前的尝试使用石墨烯是只有单个原子厚的碳原子蜂窝型晶格,太阳能电池的电源转换效率仅有 2.9 %。佛罗里达大学的研究团队,使其太阳能转化效率能够实现破纪录而达到 8.6 %,这项研究结果 2012 年 5 月 2 日 在《纳米快报》网站发表( Xiaochang Miao , Sefaattin Tongay , Maureen K. Petterson, Kara Berke, Andrew G. Rinzler, Bill R. Appleton, and Arthur F. Hebard. High Efficiency Graphene Solar Cells by Chemical Doping , Nano Lett ., DOI: 10.1021/nl204414u )。 苗小昌(音译 Xiaochang Miao )是第一作者,她是 佛罗里达大学 物理系的研究生。掺杂使石墨烯薄膜的导电性和电池的电势增加,使得它更有效地将太阳能转换成电能,而不像其他过去使用过的掺杂, TFSA (三氟甲烷磺酰胺, trifluoromethanesulfonyl-amide ) 是稳定的,其效果是持久的。 苗女士和她的同事在实验室中创造的太阳能电池,看起来像黄金镶的 5 mm 2 的窗口。该窗口是涂了单层石墨烯的圆形硅晶片,也是发生神奇的地方。 石墨烯和硅当他们结合到一起时,形成肖特基结( Schottky junction ),当太阳光线照射时,电子沿一定方向流动形成直流电。肖特基结是由在半导体材料上形成金属分层而构成的,但 佛罗里达大学 纳米医学和工程技术研究所的研究人员在 2011 年发现,石墨烯适合替代金属。石墨烯又不同于传统的金属,它相金属材料一样可以弯曲,但是金属材料不透明,而石墨烯是透明的,所以石墨烯具有很大的潜力,是一个在太阳能电池中的重要组成部分,大家希望在未来看到将石墨烯太阳能电池纳入到建筑物外墙和其他应用,使太阳能用于照明、采暖等其他日常使用成为可能,当然提高转化效率,降低太阳能电池的生产成本是未来推广应用的关键所在。如果石墨烯的太阳能电池能够达到 10 %的转换效率,生产成本能够进一步降低,未来使用大有希望。 更多信息可以浏览: http://news.ufl.edu/2012/05/24/solar-efficiency/ OR DOI: 10.1021/nl204414u
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[转载]华北电力与中科院化学所合作制备出高效反向结构聚合物太阳能电池
热度 1 tanyard008 2012-5-9 15:21
聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极之间所组成,具有结构和制备过程简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件等突出优点,近年来成为国内外研究热点。传统器件结构使用透明导电聚合物PEDOT:PSS修饰ITO电极作为正极、低功函数活泼金属作为负极。PEDOT:PSS修饰层由酸性PEDOT:PSS水溶液旋涂在ITO玻璃上,酸性PEDOT:PSS对ITO具有腐蚀作用,同时器件顶部的活泼金属负极极易与环境中的水氧发生反应,这些严重影响器件的稳定性和工作寿命。近年来兴起的反向结构聚合物太阳能电池,使用低功函数材料修饰ITO电极作为负极、高功函数稳定的顶部电极作为正极,大大提高了器件的稳定性。但是,当前反向结构聚合物太阳能电池使用的负极修饰层材料主要是ZnO或TiO 2 纳晶,它们需要高温(200 o C)热处理才能具有较好的性能,这不适合在大面积柔性电极上的应用。因此,开发廉价、可溶液加工以及低温处理的负极修饰层对于将来柔性聚合物太阳能电池的实际应用具有非常重要的意义。 在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,化学所有机固体院重点实验室与高分子物理与化学国家重点实验室和华北电力大学合作,最近使用廉价、醇溶性钛螯合物TIPD修饰ITO电极作为负极制备的反向结构聚合物太阳能电池(器件结构和相关材料的分子结构见图1),在AM1.5, 100 mW/cm 2 光照条件下能量转换效率达到7.4%,而同样活性层传统正向结构器件的效率为6.4%(器件 J-V 曲线和光伏性能数据见图1),7.4%为反向结构聚合物太阳能电池当前文献报道最高效率之一。( Adv. Mater. 2012 , 24 , 1476-1481.) 研究人员于2006年首次将TIPD用于传统结构聚合物太阳能电池的负极修饰层,使基于MEH-PPV/PCBM的聚合物太阳能电池的效率从无此修饰层的1.66%提高到2.52%( Appl Phys Lett, 2007 , 91 : 023509)。这一电极修饰层材料获授权中国发明专利1项(“一种聚合物太阳能电池及其制备方法”,中国发明专利,申请日:2006年8月8日。授权公告日:2009年11月25日,专利号:ZL 2006 1 0089192.3)。近期,他们又将TIPD用于反向结构聚合物太阳能电池,使用TIPD修饰ITO作负极、MoO 3 /Al作为正极、PBDTTT-C/PC 70 BM的共混膜为活性层构筑了反向结构器件。研究了TIPD修饰层热处理温度对器件光伏性能的影响,发现60 o C热处理后使TIPD表面由亲水变为憎水,150 o C处理10分钟的修饰层器件性能最佳。这一最佳热处理温度与传统器件PEDOT:PSS修饰层的热处理温度相同,保证了TIPD修饰层将来在柔性基底电极上的应用。 图1 使用醇溶性TIPD为负极修饰层、基于PBDTTT-C/PC 70 BM的反向结构聚合物太阳能电池的器件结构和光伏性能 有机固体院重点实验室 2012年3月26日
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[转载]科学家研发出可印刷的微型液体太阳能电池
liyadong 2012-4-30 09:29
据物理学家组织网4月26日(北京时间)报道,美国科学家表示,他们最新研制出了一种 便宜 且稳定的液体太阳能电池。这种由纳米晶体制成的电池“体形非常娇小”,因而能以液体墨水的形式存在,可印刷或者涂抹在干净基底的表面。最新研究发表在英国皇家化学学会出版的国际无机化学期刊《道尔顿汇刊》上。 南加州大学科学家研制的这种太阳能电池使用的纳米晶体由半导体硒化镉制成,其大小约为4纳米,这意味着一个针头上就可以放置2500亿个,而且其也可以漂浮在液体溶液内。该研究的领导者、南加州大学文理学院化学副教授理查德·布切尔表示:“就像印刷报纸一样,我们也可以印刷太阳能电池。” 尽管与目前广泛使用的单晶体硅晶圆太阳能电池相比,液态纳米晶体太阳能电池的制造过程更加便宜,但其光电转化效率要稍逊一筹。不过,在最新研究中,研究人员攻克了制造液体太阳能电池面临的关键问题:如何制造出一种稳定且能导电的液体。 以前,科学家们需要让有机配位体分子依附在纳米晶体之上,以让纳米晶体保持稳定并预防二者相互黏连在一起。但这些有机配位体分子同时也会将晶体隔绝起来,使整个系统的导电性能变得非常差。布切尔表示:“这一直是该领域面临的主要挑战。” 为此,布切尔和南加州大学的博士后研究员戴维·韦伯为这种纳米晶体研发出了一种新的表面涂层。这种新的合成配位体不仅在使纳米晶体稳定方面表现良好,而且,它们实际上也变身为细小的“桥梁”,将纳米晶体连接起来并帮助它们传输电流。 另外,通过一个相对低温、不需要进行任何与熔化有关的过程,科学家们就可以将这种液体太阳能电池印刷在塑料而非玻璃表面,最终得到一种柔性太阳能电池板,其形状可以随需而变安装在任何地方。 布切尔表示,接下来他计划使用其他材料而非有毒的镉来制造纳米晶体。他也指出:“尽管对这项技术进行商业化生产还要等上几年,不过,他们已经很清楚地看到,这项技术可以同下一代太阳能电池技术完美地结合在一起。”(来源:《科技日报》) http://discovery.163.com/12/0428/09/805SIGSJ000125LI.html
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PN结太阳能电池细致平衡转化效率极限
freestylezhy 2012-4-28 17:29
1961年Shockley和Queisser发表论文计算PN节太阳能电池理论转化效率 。通过谷歌学术搜索检索,截止2012年4月28日,这篇文章引用了1354次。属于太阳能电池研究人员必读论文。 最常用的太阳能电池材料有硅(Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe),都属于半导体,都有PN节,而且是对着阳光放置的面积很大的PN节(和微电子器件的PN节比起来很大)。太阳能电池的正常工作状态是PN节正偏。 那么太阳能电池的转化效率理论极限是什么呢? 细致平衡模型假设: 1. 太阳光谱中能量大于带隙(Eg)的光子全部被太阳能电池吸收,并产生一个电子空穴对。 2. 太阳光谱中能量小于Eg的光子不产生电子空穴对。 3. 载流子迁移率无穷大,因此准费米能级是平的。 细致平衡要求: 载流子产生速率 - 载流子复合率 = 电子收集速率 写成公式:G - R = I/q 第一项:载流子产生速率是阳光辐射中能量大于Eg的光子数,由阳光辐射决定,是固定值。 第二项:如果进一步假设太阳能电池中没有non-radiative recombination,那么这一项是太阳能电池辐射出去的能量大于Eg的光子数。由太阳能电池温度和太阳能电池输出电压决定。 第三项:输出电流中的电子数,等于电流除以单位电荷电量。 太阳能电池的输出功率为:电流乘以电压 写成公式:Power = (G - R)*q * V 太阳能电池最高的输出电压就是PN节正偏的电压,此电压一定小于内建电势差,也小于半导体带隙。 电压越大每个收集的电子能做的功就越大。但太阳能电池是一个正偏的PN节,正偏的PN节同时也是"LED",向外发射光子,正偏越大(即输出电压越大)向外发射的光子越多(而且随电压的e指数增加),即电流变小。因此有一个最优的电压,能得到最高的输出功率。 根据理论计算可知,在地球上、温度300K、正对着太阳放置的单节太阳能电池最大转化效率百分之三十多一点。 William Shockley and Hans J. Queisser, "Detailed Balance Limit of Efficiency of pn Junction Solar Cells", J. Appl. Phys. 32, 510 (1961)
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工作日记(一)
热度 1 shht811cheng 2012-4-23 18:58
从上周五(4月20日)进入见习期开始,对岗位工作逐渐有了认识,对太阳能电池的整个工艺流程有了初步的掌握,尤其是对第一道工艺:扩散,经过21号的加班,目前对其有了完整的见识。仅仅扩散一项,整个流程就可以画出一页纸。更详细的掌握,在这里不方便写出来,因为设计到保密协议。 今天的试片还没有进入到下一个流程,这是受GaAs生产线有机间事故的影响,需要对硅电池的生产进行测试。希望明天能进入到镀背电极的流程,我也就随之到这个模块中了。 下班的时候碰见雷老板,他问我书看得如何,差不多的话有新资料可以看。 总的来说,困惑我的还是生物钟没调整好,整天困得不行;此外,生产线的洁净度要求,连水都不方便喝。 所以,今晚要早点睡,明早要准备一瓶水,带到单位去。 今天让人开心的是,单位加工资!
