GaInP/GaAs/Ge三结叠层光电池光谱响应的温度特性

利用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)制备了转化效率达27.1%的GaInP/GaAs/Ge三结叠层电池, 并对其光谱响应的温度特性进行了测量研究. 通过光谱响应曲线观察到各子电池的吸收边随温度升高发生红移, 这主要归因于电池材料禁带宽度的变窄效应. 根据光谱响应数据计算得到的GaInP/GaAs/Ge叠层电池各子电池在室温下的短路电流密度分别为12.9, 13.7和17 mA/cm², 且叠层电池的短路电流密度的温度系数为8.9 μA/(cm²·℃). 最后, 根据叠层电池的串联结构推导了其电压温度系数为-6.27 mV/℃.     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

聚光和非聚光光伏-热电耦合系统的优化

基于能量平衡建立了光伏-热电(PV-TE)耦合发电系统的一维稳态导热模型,研究了在不同的光伏电池效率温度系数和热电优值系数条件下PV-TE耦合发电系统的性能.(1)对于非聚光PV-TE耦合系统,分析了热聚焦因子、热电引脚长度和TE模块的负载电阻与内阻之比对系统发电效率的影响.结果表明:在TE模块的优值系数Z=4×10~(-3)K~(-1),电池效率温度系数β_(ref)=0.001 K~(-1)的情况下,系统总效率相对较好.此时总效率随着热聚焦因子、热电引脚长度、TE模块的负载电阻与内阻之比的增加,均是先增大后减小.因此,可选择最佳的热聚焦因子、热电引脚长度、负载电阻的值,使系统总效率达到最大值.(2)对于聚光PV-TE耦合系统,研究了热电引脚对数和热扩散因子对系统性能的影响.结果表明在Z=2.545×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.001 K~(-1);Z=4×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.001 K~(-1);Z=4×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.0015 K~(-1)情况下,总效率随着热扩散因子的增加而减小.当热扩散因子从0.32上升到5.12时,对于其他β_(ref)和Z的情况,总效率会显著增加.当热扩散因子继续增大时,由热扩散因子增加引起的效率变化非常平缓,原因在于热扩散因子足够大时,热传递非常快,PV电池和TE热侧的温度随热扩散因子变化很小.基于研究结果,可以发现当聚光系统的热扩散因子在3.0左右时,耦合系统具有相对高的效率.     

磷酸铁锂电池恒流模式电化学阻抗特性实验

电池的欧姆阻抗(R_s)、电荷传递阻抗(R_(ct))和离子扩散阻抗(Z_w)等信息是判断储能电池功能状态的有效方法之一,这些信息可以通过恒流模式电化学阻抗谱(GEIS)来实现,因为GEIS更接近电池真实状态.本文采用恒流模式电化学阻抗(GEIS)方法研究了1700 mA h磷酸铁锂(LiFePO_4)电池在不同温度下扰动信号正弦电流幅值的变化,以及在不同荷电状态(SOC)和不同温度下电池阻抗特性变化规律.实验结果表明,正弦电流最佳幅值随着温度升高而增大,而SOC与温度对电池的性能都有影响.相同温度下,Rs随着SOC增加稍有增加;Zw随着SOC增大而减小;Rct在0~40%SOC和60%~100%SOC区间内明显减少,在40%~60%SOC区间内呈增大趋势.在0~50℃下,R_s,R_(ct)和Z_w均随着温度升高而降低.电池阻抗特性受温度的影响比SOC影响更加显著.因此,电池在不同