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第28届中国化学会年会琐记(二)
baggiotalent 2012-4-14 19:43
今天一天都在CCS-RSC论坛待着……全是关于电池的,包括聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池、燃料电池、锂电池等等,报告时间从早上九点到下午五点半(中午12点到14点午饭时间)。 上午:墨尔本大学Andrew B. Holmes教授(聚合物太阳能电池),诺丁汉大学Elizabeth Gibson博士(聚合物太阳能电池),中国科学院化学所王朝晖研究员(染料敏化太阳能电池),厦门大学郑南峰教授(燃料电池),报告时间均为40分钟。 下午:中国科学院长春应用化学研究所王鹏研究员(染料敏化太阳能电池),40分钟;北京理工大学曲良体教授(石墨烯量子点),华南理工大学吴宏滨教授(聚合物太阳能电池),中国科学院化学所李永舫研究员(聚合物太阳能电池),20分钟;帝国理工学院Martyn A. McLachlan博士(杂化太阳能电池结构),中国科学院化学所郭玉国研究员(锂电池),40分钟。 以上按照演讲先后顺序排列。全部都是用英语讲,摧残,身心疲惫…
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[转载]新染料能大幅提高太阳能电池能效
liyadong 2012-4-11 20:50
新染料能大幅提高太阳能电池能效 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/12/257120.shtm (图片来源:美国物理学家组织网) 据美国物理学家组织网12月13日报道,美国北卡罗莱纳州立大学的科学家最近发明了一种新型“敏化剂”染料,其能捕获更多的环境光和太阳光,性能胜过目前市场上的染料敏化太阳能电池(DSSC)使用的染料,有望大幅改进太阳能电池的性能并让其他从光线获取能源的技术受益。 领导该研究的北卡罗莱纳州立大学纺织工程、化学和科学系助理教授艾哈迈德·埃尔-沙飞博士表示:“一家第三方太阳能公司将我们的新染料北卡罗莱纳州立大学10号与目前市场上最先进的染料进行了对比,结果新染料的能量密度要高出14%以上。也就是说,北卡罗莱纳州立大学10号使我们能从等量的太阳光那儿获取更多的能量。” 染料敏化太阳能电池由廉价且环保的材料——包括染料、电解质和牙膏中使用的白色成分二氧化钛(TiO2)制成。染料敏化太阳能电池通过吸收光子或入射光(或直接照射在表面上的光)发出的离散光子束以在电池内的纳米多孔半导体(诸如二氧化钛)内制造出自由电子来工作。这些电子会转移到外部电路从而产生电流。由于入射光的角度对太阳能电池的性能毫无影响,而且,这种电池也能高度响应低水平的照明条件,因此,在漫射的光照下、在阴天或雨天里以及在室内环境光线等条件下,这种染料敏化太阳能电池的效率都比传统的硅基光伏电池高20%至40%,这使染料敏化太阳能电池成为一种独特的光伏产品。 染料敏化太阳能电池的应用范围非常广泛。在室内,其可为手机、笔记本电脑和MP3播放器提供电力,只需使用环境光线就可。而在户外,它们可以用于传统的太阳能电池阵列中,或用于先进的建筑一体化产品(窗户、外墙和天窗等)中。 研究人员表示,新染料可显著提高染料敏化太阳能电池的效率。另外,与目前市场上最先进的染料相比,北卡罗莱纳州立大学10号能在较低的染料浓度下吸收更多光子,因此,能被用于制备更高效的太阳能电池,用于窗户和外墙上,同时可让窗户高度透明。 更多阅读 美国物理学家组织网相关报道(英文)
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[转载]科学家发明比蛛网更薄太阳能电池
liyadong 2012-4-11 20:48
科学家发明比蛛网更薄太阳能电池 不到两微米厚 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/4/262498.shtm 据英国《每日电讯报》4月9日报道,澳大利亚和日本科学家已经发明出一种比蜘蛛网更薄的太阳能电池,这种电池非常柔软,甚至可以缠绕在一根头发上。 这种超薄太阳能电池由镶嵌在塑料薄片上的电极组成,厚仅1.9微米,相当于现在最薄太阳能电池的十分之一。这种超薄、超轻、超柔韧的太阳能电池将来用途很广,包括可以用于便携式电子充电装置或用于制造电子纺织品。 东京大学研究人员西岗关谷(Tsuyoshi Sekitani)称:“这种装置的厚度要小于一张蜘蛛网。因此,你可能感受不到它的重量,但其弹性很好。你可以像徽章一样将其佩戴在衣服上,它就可以吸收太阳能。戴着监控身体健康状况传感器的老人也无需再带电池。” 自从福岛核危机爆发以来,许多日本科学家和消费者对太阳能日益关注。这种新型太阳能电池将在5年内投入使用。研究人员现在正增加其将太阳光转变为电流的效率。此外,他们还在想方设法增加新太阳能电池的体型,因为太阳能电池的发电能力与体型成正比。这种电池很柔韧,即使体型增大也不会因弯折损坏。 更多阅读 英国每日电讯报相关报道(英文)
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[转载]日本首次通过涂抹液体硅形成非晶硅薄膜生产太阳能电池
liyadong 2012-4-7 19:08
日本首次通过涂抹液体硅形成非晶硅薄膜生产太阳能电池 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/2/243738.shtm 日本研究人员日前宣布,他们在世界上首次开发出了通过涂抹液体硅形成非晶硅薄膜,进而生产太阳能电池的技术。新技术将有助于降低薄膜太阳能电池的成本。 硅是制造手机、液晶和太阳能电池的重要原料。目前多用固态和气态的硅材料制造太阳能电池,但是加工固态和气态的硅材料成本较高,所需时间也较长。 北陆尖端科学技术大学院大学教授下田达也率领的研究小组,2006年以一种含硅和氢的高分子化合物为溶质制造出稳定的液体硅。此次,他们在彻底研究液体硅特性的基础上,开发出了这种制造薄膜太阳能电池的新技术。 新技术生产太阳能电池首先要清除液体硅中的杂质,然后在充满氮的设备内,把液体硅滴到玻璃基板上,并让基板以每分钟约3000次的高速旋转,使液体硅均匀分布在基板上,形成薄薄的一层,最后在约400摄氏度的高温下加热数十秒,就制成了性能稳定的非晶硅薄膜。 重复上述工序3次,并加入硼和磷等成分,就可以制造出3层性质不同的硅薄膜。在加入电极制造出太阳能电池后,其发电效率为普通太阳能电池的20%左右。虽然效率尚不高,但是成本降低了60%至70%。 目前,研究小组正准备与日本国内厂家合作,以早日将这项技术应用到生产领域。 更多阅读 美国物理学家组织网相关报道(英文)
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[转载]研究发现铝粒子可提高薄膜太阳能电池光电转化效率
liyadong 2012-4-7 19:04
研究发现铝粒子可提高薄膜太阳能电池光电转化效率 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/2/243739.shtm 据美国物理学家组织网2月10日报道,新加坡A*STAR研究院高性能计算机研究所的科研人员尤里·阿基莫夫和魏诚美(音译)发现,通过沉积铝粒子的方法可以提高薄膜太阳能电池的光电转化效率,这种金属纳米粒子能防止光线的逃逸和反射,使更多的直射光直接进入太阳能电池。阿基莫夫说,该技术可以使我们进一步降低太阳能电池的生产成本,并增强太阳能电池的竞争力。 常规太阳能电池由于厚度较大,光线大多被吸收,沉淀的纳米粒子几乎没有起到任何作用。但对于较薄的薄膜太阳能电池,纳米粒子却发挥出了很大的作用,它们增加了光线在进入太阳能电池后的散射,增加了光线在薄膜中停留的时间,使薄膜太阳能电池的光电转化效率足以与传统的太阳能电池相媲美。 研究人员模拟了多种不同类型以及尺寸的纳米材料,以测定其对太阳能电池吸光效率的影响,并决定从铝粒子和银粒子中确定最终“人选”,为此研究人员还专门对两者在太阳能电池中的性能进行了比较。 一般而言,大多数人都会认为银粒子应被优先考虑。因为在光谱中的可见光范围内,它们具有较好的谐振性能,更容易将光线集中到太阳能电池之中。但实际情况却并非如此:虽然银粒子具有更强的光线捕获能力,但其本身也会吸收相当数量的光线,这将影响太阳能电池转化效率。而由于谐振波段超出了太阳光光谱,铝粒子就可避免这一情况的发生。此外,铝颗粒更容易被氧化处理,并且即使形状和大小不同,其性能都较为稳定。而且更重要的是,其散射特性比银粒子更为强劲。 阿基莫夫说:“我们发现,铝合金制成的纳米颗粒与其他金属粒子相比,光捕获性能更强,更适合于薄膜太阳能电池。并且我们相信这一技术能帮助太阳能电池变得更轻更薄更高效,使其具备更大的商业价值。” 更多阅读 美国物理学家组织网相关报道(英文)
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[转载]Elsevier《太阳能材料和太阳能电池》SCI统计
yonglishi 2012-3-27 17:51
Elsevier《太阳能材料和太阳能电池》SCI发文统计与投稿指南 Solar Energy Materials and Solar Cells 《太阳能材料和太阳能电池》荷兰 ISSN:0927-0248 , 1979 年创刊,全年 12 期, Elsevier Science 出版社, SCI 、 EI 收录期刊, Elsevier 出版集团( ELSEVIER SCIENCE BV, PO BOX 211, AMSTERDAM, NETHERLANDS, 1000 AE )出版, 1992 年 入选 Web of Science 的 Science Citation Index 和 Science Citation Index Expanded ,目前在 SCI 数据库可以检索到该期刊 1992 年的第 25 卷第 1 期到 2011 年的第 95 卷第 7 期共 4810 篇论文。 该刊 SCI 2005 年影响因子 2.002 , 2006 年影响因子 2.321 , 2007 年影响因子 2.002 , 2008 年影响因子 2.788 , 2009 年影响因子 3.858, 2009 年 5 年期影响因子 3.854 。 2009 年 JCR 能源与燃料排名第 8 位( 71 种)、 Q1 (一区),材料科学(多学科)排名第 36 位( 214 种)、 Q1 (一区)。 说明:影响因子的四分位区间是指将一个学科领域内所有期刊影响因子大小顺序排列后,将所有期刊分成四等份,从而形成四个区间并分别标记为 Q1 , Q2 , Q3 , Q4 。 SCI 收录该刊的 4810 篇文章包括学术论文 3524 篇、会议论文 1113 篇、社论 57 篇、评论 46 篇、通讯 39 篇、更正 20 篇等。 4810 篇文章的作者涉及 101 个国家与地区,主要国家与地区分布:日本 819 篇,美国 573 篇,德国 569 篇,印度 433 篇,中国 425 篇(其中台湾地区 111 篇),韩国 261 篇,法国 221 篇,墨西哥 199 篇,澳大利亚 182 篇,西班牙 175 篇,瑞典 165 篇,意大利 163 篇,英国 130 篇,瑞士 117 篇,荷兰 102 篇,比利时 80 篇,土耳其 72 篇,丹麦 70 篇等。 4810 篇文章的作者单位涉及 2443 个研究机构,在该刊发表论文最多的研究机构为墨西哥国立自治大学( UNIV NACL AUTONOMA MEXICO ) 119 篇、澳大利亚新南维尔士大学( UNIV NEW S WALES ) 96 篇、美国国家可再生能源实验室( NATL RENEWABLE ENERGY LAB ) 88 篇、德国夫琅禾费太阳能系统研究所( FRAUNHOFER INST SOLAR ENERGY SYST ) 87 篇、瑞典乌普萨拉大学( UPPSALA UNIV ) 75 篇、日本产业技术综合研究所( NATL INST ADV IND SCI TECHNOL ) 74 篇、中国科学院( CHINESE ACAD SCI ) 72 篇。 中国学者在 《太阳能材料和太阳能电池》 ( Solar Energy Materials and Solar Cells )期刊上发表论文的单位有中国科学院( Chinese Acad Sci ) 72 篇,浙江大学( ZHEJIANG UNIV ) 22 篇、清华大学( TSING HUA UNIV ) 22 篇、北京大学( PEKING UNIV ) 16 篇,中国科学技术大学( UNIV SCI TECHNOL CHINA ) 15 篇、上海交通大学( SHANGHAI JIAO TONG UNIV ) 14 篇、南开大学( NANKAI UNIV ) 12 篇等。 4810 篇文章共被引用 57,051 次 (其中 2007 年被引用 4652 次、 2008 年被引用 6279 次、 2009 年被引用 7845 次, 2010 年被引用 10149 次, 2011 年被引用 7086 次), 平均引用 11.86 次 ,年均引用次数 2852.55 , H 指数为 77 (有 77 篇文章每篇最少被引用 77 次以上)。 《太阳能材料和太阳能电池》 ( Solar Energy Materials and Solar Cells )投稿指南 刊载光电、光热和光化太阳能转换的材料科学问题,以及太阳能电池的理论、技术、应用、相关经济问题的研究论文,涉及有关的固体物理学、冶金学、陶瓷学、光学和电化学等。 随着太阳能电池的研究逐渐热门,这个杂志的影响因子也是暴发户式的增长,审稿较快,见刊也很快,对文章要求也比较宽松,有适当的新意就很容易被接收。语言方面也不是苛刻。平均 3 个月的审稿周期,投稿平均命中率为 50% 。 网址: http://www.sciencedirect.com/science/journal/09270248 编委会: http://www.elsevier.com/wps/find/journaleditorialboard.cws_home/505675/editorialboard 作者指南: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/505675/authorinstructions 在线投稿: http://ees.elsevier.com/solmat/ 该刊在 SCI 数据库被引最多的 10 篇论文: 1. 标题 : A review on highly ordered, vertically oriented TiO2 nanotube arrays: Fabrication, material properties, and solar energy applications 作者 : Mor GK, Varghese OK, Paulose M, et al. 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 90 期 : 14 页 : 2011-2075 出版年 : SEP 6 2006 被引频次 : 482 2. 标题 : Electrochromic tungsten oxide films: Review of progress 1993-1998 作者 : Granqvist CG 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 60 期 : 3 页 : 201-262 出版年 : JAN 31 2000 被引频次 : 458 3. 标题 : A brief history of the development of organic and polymeric photovoltaics 作者 : Spanggaard H, Krebs FC 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 83 期 : 2-3 页 : 125-146 出版年 : JUN 15 2004 被引频次 : 428 4. 标题 : Organic photovoltaics: technology and market 作者 : Brabec CJ 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 83 期 : 2-3 页 : 273-292 出版年 : JUN 15 2004 被引频次 : 407 5. 标题 : Low band gap polymers for organic photovoltaics 作者 : Bundgaard E, Krebs FC 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 91 期 : 11 页 : 954-985 出版年 : JUL 6 2007 被引频次 : 380 6. 标题 : Stability/degradation of polymer solar cells 作者 : Jorgensen M, Norrman K, Krebs FC 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 92 期 : 7 页 : 686-714 出版年 : JUL 2008 被引频次 : 373 7. 标题 : Intrinsic microcrystalline silicon: A new material for photovoltaics 作者 : Vetterl O, Finger F, Carius R, et al. 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 62 期 : 1-2 页 : 97-108 出版年 : APR 15 2000 被引频次 : 305 8. 标题 : Low cost photovoltaic modules based on dye sensitized nanocrystalline titanium dioxide and carbon powder 作者 : Kay A, Gratzel M 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 44 期 : 1 页 : 99-117 出版年 : OCT 30 1996 被引频次 : 297 9. 标题 : Fabrication and processing of polymer solar cells: A review of printing and coating techniques 作者 : Krebs FC 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 93 期 : 4 特刊 : Sp. Iss. SI 页 : 394-412 出版年 : APR 2009 被引频次 : 286 10. 标题 : Highly efficient photon-to-electron conversion with mercurochrome-sensitized nanoporous oxide semiconductor solar cells 作者 : Hara K, Horiguchi T, Kinoshita T, et al. 来源出版物 : SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS 卷 : 64 期 : 2 页 : 115-134 出版年 : SEP 30 2000 被引频次 : 256 本文引用地址: http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=57081do=blogid=456834
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这个有机太阳能电池的封面太有文化太可爱了
热度 3 wangshu 2012-3-2 18:33
这个有机太阳能电池的封面太有文化太可爱了
:)
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[转载]塑料太阳能电池创造新纪录
cjxiang 2012-2-25 14:01
塑料太阳能电池创造新纪录 作者:凯瑟琳•波尔扎克 新型塑料太阳能电池包含两层,作用于不同波段的阳光,一层聚合物针对可见光,另一层针对红外光。 一种破纪录的聚合物太阳能电池制造成功,开发者是加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的研究人员,可以把10.6%的太阳光能量转化为电能。这一电池性能超过以前的纪录,就是8.6%,那是在去年7月创造的,也是这同一个研究小组所做的。 新型塑料太阳能电池包含两层,作用于不同波段的光线,一层聚合物作用于可见光,另一层作用于红外光。 来源: 加州大学 聚合物太阳能电池柔韧,轻便,而且有可能很便宜,但它们的性能落后于常规电池,这种电池的制备采用无机材料,比如硅。研究人员的领导是杨阳(Yang Yang)教授,他是加州大学洛杉矶分校材料科学与工程教授,他们的目标,是制成聚合物太阳能电池,可抗衡薄膜硅太阳能电池。杨阳的破纪录电池,是因为采用一种新的光伏聚合物,开发者是一家日本公司,就是住友化学公司(Sumitomo Chemical),这标志着研究人员可以更好地制作太阳能电池,就采用这些很讲究的材料。 新型塑料太阳能电池包含两层,作用于不同波段的光线,一层聚合物作用于可见光,另一层作用于红外光。“太阳光谱非常广,从近红外线到红外线再到紫外线,单一的太阳能电池成分不可能做到这一切,”杨阳说。 最好的无机太阳能电池也是多层器件,但是,制备多层有机太阳能电池非常难。聚合物的印制可以采用溶液,就像油墨印在纸上,这既是一个主要的技术优势,也是一个缺点,艾伦•黑格(Alan Heeger)说,他分享了2000年诺贝尔奖,就是因为他共同发现了导电聚合物。“这不需要高温,因此,制造很简单,”他说。但是,找出合适的溶剂,打印每一层电池,又不滴到它下面的一层,这是很棘手的。层数越多,问题就变得更加复杂。匹配每一层的电气性能,也是一个挑战,因为已经把它们连接在一起。 杨阳说,他希望制成一种聚合物太阳能电池,效率达到15%。他指出,效率数字通常会下降约三分之一,因为太阳能电池会走出实验室,并在工作模块中出售。聚合物太阳能电池,15%的效率属于实验室测试,制成的模块很可能是10%的效率,杨阳认为,这就够好了,可以与薄膜硅太阳能电池竞争
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[转载]纳米薄膜太阳能电池转化效率达8.1%(来源于 科技网)
idealsun 2012-2-24 09:40
纳米薄膜太阳能电池转化效率达8.1% 发布时间: 2012-02-16| 作者:刘霞 http://www.stdaily.com 2012年02月16日 来源: 中国科技网 作者: 刘霞 中国科技网讯 据美国物理学家组织网2月15日(北京时间)报道,澳大利亚斯威本科技大学和中国尚德电力控股公司的科学家们表示,他们已经研制出最高效的宽波段纳米等离子薄膜太阳能电池,其光电转化效率为8.1%,研究发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。 该研究的领导者、斯威本科技大学的顾敏(音译)教授表示,作为大块晶硅太阳能电池的便宜“替身”,薄膜太阳能电池引起了广泛关注,然而其硅层的厚度太薄增大了吸收太阳光的难度。要想增加薄膜太阳能电池的性能并使它们与硅太阳能电池相比更具竞争优势,优良而先进的光捕获技术必不可缺。 为捕获更多太阳光,该科研团队将金和银纳米粒子嵌入薄膜中,增加了电池可吸收太阳光的波长范围,从而增加了光子转化为电子的效率。他们还更近一步,使用了一些有核的或表面凹凸不平的纳米粒子。斯威本科技大学的高级研究员贾宝华(音译)博士解释道:“我们发现表面凹凸不平的纳米粒子会吸收更多太阳光,可以改进太阳能电池的整体转化效率。” 贾宝华称,这种宽波段等离子效应是该研究团队一年来的重要发现之一,新技术将对太阳能工业产生重大影响。顾敏为他们能在这么短时间内获得整体8.1%的光电转化效率深感兴奋,而且这种电池的转化效率仍有改进空间。 研究人员称,最新方法的另一个优势在于,将纳米粒子整合进入太阳能电池的成本并不高且很容易规模化,因此能借用其他产品线进行大规模生产,并有望在2017年实现商业化生产。 尚德电力控股有限公司董事长兼首席执行官施正荣表示:“我们的研究团队已经制造出全球转化效率最高的宽波段纳米等离子薄膜太阳能电池,证明纳米技术能在下一代太阳能电池领域大有作为。”(记者 刘霞) 总编辑圈点: 纳米等离子薄膜太阳能电池8.1%的光电转化效率,与一般晶体硅电池20%—25%的转化效率相比显得有些相形见绌,然而并不高的成本却让其成为科研人员的“新宠”。当科学家们为最大限度提高太阳能电池的转换效率而颇费脑筋之时,这个不起眼的“小个子”或许正在积蓄力量给人们带来惊奇。在纳米技术越来越多地渗透人们生活的当下,我们完全有理由相信,其在下一代太阳能电池领域“大有作为”绝非空穴来风。 《科技日报》(2012-2-16 一版)
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背部接触式硅异质结太阳能电池破新的效率记录
热度 3 Helmholtz 2012-2-23 15:27
背部接触式硅异质结太阳能电池破新的效率记录
背部接触式硅异质结太阳能电池破新的效率记录 独立 检测 实验室证 实 20.2 %的转换效率 太阳能电池背面连接硅异质结的呈梳状环环相扣 的金属触点。在一片硅片同时刻制了多个测试用 光电池单元 图片提供:HZB 一种新型的“背部接触异质结太阳能电池”在转换效率方面取得重大突破:截止2011年公布的15-16%转换效率攀升到20.2%。这是亥姆霍兹柏林中心(HZB)硅光伏研究所与哈默尔恩太阳能研究所(ISFH)的合作成果,该项目由德国环境部资助,在合作伙伴中还包括博世、肖特太阳能、Sunways和Stiebel Eltron等企业伙伴。独立计量机构、弗赖堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(ISE)确认的这项新纪录。 背部接触式异质结太阳能电池综合了两种不同的光伏技术的优点:背部接触和硅异质结连接。背式接触太阳能电池采集阳光所产生电荷的金属带是在背面 – 由于消除了遮蔽效应,就可以采用宽的低阻抗接触带。异质结技术是两个具有不同能量带宽的两种半导体组合在同一个光电池里,无论多晶或者非晶都会获得较高的转换效率。“这两种技术方式各具优势,而且业已得到产业界的应用”,HZB半导体所所长伯恩德.瑞希(Bernd RECH)教授说:“通过组合这两种方式可能实现高达25%的超高效率,从而显著降低每瓦电能的生产成本。通过基于概念的验证性(Proof-Of-Concept)研究,我们向前迈出了重要一步,未来将进一步提高转换效率,并开发出尽可能简单的工业生产流程。” 第一篇关于背面接触式硅基异质结太阳能电池的文章发表于2007年,也是HZB的科研报导(Stangl等人)。截止2011年,这种太阳能电池的最大转换效率一直在15-16%之间。在2011年年底的欧洲太阳能光伏大会上,太阳能电池制造商LG的开发部门报导了未经外部独立证实的22%的效率。在2011年春,曾有一小块试验电池的转换效率达到20.2%(Mingirulli等人,2011年3月PSS RRL)。这次由HZB和ISFH通过“TopShot”项目制备的背部接触异质结太阳能电池是由独立计量机构ISE实验室确认、是经独立验证的最高转换率。ISFH的尼尔斯·彼得·哈德(Nils- Peter Harder)教授说:“要是不同领域的专家可以一起携手合作,开发速度可以快得多”。 ISFH尼尔斯·彼得·哈德教授 联系电话:+49(0)5151-999-631 邮箱harder@isfh.de
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用太阳能给手机充电(120120)
热度 12 ymin 2012-1-20 09:54
用太阳能给手机充电(120120) 闵应骅 刚刚看到IEEE Spectrum 2012年1月号报道一个研究成果:用太阳能给手机充电。叹息道:在IT行业,原创性的研究还是有很大空间,可惜我国在原创方面还是太少。 2012年1月18日发布,由英国剑桥大学IEEE Fellow Arokia Nathan领导的研究组正在研究不需要连接电源的手机。 为了延长充电之间的时间,他们制作了一个样机,用薄膜氢化非晶硅做成一个太阳能电池阵列,放在手机的显示屏里面,可以把环境的光能变成电能。由于智能手机的显示屏都比较大,这个光电池,在有机发光二极管(OLED)显示中,只有36%的光在显示屏上反射出来,他们在加拿大的合作伙伴把边缘上浪费的光用光电池也收集了起来。 另一个不可回避的问题是太阳能电池提供的电压波动,它可能损毁手机电池。英国伦敦大学学院的研究人员设计了一种薄膜晶体管电路,去掉电压毛刺,更有效地抽取电能。 为了取消直接充电电池,剑桥的光子学和电子学研究中心集成了一个薄膜超级电容器,以立即存储能量。把太阳能光电板、晶体管和超级电容器组成了一个系统,平均有效性达到11%,峰值达到18%。假如这个太阳能电池阵列能够转换5%的环境光为电,那么,这个能量收集系统在正常光的情况下,每平方厘米可产生165微瓦。对于一个3.7英寸的智能手机显示屏,它可以达到5毫瓦。那是相当可观的,但是还达不到手机的要求,而且要在150°C以下的温度下来制造。 另一种能量收集的办法是通过感应线圈的磁共振耦合。Nathan的一个博士生Jun Yu(我猜是一个中国人俞军)说他们设计了一个平板薄膜线圈,可以用作显示器里的接收器。但能产生多大电能,还不好说。 这些研究由样机到产品还有很长的路要走,不知道国内是否也在做类似研究。但是,看了这个报道,我有两点感想: 1.信息技术领域原创的空间还是很大的。我一直感到信息技术领域现在原创性的东西太少,大多是跟踪国外,而国外原创的也不多了。现在看来,一些更基础、更前瞻的东西还是不少的。 2.原始创新需要多学科的交叉。没有一个人既懂材料、光学、半导体、电子电路,又懂计算机硬件、软件,这需要各类专家的合作,甚至是各国的合作。而我们许多人还深怕自己的想法被人家知道了,就不是“我原创了”。
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2011年有机太阳能电池进展(非TiOx系列)
热度 1 wangshu 2011-12-26 14:09
Progress of organic solar cells in 2011(photovoltaic) 一、 9.2% 小分子溶液法共混 2011年4月东京大学中村荣一教授与日本三菱化学合作,可能 是小分子太阳能电池,可能是卟啉做给体,富勒烯做受体,大概是东京大学的中村荣一研究组做出来的,由三菱公司优化的。打印版电池效率为9.2%,实验室内可做到9.5%。工业化的东西,大概日本人是既不会发文章,也不会申专利的吧。 来源: 1) http://www.sciencemag.org/content/332/6027/293.full?sid=f5abf115-1b31-4415-b202-32da42815ea7 332 no. 6027 p. 293 DOI: 10.1126/science.332.6027.293 2)日本《产业新闻》 3)小道消息 二、9.8% 小分子蒸镀多层 2011年11月 德国Heliatek公司再一次刷新了有机薄膜太阳能电池的转换效率:经德国独立测评机构证实,1.1平方厘米低温沉积小分子多层的串联电池效率达9.8%。 来源: http://www.heliatek.com/ 三、10.3% 聚合物溶液法多层 UCLA的杨杨教授与Solarmer(杨的公司)做到了10.3%,将在Nat. Pho.发表 来源:小道消息
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[转载]太阳能电池新进展
xwb8733906 2011-12-23 09:03
太阳能电池刷到外墙上:二氧化钛纳米粒子表面涂上硫化镉或硒化镉 - 科研资讯 - 化学•家,为化学找个家 http://www.chemj.cn/viewthread.php?tid=32691
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[转载]德国Heliatek有机太阳能电池转换率再刷新达到9.8%
热度 1 wangshu 2011-12-20 15:37
摘要:低温蒸镀、小分子。聚合物不行啊,马上就要像OLED一样被小分子搞定了。 ==================== 德国Heliatek有机太阳能电池转换率再刷新达到9.8% 所属分类:技术前沿来源:索比太阳能网 更新日期:2011-12-06 德国Heliatek公司再一次刷新了有机薄膜太阳能电池的转换效率:经德国独立测评机构证实,1.1平方厘米低温沉积的串联电池效率达9.8%。 这已经是Heliatek连续第三次刷新有机光伏电池效率的世界纪录,也证明了他在有机太阳能电池技术领域的领导地位。此前,曾创造过6%和8.3%的纪录。 Heliatek的首席技术官也是公司创始人之一的Martin Pfeiffer博士表示,“Heliatek是世界上唯一专注于低温沉积小分子技术的公司,这种技术已经广泛用于有机LED市场。Heliatek研发用于吸收光能转换成电能的分子。这个新的纪录也证明了我们的研究方向是正确的。目前,Heliatek的有机太阳能电池的转换效率已经达到了传统非晶硅电池的转换水平。” Heliatek的首席执行官Thiaud Le Seguillon说:“这个结果让我们很高兴,它表示了我们在该技术领域的领导力。我们下一步的转换率目标是15%,明年的转换率可达10%。我们柔软轻薄的电池片也开辟了新的应用领域,这是传统的光伏技术做不到的。2012年,我们的第三轮投资计划为5000万欧元,扩大产能。这样就可以生产高性能的电池,运用于新领域,比如建筑一体化的玻璃和外墙面。这个技术有望为太阳能产业带来革命性变化。” 关于有机太阳能光伏技术 有机光伏技术是继传统的晶硅和薄膜技术之后的第三代太阳能技术。有机光伏技术有两个分支:基于聚合物的大分子和低聚物的小分子。Heliatek就是小分子技术,生产过程更容易控制、转换效率更高、使用寿命更长。主要有以下优势: 第一, 因为是低温生产,这样就可以使用塑料薄膜作为基板材料,生产的电池既有柔性又非常薄,而且重量轻。 第二, 太阳能电池的颜色、大小和透明度都可以自由选择。 第三, 传统的太阳能电池随温度升高效率下降,但是这种有机电池不会受到温度影响。 第四, 这种有机电池技术是真正的绿色太阳能技术。电池是用有机物制造的,取材方便,而且不涉及有毒物质和重金属。 9.8%.pdf
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丢失的能量哪里去了?
热度 5 yhliu971225 2011-12-15 23:23
这是以前写的一篇博文,今天再贴出来,看能不能找到答案。 考虑单结硅太阳能电池效率问题时,首先要考虑的是能量小于带隙的光子不被吸收而产生能量损失,然后要考虑当光子能量比带隙大而多出来的能量转变为载流子的热能而损失掉,这二部分损失占了太阳光谱能量的56%,也就是说考虑以上二部分损失,硅电池的效率是44%,61年,SHockley和Queisser根据细致平衡原理给出硅太阳能电池的极限效率是29%,这是大家目前都接受的值。但是由44%到29%中间有15%的能量去了哪里,shockley等并没有给出答案。 这部分能量没有人提起过,否则就会提出相应的结构来提高电池效率,但从目前已提出的各类结构电池,没有与这部分能量相对应的。
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[转载]打印式太阳能电池新跨越
cjxiang 2011-11-10 14:27
有机材料无论是用聚合物制成,还是用“小分子”即低分子量有机化合物制成,都可以制成油墨,进行大面积印刷, 新方法制造可印刷的有机太阳能电池,最终可带来新型成本低,价格便宜的柔性太阳能电池板。 这项工作的领导是艾伦•黑格(Alan Heeger),他与吉列尔莫•巴桑(Guillermo Bazan)分享了2000年诺贝尔化学奖,是因为开发了这种导电聚合物,很容易用于制造塑料太阳能电池和有机发光二极管。黑格和巴桑都是加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)化学教授。 高倍放大的透射电子显微镜图像,显示平面堆叠的小分子太阳能材料晶格条纹, 来源: 麻省理工科技创业 聚合物太阳能电池效率不如硅太阳能电池,但很便宜就可以制备。有机材料无论是用聚合物制成,还是用所谓的“小分子”,即低分子量有机化合物制成,都可以制成油墨,进行大面积印刷。它们还轻便灵活,有望进行一些应用,如屋顶安装或太阳能电池片,为便携式电子设备充电。 使用巴桑设计的一种新型小分子,黑格制成一种太阳能电池,可以把照到上面的6.7%的光能转化为电能。巴桑预计,在一年内达到9%的效率。虽然实验室测试效率往往要远远高于生产出的电池效率,但是,这将使这些材料可媲美市场上最好的聚合物太阳能电池。 到现在为止,改善有机太阳能电池性能和成本,大部分工作都集中在开发新型高分子材料上。 巴桑采取的是,结合理论和反复试验,开发新的小分子材料。他首先优化其电气性能,使这种分子能够支持所需的高电流和电压,取得太阳能电池的功率。尤其棘手的是创造一种小分子材料,制成好的薄膜;虽然聚合物很长,而且纠结成一种稳定的薄膜,但是,小分子并不容易制成这种平面薄膜,就是制备一层太阳能电池所需的薄膜。 在实验台上摆弄很多次之后,巴桑的小组提出了一种合适的小分子和工艺,可以制备高效率的小分子太阳能电池。这项工作已经在《自然材料》杂志上介绍过。巴桑期望调整材料的设计,进一步提高性能。 黑格说,在过去,他没有认真对待小分子太阳能材料,因为性能很低。“其他人已经用过小分子,但性能远低于聚合物,”他说。 不过,在能源市场上,很难让有机太阳能电池成为真正的竞争者,尤其是因为硅电池变得越来越便宜了。“性能和使用寿命都还没有达到那一步,”杨阳(Yang Yang)说,他是加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)材料科学与工程教授。杨阳正在研究聚合物太阳能材料,就在他的公司,就是太阳能梅尔公司(Solarmer),他也在他的学术实验室研究小分子太阳能电池;他的目标是实验室制成的电池达到15%的效率。不过,杨阳说,圣巴巴拉分校的工作很重要,实例说明了有前途的小分子太阳能。 至于这些材料如何在市场上经营,黑格说,“还太早,难以知道,”但他认为,效率已达到一个可观的水平,而且这些太阳能材料很有前途。“现在,我们应该认真对待,”他说。
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与物理学家交流有机太阳能电池中的化学问题被狂“诘问”
热度 3 wangshu 2011-10-30 10:25
与物理学家交流有机太阳能电池中的化学问题被狂“诘问” 本周五去某物理学家研究组讲用于体异质结有机太阳电池做报告,被一顿“刁难”,千疮百孔,都是对一些我的“知识漏洞”的询问,让这个有机化学博士生很囧,几乎是一问三不知,有机化学从业者日常是几乎不关注且没有必要这些问题的,虽然是我是有机固体实验的,虽然我的博士论文的关键词有有机电子学这个词,物理学家们非常重视现象的物理本质以及关系,受教很多; 我觉得我已经是有机化学学生中的问题少年了,遇到学物理和电子才知道什么是问题少年,大汗。 大概还是没有给我可爱的导师丢人的,因为他们提问的有机化学的问题还是对答如流的,哈哈。 很喜欢与物理和电子学研究者交流, 当炽热的化学遇到深沉的物理将会是多么激烈、可爱、升华的过程,我喜欢让人浑身冒汗,无法回答的场合,因为接下来我对这些问题就懂了。 Klauss Mullen 一个月前化学所做报告时说: We are chemists rather phsicist cause we can make everything ;要是 We are chemist and physicist , cause we can make and understand everything. 1. Q :对于富勒烯、 perylene 等大 pi 体系为什么,当他们的 pi 减少的时候, LUMO 会提高呢?以富勒烯为例, C60 为 60pi , fulleroid 为 60pi, 单加成 methanofullerene 为 58pi ,双加成富勒烯为 56pi, 他们的第一还原电势会依次降低 0.1~0.2V ,对应 LUMO 会提高 0.1~0.2eV ,为什么 pi 电子减少, LUMO 就提高呢? A : 当 Prof. WJZ 问到这个问题时,我立马就傻了,呃,我从来没有想到这个问题的电子级别的过程,我只知道 AC ,而不知道 ABC 中 B 这个重要的推导过程。 2. Q :电化学中,如循环伏安,为什么每失去一个电子,会出一个峰,而不是一个台阶;既然你说 C 60 - , C 60 2- , C 60 n - ,那为什么电流会降低呢?这是电极表面是一个什么样的电子传导、扩散过程呢? A :呃,很惭愧,这个问题我也没有想过,记得似乎是一个复杂的数学公式,涉及到半反应,电极扩散、可逆性等,我只会熟练地分析电化学数据中的峰电流、峰电势、半波电势,不关心也没有必要去了解其中的物理过程。 Q :如果你不关心,那你看到一些非常规的波形,你会怎么办? A :呃。。。。。。。。。 3. Q :既然你提到了第 1 、 2 、 3 还原电势的可逆性可能对有机电子学的激子产生的影响,那么请问什么是可逆性。 A :呃 ~~~~~~~~~ 我只知道如何从波形分析上判断是否可逆、半可逆或不可逆,忘了这个可逆性的物理意义,似乎是一个复杂的物理过程,涉及到扩散、物质的电化学活性基团,凡是涉及到扩散那个复杂的公式,我就懵了。 4. Q :既然你说大部分富勒烯衍生物在 300 度之下都是无定性的,没有结晶温度,部分有玻璃转化温度,那为什么 PC61BM 有结晶温度呢?既然你的那些富勒烯衍生物没有结晶温度,为什么共混后热退火中析出晶体呢?那确定是晶体么?而不是无定形呢?高分子的结晶性会涉及到侧链的晶化,那富勒烯的呢?为什么将酯变成酰胺就没有结晶温度了呢? A :最讨厌关于 DSC 的测试结果的讨论了,迄今还没有找到任何关于富勒烯衍生物的深刻的 DSC 讨论,俺都不懂啊,之前某个衍生物有三个吸势峰,问了一圈还是北大的 PJ 老师说可能是两相之前转变的相变温度,而且也没给出文献。 5. Q :你说富勒烯可能对聚合物膜的有序性做出了破坏,证据是膜的吸收谱图以及 XRD 等,那么富勒烯的膜本身是有序还是无序的,它是怎么对聚合物的膜做出破坏的。业界对 P3HT : PCBM 的膜的形貌理解和控制做了大量的工作,却极少有人对于单个富勒烯的形貌做研究,你有想过吧。 A :呃,其实迄今我没有看到过对富勒烯膜的研究,只看到在 20 年前有人对 C60 的膜有一些研究。确实,对于共混的膜的一半组成,居然几乎没有人去研究,这是一个值得深思的问题。 6. Q :既然大部分文献都说提高富勒烯的 LUMO 越高越好,那提高到多少好呢? Nakamura 的 5 加成提高了 0.4~0.5eV , Voc 只高到 0.6~07 ,而 Jsc 降到 1~3 ,这是为什么呢? A :电子给体的 LUMO 与受体的 LUMO 间的间隙 ΔE1, 是必须有 0.3~0.4eV 以上的,因为在有机物中激子分离的能量是这个值, Nakamura 的衍生物效果很差的原因是 P3HT 与 PCBM 的 ΔE1 只有 0.5eV ,若将富勒烯的 LUMO 提高 0.4~0.5eV ,将使 ΔE1 只有 0~0.1eV ,这样激子就无法分离, Jsc 很低就是一个佐证。 Q : Nakamura 这篇文献给出的 P3HT 与 PCBM 的 ΔE1 确实是 0.5eV ,可是还有很多文献给出的值是 1~1.1eV ,如果真实情况是后者,那么就无法从 ΔE1 角度解释了。 A :这确实是一个问题,业界对于 P3HT 与 PCBM 的 ΔE1 是没有达成共识的,我也在思考这个问题,有什么方法可以证明或研究这一点呢?
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日本三菱公司将有机太阳能电池的效率做到9.2%,明年商业化
wangshu 2011-9-21 11:54
这可能是小分子太阳能电池,可能是卟啉做给体,富勒烯做受体,大概是东京大学的中村荣一研究组做出来的,由三菱公司优化的。打印版电池效率为9.2%,实验室内可做到9.5%。工业化的东西,大概日本人是既不会发文章,也不会申专利的吧。 ============ http://www.sciencemag.org/content/332/6027/293.full?sid=f5abf115-1b31-4415-b202-32da42815ea7 332 no. 6027 p. 293 DOI: 10.1126/science.332.6027.293 NEWS ANALYSIS SOLAR ENERGY Outlook Brightens for Plastic Solar Cells Robert F. Service The global market for solar cells has been growing at more than 30% a year for much of the past decade. But to match the scale of coal or nuclear power anytime soon, the technology will have to do much better. Silicon cells, the premier solar technology, convert 15% to 20% of the energy in sunlight to electricity, and their price has been dropping steadily. But many industry observers worry that a price floor could be near, because the cells require expensive clean-room technology to manufacture. Thin films of copper, indium, gallium, and selenium are 15% efficient and cheap, but indium is in short supply. Cadmium-telluride thin films, which rely on rare tellurium, are in much the same boat. View larger version: In this page In a new window On the rise. Makers of organic solar cells report steady gains in electrical output. SOURCE: COMPANY DATA “The door is still open for a technology that gives you 15%, is cheap, and uses abundant materials,” says Michael McGehee, a materials scientist at Stanford University in Palo Alto, California. It's an opening that makers of plastic solar cells hope to fill. For years the efficiency of polymer-based cells scraped along at a feeble 3% to 5%. But things have improved markedly over the past 2 years. In early April, Mitsubishi Chemical reportedly set a new efficiency record, producing organic solar cells with a 9.2% conversion efficiency, according to The Nikkei , a Japanese business daily. Meanwhile, three other companies—Konarka Technologies in Lowell, Massachusetts; Solarmer Energy Inc. in El Monte, California; and Heliatek in Dresden, Germany—are now reporting cells with efficiencies greater than 8%. Many researchers in the field are confident that the figure could soon top 10% and possibly reach 15%. “The efficiency of organics is lower than other technologies,” says Bernard Kippelen, an optics expert at the Georgia Institute of Technology in Atlanta. “But they are catching up at a fast pace.” Just what lies behind the efficiency gains in the companies' cells is hard to determine, as they have released few details about how they are made. But progress has been coming in areas beyond efficiency as well. For example, researchers led by Wei You, a chemist at the University of North Carolina, Chapel Hill, reported online 4 March in the Journal of the American Chemical Society devising two novel polymer-based light absorbers that catch less light than some polymers but are better at converting what they do catch to electricity. In recent years, most makers of polymer solar cells have focused on designing polymers that absorb all visible light down into the reds, the low-energy end of the spectrum. The hope has been that maximizing the amount of light absorbed would improve the cells' energy conversion. Although that approach has been somewhat successful, the red absorbers are less successful than higher-energy light-absorbing polymers at converting absorbed light to electricity. View larger version: In this page In a new window Future power? Plastic solar cells are lightweight, flexible, and cheap to make. Efforts now focus on boosting efficiency and lifetimes. IMAGE CREDIT: KONARKA You and his colleagues created two new violet-to-yellow light absorbers, which give up on harvesting the reds but do a better job with what they do catch. The result was single-layer polymer cells with a 7.3% efficiency. “That's impressive work,” says Alan Heeger, a physicist at the University of California (UC) Santa Barbara, who won the chemistry Nobel Prize in 2000 for his work on conducting polymers and has pioneered work on polymer solar cells. Heeger notes that the new polymer should be ideally suited to pairing with a second, red-absorbing cell to make higher efficiency “tandem” cells. Heeger's group reported the first tandem polymer solar cells 4 years ago ( Science , 13 July 2007, p. 222 ). The idea is to stack two or more solar cells atop one another, one to absorb more energetic photons of blue and green light, the other to focus on catching the reds. It's a strategy used widely by makers of inorganic cells. But it has been less successful with organics, in part because the solvents used to print the top solar-cell layers can dissolve those underneath. Polymer tandem makers try to prevent that by laying down a barrier layer between the two cells. But just the right barriers can be hard to make, because they must be not only conductive to collect electrical charges in the cells but also optically transparent. At the American Chemical Society (ACS) meeting 2 weeks ago, * Yang Yang, a physicist at UC Los Angeles, reported that his group had modified a common interlayer material known as PEDOT, making it five orders of magnitude more conductive. That should make it a far better barrier layer and improve the performance of tandem cells, work the group is now trying to carry out. Another concern for organic solar cells has been lifetime. As anyone who has left children's plastic toys in the backyard over the summer knows, sun can degrade many organic materials. That's of particular concern for solar cells that must hold up under relentless sun exposure. In hopes of addressing this concern, McGehee and colleagues at Stanford have constructed an apparatus to speed up lifetime testing of organic solar cells. At the ACS meeting, McGehee reported that the first light-absorbing polymer his lab tested, known as PCDTBT, lasted 7 years. That may seem short to someone looking to get decades of power out of the devices, but McGehee says efforts to improve the lifetime of these devices are just beginning. “I think that it's encouraging,” he says. Many organic-solar-cell researchers are starting to share his sunny outlook. ↵ * American Chemical Society, 27–31 March, Anaheim, California. The editors suggest the following Related Resources on Science sitesIn Science Magazine Not-So-Sunny Outlook for Organic Photovoltaics Edwin A. Chandross Science 1 July 2011 : 35 - 36 . Full Text Full Text (PDF) ============= http://techcrunch.com/2011/04/06/mitsubishi-chemical-to-commercialize-printable-solar-cells-next-year/ Mitsubishi Chemical To Commercialize Printable Solar Cells NextYear Serkan Toto posted on April 6th, 2011 Comments Another small step ahead in solar energy: Mitsubishi Chemical has developed printable solar cells with a conversion rate of 9.2% and now plans to commercialize the cells as early as next year, according to Japanese business daily The Nikkei. The cells are reportedly 90% lighter than the products currently out there and just “several hundred nanometers” thick. Because they are mainly based on carbon, Mitsubishi expects their cells to eventually cost 90% less than their silicon-based counterparts. Developed in collaboration with the University of Tokyo , the cells can be attached to a variety of objects, but Mitsubishi is already cooperating with Japanese car makers in order to explore ways to use them for electric cars and hybrids. By 2015, the company wants to see the 9.2% conversion rate of their cells to grow to 15%. Tags:solar energy,cgjapan,solar cells,Mitsubishi Chemical,Headlin
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美国政府的太阳能样板工程失败
热度 4 Amsel 2011-9-9 11:43
既然现在正在讨论政府资助科研项目经费的问题(以及某人院士落选引出的一场关于大项目的口水战),可以趁便关注一下一个相关的要闻: 美国政府(包括美国能源部)重点扶持的样板工程,生产铜铟镓硒太阳能电池的公司Solyndra,一星期前申请破产,现在FBI介入调查。 硅谷《圣何塞水星报》的新闻:FBI搜查Solyndra总部: http://www.mercurynews.com/ci_18851389?source=most_emailed Solyndra这个名字结合了“太阳(solar)”和“筒(cylinder)”,因为他们的太阳能电池是筒状的: 他们破产的原因,公司自己宣称是因为中国生产的多晶硅材料大幅降价,使得他们自己的材料没有竞争力。 最近三年多晶硅的降价幅度(从400跌到不到100;明年会跌到不到50,几乎跌10倍): 不过其他报导说,他们一开始的定价就成问题:成本是6美元,售价是3美元,而有竞争力的价格是2美元。烧钱无法持续。见ABC新闻的报道: http://abcnews.go.com/Blotter/solyndra-investigation-probe-white-house-role-massive-energy/story?id=14434588 这个公司是美国政府的样板工程,总统奥巴马和能源部长朱棣文都曾参观;能源部并且提供了5.35亿美元的政府贷款保障,是前两年奥巴马政府经济刺激政策的一个受惠者。现在这个公司申请破产,1000名左右的员工失业,这个工程成为国会共和党人攻击奥巴马政府的一个理由。 FBI和能源部联合调查这个公司,目的是调查公司运作的效率,以及是否存在欺骗问题。 按照“中国太阳能制造网”的说法,美国能源部近年资助的小型项目不乏成功的例子,而“政府下过多力气树立行业领先者是多么的愚蠢”。 “中国太阳能制造网”:《 从Solyndra破产中我们学到什么?》 http://www.tyn888.com/NewDetails_5772.html
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有机太阳能电池的最近效率进展
热度 2 Z.R.Hong 2011-9-6 14:22
有机太阳能电池的最近效率进展
2011年暑期,有机太阳能电池领域里的一个进展是,来自UCLA杨阳研究组的叠层结构聚合物光伏器件,在美国国家再生能源实验室(NREL)通过了认证,得到了8.62%的效率。这是有机叠层结构太阳能电池效率(通过标准机构认证)首次超过其它有机单异质结,成为这个分枝学科中的领先者。 另外,有机太阳能电池是近年来进步比较大的一个方向,效率从1986年的1%到2005年4%,走过了足足二十年,而从4%到8%,只有了短短5年。预期在很近的未来,效率会达到10%左右(三菱化学目前的内部效率),叠层结构可能会有更高的效率,估计在~15%。 而工业界认为的生产水平,基本是在9%左右。考虑到该技术在成本上的优势,这个入门的门槛可能会更低。
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终极研究
neugjl 2011-7-5 10:19
人们在不断的最求着极致的生活。 花很大的力气在研究太阳能电池。我觉得如果能够把绿色布满整个地球就已经是最最节能环保了,而且这也是最简单、最环保的。不需要有大型的组织来推动,不需要有高端的科技来支持;播下一粒种子,你就能收获一片绿色。 不断的进行仿生方面的研究,机器人越来越像人了。有必要么,经过几亿年进化而来的“人”,难道还证明不了“人”本身的优越性么。最终极的机器人也就是人自身,而且我们每个人都有创造它的能力。
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准固态氧化锌染料敏化太阳能电池--终于和能源搭上边了
热度 2 cspring 2011-5-11 06:02
去年下半年的一点成果,本来可以深入继续搞下去的,可惜这边不做DSSC... 以前实验室的兄弟们告诉我,在改进若干条件后现在差不多做到6%了,在基于氧化锌 阳极材料的准固态DSSC里面,这个效率已经是世界前列了...可惜跟我没啥关系了,其实 做电池还是蛮好玩的... 期刊不算太好,被EES婉拒,诱惑说PCCP可以无审接受,实在是被投稿过程搞得太累,遂 从了。编辑有做奸商的潜力。所以有了“Received 6th April 2011, Accepted 7th April 2011”。 这个就是传说中的,瞬投瞬收。。。 不知道的还觉得很nx,其实。。。哎。。。人生啊,人生。。。 对于这个工作我对其中的想法还是蛮满意的,目前DSSC很多用氧化钛和氧化锌的纳米材料 作为阳极,通常有纳米颗粒,纳米线,以及各种多级结构。提高效率主要是从提高比表面积, 载流子传输速率,加强光散射三个方面入手。明显的纳米颗粒虽然比表面积大,但是不利于 载流子的传输;纳米线虽然提供了良好的导电通道,但是表面积又不太够;这里,我们一步 合成的多级结构(直接化学沉淀,无需劳什士高压釜,表面活性剂,常温常压家里面都可以 做)比表面积大,载流子传输系数是纳米颗粒的10倍,同时又可以作为良好的光散射中心, 无疑是一种优秀的DSSC光阳极材料。有兴趣的朋友可以follow一下哈,如果想合作做做可以 和俺以前的boss联系。另外求引用,呵呵。 http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cp/c1cp21068h ZnO hierarchical structures for efficient quasi-solid dye-sensitized solar cells Chun Cheng, Yantao Shi, Chao Zhu, Wei Li, Lin Wang, Kwok Kwong Fung and Ning Wang Phys. Chem. Chem. Phys. , 2011, Advance Article DOI: 10.1039/C1CP21068H, Communication Abstract We report a direct precipitation method for mass production of ZnO microflowers (MFs) containing hierarchical structures. The ZnO MFs are constructed by interlaced single crystalline and porous nanosheets which are ideal photoanode material for dye-sensitized solar cells (DSCs) because the MFs can largely improve the energy harvesting performance and the efficiency of DSCs. Compared with other forms of nano-sized structures, the novel hierarchical structures show obvious advantages in DSC application because of their large surface area for dye-loading, good light scattering efficiency and excellent electrical transport property. The quasi-solid state DSCs fabricated with the MF hierarchical structures exhibited an efficiency of 4.12%, much higher than that of ZnO nanoparticle-based DSCs, indicating a great potential for the development of highly-efficient quasi-solid DSCs.
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无需太阳能电池的太阳能电源
hxgwzu 2011-4-24 10:57
无需太阳能电池的太阳能电源
众所周知,光兼具电、磁双重属性。但到目前为止,科学家们大多认为磁场效应太弱因而可以忽略。最近,美国Michigan大学的 Stephen Rand及其合作者经研究后指出,实际情况并非如此,并研发出一种新的光电池。 (From: http://en.wikipedia.org/wiki/File:EM_spectrum.svg ) 研究表明,当穿越一种非导电材料时,光可以产生比原先预计强100倍的磁效应。在高强度光情况下,磁效应可与电效应匹敌。利用这个特性,该团队研制出了一种高容量的新电源,其中的电荷分离是通过光的磁效应而非电效应来实现的。凭此,在太阳能电池制造过程中,就可以不用半导体材料了,变得更加经济有效。 参考资料 : Optically-induced charge separation and terahertz emission in unbiased dielectrics W. M. Fisher, S. C. Rand, J. Appl. Phys . 2011 , 109 , 064903. DOI: 10.1063/1.3561505 (From: http://www.chemistryviews.org/ ) (From: http://en.wikipedia.org/ ) 相关研究 : New Type of Solar Cell with Improved Efficiency
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[转载]国内光伏市场或将大规模启动
wfshen 2011-4-11 08:54
(文章来源:中国能源报) 3月30日,科技部国际合作司负责人王启明在第五届中国新能源国际高峰论坛上透露,科技部“十二五”能源战略将把重点放在新能源产业上,具体包括高效太阳能电池、智能电网、洁净煤以及风电大规模利用。在王启明的表述中,太阳能被排在了第一位。由于会议召开时间距离日本福岛核电事故不久,故而来自政府、企业和学界的多位代表纷纷强调,日本核危机的出现为其他形式的清洁能源,尤其是太阳能提供了更大的发展空间。根据国家“十二五”规划纲要,2015年我国光伏装机要达到500万千瓦。   国家发改委能源研究所副所长李俊峰表示,到“十二五”末,太阳能的装机容量很可能比预想的要高出很多。   全国工商联新能源商会秘书长曾少军介绍说,我国2015年甚至2020年非化石能源目标如果去掉水电和核电,其他新能源所占的比例非常少。“这是我在一次内部会议上生气的原因。”他毫不讳言。由于全球核电装机是所有新能源的9倍,因此他一方面强调我国核电会在安全的基础上继续发展,另一方面也设想了在核电整顿过程中,若要实现非化石能源发展目标,哪些其他能源能挑起大梁。他表示,除了刚刚恢复大型项目审批的水电,最可依赖的就是太阳能。“光热发电将会有很大突破,另外光伏领域,目前电站特许权招标都是为大规模启动国内市场做准备。”他进一步表示,预计国内光伏市场大规模启动将提上日程,相关规划也会做相应的调整。   多晶硅产能扩张助降成本   尽管太阳能产业具有很大的发展空间,但其利用推广仍面临不少挑战。国内知名光伏组件生产商常州天合光能董事长高纪凡表示,光伏产业发展的潜在危机就是储能技术尚未获得大的突破。他强调,要提升产业,到2020年必须解决储能问题。中国可再生能源学会光伏专委会副秘书长吕芳则表示,全球光伏市场发展迅猛,其中分布式光伏应用发挥了重要作用,而中国在分布式发电领域的前景不明,问题很多。她建议我国在政策机制以及实施管理体系方面加强与欧洲的合作。据了解,自去年7月份以来,尽管徳国、法国和意大利等相继下调了光伏上网电价补贴,但欧洲市场仍保持了快速增长。   除了配套技术以及相关政策方面的问题,太阳能电池本身的成本问题也是业界关注的焦点。以多晶硅电池为例,自今年年初以来,作为多晶硅电池主要原材料的多晶硅价格一路上扬,受日本核危机影响,国际现货价格更是突破100美元大关。汉能控股有关负责人在论坛上预测,2011年中国光伏太阳能产能将达16GW,按照1万吨/GW的产能消耗,需要16万吨的硅原材料,而预计今年全年产量为5.5万吨。多晶硅仍存在较大缺口,这给多晶硅电池控制成本造成很大压力。   国内多晶硅巨头保利协鑫的多晶硅产量已占到中国总产量的40%。其首席技术官代冰透露,计划2012年公司产能扩充到6.5万吨,届时其产量将位居世界第一。据代冰介绍,公司2010年第四季度的生产成本是22.9美元/公斤,2011年第一季度成本降到22美元/公斤。他进一步透露,保利协鑫将在3-4年内将生产成本控制在15美元/公斤的水平上。“要实现这点,必须通过技术创新。”他说。   薄膜电池发展 装备制造业要跟上   资料显示,多晶硅电池的主要原料是多晶硅,多晶硅占到电池成本的85%。而国内光伏太阳能电池的另一种主流技术路线硅基薄膜太阳能电池虽然也会用到硅材料,但硅只占其成本的1%。因此硅价上涨对薄膜电池的影响微乎其微。据了解,相较多晶硅太阳能电池,薄膜电池具有产业链短、用材少、能耗低和零碳排等优势,并且薄膜电池的能源回收时间仅为1年,而多晶硅电池则需要2到3年。但由于薄膜电池的效率比多晶硅电池要低,因此其规模化应用也需要解决成本问题。   据了解,尽管薄膜电池在未来具有很大发展潜力,但装备制造业方面的局限阻碍了薄膜电池的进一步发展。国内硅基薄膜电池的主要生产商东莞宏威数码的董事表示,装备短板确实是目前硅基薄膜电池发展的瓶颈,很多投资者都有这方面的担忧。他表示,要突破产能上的限制,最终达到降低成本的目的,必须依靠自身的投入,加大研发力度,并开发出相关的专业设备。简明透露,公司最近推出的生产线设计产能较之三年前做规划时翻了三番,其中几乎所有的设备都是公司自主设计和制造的。在他看来,薄膜电池要具备竞争优势,不断提升能源转换效率固然重要,但最重要的还是降低电池的综合成本。   这样的判断得到了不少光伏人士的认同。浙江正泰的首席科学家周曦曾在美国第一太阳能公司First solar的前身Solar Cells工作。第一太阳能虽然专攻镝化镉薄膜电池,与中国薄膜电池领域的主流核心不一致,但它的发迹显然也遵循着装备自主化的原则。据周曦透露,美国虽然还有2-3家企业的镝化镉电池接近量产,但没有一家能够达到第一太阳能的规模。“第一太阳能的设备是自己设计的,外面没有卖,只有它指定的厂家能做。”欧瑞康相关负责人也表示,材料成本占到薄膜电池成本的50%-60%,降低材料成本是降低电池成本的必然途径,但更要在保证质量的前提下,实现设备生产或者采购的本土化。欧瑞康是一家瑞士公司,设备本土化意味着未来它可能会逐步采用中国国内研发的电池生产线,这又为光伏配套产业提供了巨大的商机。
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[转载]中国新能源产业最新数据公布 2011-01-27 16:21:00
wfshen 2011-3-29 08:16
文章来源:一财网 关键字 太阳能 新能源产业 最新数据    1月27日公布的《2010中国节能减排产业发展报告》对包括太阳能、风能、生物质能、核能在内的我国新兴能源产业现状数据进行了全面更新。    太阳能:有产业没市场   在太阳能产业方面,中国光伏产业总计有10家企业实现海外上市,IPO融资总额超过20亿美元;中国多晶硅材料总产量已从2005年的30吨增加到2008年的近5000吨,产能从2005年不足200吨上升到2008年的6000吨以上,基本缓解了中国太阳能电池生产中多晶硅材料短缺的问题。   在光伏电池生产方面,2007年,中国光伏电池产量首次超过德国和日本,居世界第一位。2008年的产量继续提高,达到了200万千瓦,占全球产量的比例由2002年的1.07%增长到2008年的近16%。   在光伏制造方面,由于近几年中国大陆和台湾地区的迅速崛起,一直以美日德为主的世界光伏制造格局已逐渐演变成美日德中为主,光伏制造前十名中也赫然出现了中国大陆和台湾地区的制造商。   但报告指出,与快速发展的光伏产品市场形成鲜明对比的是,中国光伏发电产品的市场应用还很少,目前主要用于解决偏远地区无电人口和特殊行业用电问题。   报告称,与海外市场旺盛需求形成鲜明对比的是,国内“有产业,没市场”,对太阳能这一绿色、清洁能源的应用相对滞后。   在太阳能热水器产业方面,报告称,2008年底,中国生产了3100万平方米的太阳能热水器,占全世界产量的80%左右,中国是生产和使用太阳能热水器最多的国家。   目前,中国太阳能热水器年产量达到3000万平方米,总保有量达到1.5亿平方米,可替代2250万吨标准煤或760亿千瓦/时电力,占社会总能耗的1%,提供80万个就业岗位。   风能:连续四年翻番   2009年我国除台湾省外新增风电装机10129台,装机容量1380.32万千瓦,超过美国排名全球第一。到2009年,全国新增装机增长率、累计装机增长率均连续四年翻番。2009年底我国除台湾省外累计风电装机容量2580.5万千瓦,全球排名由2008年的第四位上升到第二位。   统计 显示 ,从2004年末到2008年末,中国风 电能 力增加了250%,达到了1.2亿千瓦,首次超过印度成为第四个装机超过1000万千瓦的大国。   2009年,华北地区新增风电装机容量7457.3兆瓦,连续四年位居各区域之首。截至2009年12月31日,中国风电累计装机超过1000兆瓦的省、自治区、直辖市超过9个。   随着国内企业兆瓦风电机组产量的增加,2007年兆瓦级风电机组的装机容量占到当年新增市场的51%,2008年占到72.8%,2009年占到86.86%。兆瓦级风电机组目前已成为中国风电市场的主流产品。   报告称,受风电特许权项目地设备国产化率的强制要求的影响,国产风电机组的市场份额已超过进口机组。2009年,中国市场新增装机超过100兆瓦的机组制造商有19家,其中华锐、金风、东汽三家装机均超过1000兆瓦,三家企业装机容量占2009年全国新增装机的59.7%。   2010年,中国风力发电新开工重大施工项目378个,项目总投资额高达近3000亿元。报告称,中国风能资源可开发量约为7亿~12亿千瓦,从中国风能资源看,风电完全可能成为火电、水电之后的第三大 电源 。 生物质能:诸多瓶颈   我国拥有丰富的生物质能资源,每年理论有生物质能资源50亿吨左右,其中农作物残留物占一半多。生物质能源是我国仅次于煤与石油的第三大能源,在全部能源消耗中约占15%,是唯一可运输和储存的可再生能源。生物质能源目前主要用于发电和转化为“绿色汽油”与“生物石油”。   截至2008年底,全国生物质能发电累计装机容量达到300万千瓦。2010年,全国沼气发电容量为80万千瓦,2020年达到150万千瓦;2010年垃圾焚烧发电装机达到50万千瓦,到2020年焚烧发电的垃圾处理量将达到总量的30%,垃圾焚烧发电总装机将达到200万千瓦以上。   我国最先起步的是生物质转化替代石油,即乙醇汽油。截至2008年底,全国共生产销售燃料乙醇165万吨,我国已成为全球第三大燃料乙醇生产国,仅次于巴西和美国。   在生物柴油方面,目前全国有7家万吨级生物柴油生产企业,生物柴油年产量超过100万吨。   但报告指出,目前我国生物质能源的发展面临一些瓶颈问题,包括生物质资源不足、品质不佳、收集困难、难于转化;生物质催化与转化效率低下,过程能耗和水耗高;生物转化工艺难以低成本规模化放大,以及生物能源终端产品品质不佳、产品标准欠缺等。 核电:与核大国地位不相称   中国是继美国、英国、法国、前苏联、加拿大和瑞典之后,世界上第七个能自主设计和建造核电站的国家,但核电的发展状况与核大国的地位极不相称。   报告称,2007年,中国核电发电量和装机容量的比重分别达到1.92%和1.24%,在拥有核电的国家中是最低的。2008年全国核电总装机容量和发电量分别是885万千瓦和684亿千瓦/时,仅占全国总装机容量的1.1%和总发电量的2%,与世界核电水平17%相比,中国核电仍有很大的发展空间。   报告称,近年来中国不断调高核电发展的目标,根据最新目标,2020年核电占电力总装机容量的比例将达到8%以上,照此计算,2020年中国核电装机容量至少可以达到7000万千瓦,相当于未来12年我国平均每年有5~6台百万千瓦核电机组投产。   截至2009年底,中国已核准10个核电项目共28台机组,总容量为3140万千瓦,其中20台计2192万千瓦已开工建设。中国已成为世界上核电在建规模最大的国家。   报告还首次对新能源汽车发展现状进行了描述。目前,国内主要汽车整车企业都开展了新能源汽车的研究开发、制造,有些产品已经实现了商业化生产。但销售规模非常有限,新能源汽车所用的关键核心零部件基本上来自国外厂商。   国家能源局规划司司长江冰在去年上半年能源经济形势发布会上曾透露,《新兴能源产业发展规划》经过多次修改和完善,已比较完善和成熟。正按照有关程序上报国务院审批。规划期为2011~2020年,规划期内累计将直接增加投资5万亿元。   《新兴能源产业发展规划》既包含了核电、风能、太阳能和生物质能等新能源资源的开发利用,也包含了对传统能源升级变革的技术,比如洁净煤、智能电网、分布式能源、车用新能源等。   据国家能源局的初步测算,《新兴能源产业发展规划》实施后,到2020年,中国将大大减缓对煤炭需求的过度依赖,能使当年的二氧化硫排放减少约780万吨,当年的二氧化碳排放减少约12亿吨。每年增加产值1.5万亿元,增加社会就业岗位1500万个。   《2010中国节能减排产业发展报告》由中国节能环保集团公司、中国工业节能与清洁生产协会共同编撰,国家工信部原部长李毅中、国家发改委副主任解振华、全国人大环资委员会主任委员汪光焘担任该报告的总顾问。
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“太阳能”可不是绿色能源!只有风能、水能和潮汐能才是最绿色的
热度 6 王惜宝 2011-3-12 18:30
时下一谈到绿色能源,人们首先会想到太阳能。太阳能用之不尽,取之不竭,且使用过程中干净,也温室气体产生,故此在能源危机感强烈、谈温室气体色变的今天,自然将太阳能视作救世主也不足为怪。 但从全球气候变暖角度看,太阳能其实是一个很重要的“帮凶”。更不用说,目前的太阳能电池生产和使用过程会产生很多污染物! 谈到全球气候变暖,人们马上会想到“温室气体效应”,即由二氧化碳、甲烷等热容量较大的气体吸储大量的热量,使得地表变暖。没错,这一类温室气体对全球气候变暖具有很大的促进作用。不过人们可能不太注意的是,随着全球城市化进程的加快,大量的水面被水泥沥青的马路所取代,大量的农田和植变成了高楼大厦。这就带来了严重的所谓的城市“热岛效应”。 当阳光照射到植被表面时,一部分太阳能通过光合作用转化成了植物内部的生物能,贮藏在植物内部,因此照射到地表被吸收的太阳能不会转变成热能,不会产生热效应,自然就不会增加地表系统的熵。而大部分太阳能会因为叶子的反射作用推出了地表系统。但是,当植被被建筑物取代时,建筑物表面就会大量地把太阳能吸收并转化为热能,产生显著的热效应。 由于水泥砖瓦对太阳能的吸收率要远高于植物叶面,因此,在人类城市化进程中,会有越来越多的太阳能留在了地表系统中,而且全部都变成了热能,从而增加地表系统的熵值,引起温室效应。 太阳能是一种地表系统之外的能源,虽然在漫长的地球演化进程中,太阳能已经成为地球地表热平衡系统里面的一个重要能源,不可或缺。但是随着城市化普及,太阳能会越来越多地留在地表,而且都以热能的方式留下。因此地表系统的原有热平衡就会被破坏,人们感觉越来越热就不觉为奇,因此,发展太阳能能源,过多地把太阳能留在地表,必定会导致地表系统的热平衡破坏和熵增高,那么地表系统的混乱程度越来越高,各种极端天气以及地震、火山喷发也就不可避免 !(参见“ 是谁导致了地震频发 ”) 所有的矿物能就像是“地下的魔鬼”,一旦使用,就会将沉睡的能量释放到地表系统中,最后都会引起地表系统热能增加和熵增加;而植物能和太阳能则如“天上的魔鬼”,一旦使用,也会将“天外魔鬼”引入地球,导致地球的变暖! 而核能则更像是“心中的魔鬼”,一旦释放,对地球安全的危害更甚! 从热力学角度看,在宏观的地表系统中,只有风能、水能(势能)、潮汐能和地热才是对地球热平衡系统没有影响的绿色能源!因为它们是地球内部本来存在的原有热能(表现为动能和势能)!使用它们不会增加 地球的熵值 。特别是风能、水能和潮汐能,本来就是 地表系统 的热能的表现形式,利用它们不会改变我们 地表系统 总体的热平衡( 当然局部地域的平衡可能会被打破,但对整个地表系统的平衡没有影响 ),使用它们不会增加 地表系统 的的总熵。所以,只有风能、水能和潮汐能才是最绿色的能源!
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日本太阳能电池方面的研究
热度 3 chenbinmse 2011-1-23 16:43
由于其清洁和可再生的特点,太阳能电池的研究可谓炙手可热。太阳能发电的机理可以简单的参照下图。作为太阳能电池的原材料,目前为止报道的有 monocrystalline silicon, polycrystalline silicon (poly-Si), amorphous silicon, gallium arsenide, cadmium telluride, copper indium selenide/sulfide, organic dyes and polymers等。从当前市场占有的份额来看,多晶硅还是占下了半壁江山;从生产企业的规模来讲,多数大公司还是集中在日本,德国,美国等。 图片来源:(SUMCO Corporation) 日本是能源消耗大国,其资源短缺的情况促使它一直积极开发太阳能。从2000年起,日本的太阳能光伏发电、太阳能电池产量多年位居世界首位,约占世界总体产量的一半。博士期间在NIMS从事过多晶硅方面的研究,对这一行业也深感兴趣。下面是自己对日本在这方面研究的一点了解: (1)产业技术综合研究所(AIST) AIST里的太阳光发电研究中心包括结晶Silicon组,Silicon新材料组,化合物薄膜组,系统评价组,有机新材料组,产业化战略组等。 (2)物质材料研究所(NIMS) 研究包括多晶硅的生长,晶体中缺陷的评价等。 (3)东北大学IMR 在多晶硅的生长方面造诣很深,另外还做一些器件的制作以及相关表征等。后来听说负责的Nakajima退休后,里面的人也开始分家了,现在分成了好几个小组。 (4)筑波大学 主要是探讨能用于太阳能电池的新化合物材料,比如硅化物等。和NIMS还有东北大学都有合作。 (5)日本宇宙研究所JAXA 主要是多晶硅中的有关缺陷表征。 当然除了日本的研究机构,日本各大公司的研究也是特别的厉害。比如,夏普,三洋电机,日本京瓷,三菱重工等在太阳能电池方面的影响,也是有目共睹的。
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为什么硅晶体可以用来做太阳能电池?
wliming 2010-9-8 15:50
硅是间接带隙半导体,电子跃迁需要声子参与才能保证动量守恒,导致跃迁几率很低。所以,硅不能用来做发光二极管。砷化镓是直接带隙,是做发光二极管的恰当材料。 按道理,发光和光吸收是相反的两个过程,硅的发光和光吸收应该都是不容易进行的。但是,硅却可以用来做太阳能电池。这是什么道理呢?
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[转载]太阳能电池的性能表征
zjl5288 2010-9-4 16:58
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染料敏化纳米晶太阳能电池
jimmydz2005 2010-4-29 21:47
染料敏化太阳能电池(DSSC),也称为Gratzel cell 。目前最成功的是Gratzel等人提出的染料敏化纳米二氧化钛薄膜为光阳极的太阳能光电池(简称为Gratzel电池),其光电转换效率在模拟日光照射下(AM1.5,1000Wm -2 )已达10%。电极材料TiO 2 具备价格便宜、制备简单、无毒、稳定、应用范围广,且抗腐蚀性能好。但其禁带宽度为3.2eV;吸收范围都在紫外区,因此需要染料敏化。为了吸附更多的染料分子,必须制备多孔、大比表面积的纳米TiO 2 薄膜电极。 多孔纳米 T iO 2 薄膜的制备方法主要有两种:溶胶-凝胶法和由二氧化钛超细粉制得。如由二氧化钛纳米管,碳纳米管阵列的制备已产生了各种方法,包括沉积到一个纳米多孔氧化铝模板;溶液凝胶法以有机凝胶因子作为模板,在水浴中进行种子生长。 同时Gopal等人还发现,添加额外的乙酸到阳极电解液可以改变二氧化钛纳米管的脆性,改善使用时易损坏的倾向,提高其机械强度。此外, 在硼酸环境中制备的钛纳米管表现出紫外光电转化效率为7.8%,在580℃ 退火制得的 6 微米的纳米管阵列表现出最高的转化效率 为12.25%。 此外, Mane 等人研究的 TiO 2 /ZnO 薄膜电极的染料敏化太阳能电池,通过采用化学浴沉积技术制得TiO 2 /ZnO系统禁带宽度为3.2 eV ,敏化的 TiO 2 /ZnO 电池有一个25min的短路电流稳定期 ,设备的光电转换效率为0.67 %。 染料敏化纳米薄膜太阳能电池多采用液态电解质作为电荷传输材料。液态电解质的选材范围广,电极电势易于调节,因此取得了一定成果。但液态电解质有以下缺点:(1)液态电解质的存在易导致敏化染料的脱附;(2)溶剂挥发,可与敏化染料作用导致染料降解;(3)密封工艺复杂,密封剂也可能与电解质反应。 对于全固态太阳能电池,目前最常用的是空穴传输材料一般为p型。p型半导体材料应满足:(1)在可见光区(染料的吸收范围)内必须是透明的;(2)沉积p型半导体材料的方法不能使吸附在 TiO 2 纳米晶体上的染料溶解或降解;(3)染料的激发态能级在 TiO 2 导带之上,而基态能级在p型半导体价带之下。 参考: 1. 陈振兴. 高分子电池材料. 北京:化学工业出版社,2006 2. Gopal K. Mor, Oomman K. Varghese et al. Solar Energy Materials Solar Cells 90(2006),2011-2075 3. Rajaram S. Mane, Won Joo Lee, et al. J.Phys.Chem. B 2005,109,24254-24259
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简介硅太阳能电池
jimmydz2005 2010-4-29 21:42
硅材料是半导体工业中最重要且应用最广泛的元素半导体材料,是电子工业和太阳能光伏工业的基础材料。硅材料有很多种晶体形式,包括单晶硅、多晶硅和非晶硅,应用于太阳电池工业领域的硅材料包括直拉单晶硅、薄膜非晶硅、铸造多晶硅、带状多晶硅和薄膜多晶硅。它们有各自的优点和弱点。其中,直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛,占太阳能光电材料的90%左右。目前,单晶硅太阳电池的平均效率为15%,实验室效率已经达到24.4%;多晶硅太阳电池的效率也达14%,最大效率为19.8%;非晶硅太阳电池的稳定效率,单结电池为6%~9%,实验室最高效率为12%,多结电池为8%~10%,实验室最高效率为11.83%。 非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料,但由于其光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这样就闲置了非晶硅太阳能电池的转化效率。此外,其光电效率会随着光照时间的延续而衰减,即存在光致衰退S-W效应,使电池性能不稳定。 解决这些问题的途径是制备叠层太阳能电池。叠层太阳能电池就是在p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个p-i-n子电池。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于: ① 它把不同禁带宽度的材料组合在一起,提高了光谱的响应范围; ② 顶电池的i层较薄,光照产生的电场强度变化不大,保证i层中的光生载流子抽出; ③ 底电池产生的载流子约为单电池的一半,光致衰退效应减小; ④ 叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。 非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法很多,其中包括反应溅射法、PECVD法、APCVD法和LPCVD法等反应原料气体为H 2 稀释的SiH 4 ,衬底主要为玻璃和不锈钢片,制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。 非晶硅太阳能电池由于具有转化率较高、生产成本较低及质量轻等特点,有着极大的发展潜力。同时它的稳定性不高,直接影响了实际应用。 最近,Shalav和Richards等人将掺杂稀土元素的无机荧光粉应用于硅电池,研究表明相对较高的比例掺杂Er 3+ 到体系中,可以提高光吸收和荧光粉的发光特性。 参考: 1. A. Shalav, B.S. Richards, M.A. Green. Solar Energy Materials Solar Cells 91(2007),829-842 2. 周志敏. 21世纪的绿色能源太阳电池. 再生能源,2007,4 3. 杨德仁. 太阳电池材料 . 北京:化学工业出版社,2007
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有关太阳能电池发电过程中电能储存有关问题的思考
jizw0704 2010-3-29 23:54
在太阳能丰富的地域,或者是在离供电区较远的野外,利用太阳能发电是不错的选择。但是电的储存问题就随之而来了. 采用蓄电池呀!大家可能都会想到这样的方法,那么这样的司空见惯的方法好不好呢?有那些有缺点呢? 首先看看我们的目的,我们的目的仅仅停留在对电的单纯使用,不考虑其它问题的话,这的确是一个不错的选择! 【提出问题】 但是我们忽略了一个致命的问题蓄电池的污染问题,大家都知道,一枚纽扣电池就能污染60万立方米的水( ? ),相当于一个人一生的用水量了(详见附)。所以我觉得从长远利益来讲,这是绝对不可取的!! 那么是不是我们就束手无策了呢?不是的,曾有这样的建议将多余的电,转化成其他形式的能不就可以了吗? 附:一粒纽扣电池可污染6亿升水( ? ),等于一个人一生的饮水量。一节电池烂在地里,能够使一平方米的土地失去利用价值,所以把一节节的废旧电池说成是污染小炸弹一点也不过分。 我们日常所用的普通干电池,主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类,它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等各种金属物质,废旧电池被遗弃后,电池的外壳会慢慢腐蚀,其中的重金属物质会逐渐渗入水体和土壤,造成污染。重金属污染的最大特点是它在自然界是不能降解,只能通过净化作用,将污染消除。 重金属污染,威胁着人类的健康,人类如果忽视对重金属污染的控制,最终将吞下自酿的苦果,因此,加强废旧电池的回收就日显重要了。 近两年,废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重,一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害,这些报道在社会上引起了很大反响,有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。
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[转载]“美丽蝶翅”隐藏高效太阳能电池秘密(http://www.nanost.net/bbs/viewthread.php?tid=25307)
AQing 2010-3-3 11:02
能源紧缺、环境破坏使得清洁能源的 太阳能电池 在全球范围内受到极大的关注,很多 国家 政府及民间组织投入了大量人力及财力开发和生产属清洁能源的太阳能电池。继硅系太阳能电池之后,染料敏化电池由于成本低、绿色 制备 工艺、并可制成柔性 结构 等优点,倍受全球关注。但由于该电池较低的光-电转换效率等问题阻碍了其广泛 应用 。目前提高转换效率的重要方法之一是提高电池光阳极的光采集率,如何设计和制备具有高效太阳光采集能力的材料及结构成为了 研制 和开发先进太阳能电池的关键点之一,也是当前该 领域 科研 人员迫切需要解决的问题。 对此,上海交通 大学 金属基复合材料国家重点实验室,材料 科学 与工程学院张荻 教授 创立及领导的遗态材料科研小组启迪于碟翅的染料敏化太阳能电池的创新 研究 在国际范围内率先提出,可利用具有精细分级的碟翅作为模板,来制备染料敏化太阳能电池用的TiO2光采集 器件 。因为 自然 界的物种经过千百万年自然选择的残酷竞争,已进化出了无数相应的特殊结构。其中生活在寒带及高纬度地区的蝴蝶,其翅膀鳞片所具有的微结构,有助于个体充分、高效地吸收利用太阳能,以保持其体温,维持其物种的延续。受此启发,研究小组设计了一种全新的具有高光采集效能的太阳能电池的光阳极构件,并对此进行了研究和验证。通过遗态工艺,以蝶翅鳞片为 生物 模板,成功获取了保留原始蝶翅结构的TiO2材料。研究发现,相对于普通的TiO2薄膜,具有蝶翅结构TiO2的光吸收率可提高2倍以上,以此为光阳极,可以大大提高光采集效率,进而有望提高该类太阳能电池的光电转换效率。该研究巧妙地将自然进化的精细特种结构与功能材料的设计、制备一体化结合在一起,为今后设计和制备染料敏化电池提供了全新的设计思想和依据。 该研究成果自2009年1月13日在 美国 化学 学会( ACS )下属的《材料化学》( Chemistry of Materials) 杂志 发表后,包括美国ACS网站、New Scientist、 Science Daily、Semiconductor International、Photonics等国际著名 科技 网站在内的50余家媒体迅速对该研究成果进行了报道。 v~ L( i1 U6 ~# Q (《材料化学》(Chemistry of Materials),21 (1), pp 3340,Wang Zhang,Di Zhang)
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第一线最新资料:日本太阳能电池的现状和将来 (2009日文版)
yangze 2010-2-28 18:14
自己刚扫描的,扫描质量不太好,也比较大(27M),不能作为附件,感兴趣,需要这个资料的可以留下姓名,邮箱地址(可以接受27M的大邮箱)和工作单位。 目前看来CdTe 和CIGS开始逐步实用化,而染料敏化合有机薄膜太阳能电池还有一些问题要克服。
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微米级太阳能电池 小兵能立大功
yyt1 2010-1-7 09:46
新研究:微米级太阳能电池小兵能立大功 2010/1/6/08:49 来源:电子工程专辑 http://info.ec.hc360.com/2010/01/060849177881.shtml 美国Sandia国家实验室控制了硅(silicon)会生长成岛状的天然特性,利用了微机电系统(MEMS)技术将那些岛状物变成全世界最小的太阳能 电池 。该实验室声称,其开发出的微米(micron)尺寸太阳能 电池 之效能与晶圆片尺寸的同类相当,不过所消耗的 半导体材料 只有百分之一。 现在的太阳能电池是以完美晶格(perfectcrystallinelattice)排列方式长在整片晶圆上,而且若有瑕疵产生就得抛弃整片晶圆;不过Sandia国家实验室却发现了「越小越好」的道理。该实验室所开发的微小太阳能电池,周长约只有100微米、厚度14~50微米(包括电极);虽然细小得像雪花一样,但能以平行方式集合排列,提供与目前太阳能电池应用所需的发电规模。 此外,这些微小太阳能电池也能串接起来,产生传统太阳能电池无法达到的高电压;据了解,在传统太阳能电池能产生12伏特电压的相同空间中,采用微米太阳能电池串联将可产生数百伏特电压。而Sandia国家实验室还表示,由于该种太阳能电池的小尺寸,也能贴附在柔软的表面上,例如衣物等;并因此让所有物体的表面都能变成太阳能光电板。 在测试中,Sandia国家实验室以传统的自动取放(pick-and-place)机器手臂,能以每小时组装13万颗微小太阳能电池的速度进行生产,但所需的材料成本每颗电池只有十分之一美分。该研究是由美国 能源 部的太阳能科技项目(SolarEnergyTechnologyProgram)以及Sandia国家实验室的定向研发项目(DirectedResearchDevelopmentprogram)所赞助。
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太阳能电池
zjl5288 2009-12-10 20:04
太阳能电池
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[转载]硅基薄膜太阳能电池老化的原因
helmholtz 2009-10-17 14:06
德国科技部 为解决 这个问题投入百万欧元经费 在 EPR 实验室 虽然早有所知,但却没有人知道为什么硅会老化、非晶硅薄膜的电转换能力过了 1000 小时后会持续下降。因此五家机构的科研人员共同组成了“ EPR - 太阳能”联合研究课题组,试图借助EPR电子顺磁谱仪(见下文)破解这个秘密。联邦研究部( BMBF )自去年开始支持该项目,现在另将追加160万欧元额外资金。 HZB (亥姆霍兹柏林能源与材料中心)的 科学家克劳斯.利普斯( Klaus Lips )和亚历山大.施耐格( Alexander Schnegg ) 和他们的同事将以 经费购置一个特制的强场谱仪。他们将是在世界上第一个拥有这种最新一代测量设备的实验室。 “这真是太棒了。有了这种设备,我们将能够知道过去我们无法掌握的硅材料内部结构的细节。” EPR - 太阳能项目协调员克劳斯.利普斯高兴地说。除了 HZB 之外,参与这个协作项目的单位还有:于利希 研究中心、柏林自由大学,马克斯.普朗克钢铁研究所和慕尼黑工业大学。 EPR 测量专用样品夹具 太阳能电池的优点在于它能够把太阳光直接转换成电能。之所以如此,是因为材料的内部可以通过吸引太阳光形成带电载荷,后者象小车一样穿越太阳能电池形成电流通路。然而,在现在的太阳能的电池板中一些载荷却会消失,从而降低了太阳能电池的效率以及实用价值。对太阳能行业来说,这的确是必须得以解决的真正的难题 - 尤其是当薄膜硅电池的生产能力稳步上升之后。电荷消失的原因是半导体结构中的材料缺陷。为了识别和避免这些缺陷,科研人员就必须做到,要以高过百万分之一毫米的精度测量太阳能电池的内部结构。 EPR 电子顺磁共振谱仪( Ele c tron P aramagneti c Resonanz Spectrometer ) 测量的是带电粒子的一种 量子指标,本征角动量( 自 转)。当自旋遇到磁场时,它就会象微小的指南针顺着磁场排列。现在以微波照射样品。在某些磁场强度下将产生共振效应,这时指南针将回转 180 度( 自旋反转 )。为此所需的能量可以得以测量并反映电子周边环境情况。在与计算机联用的情况下,通过这些信息便可以获得太阳能电池板以及材料缺陷方面的结构细节。一般来说,所用磁场强度越高、辐射频率越高,所获得的结构信息就越准确。然而,谱仪的价格也会随着磁场的增加而迅速上升。不仅如此,建造具有相应精度的装置技术上也有很高要求。 商用EPR电子顺磁共振谱仪目前的记录是12个特斯拉,由总部在卡尔斯鲁厄的 Bruker Biospin 公司的新开发的产品保持 ,这大约是常见谱仪的磁场强度的 30 倍。该设备的另一大显着特色是所用的辐射源,它可以用微波和红外光之间的任何频率辐照样品。 测量硅薄膜太阳能电池特点的电学性能 凭借“EPR太阳能”项目的成绩以及科研规划,HZB的科研人员说服 BMBF ,柏林研究所有必要购置这台仪器供协作组成员共同使用 。前不久,施内格和他的同事才刚刚在同步辐射储存环 BESSY II 上加装了一个特殊 的测试窗口,可以在不同的太赫兹频率下进行 EPR 测量。 这套新的布鲁克设备提供 263吉 赫( 0.263 太 赫兹)高频率辐射。由此可以获得这个频率下的最精确的 EPR 谱线。这样, BESSY 的 设备可以提供一个广泛的面上情况,而新谱仪则可以展示精确的能量细节。“凭着新设备无与伦比的特点并结合 BESSY II 上的太赫兹测量窗口, HZB 将能继续在开发最新的 电子顺磁共振方面用于太阳能电池的研究方面保持领先优势。”亚历山大.施内格说道。
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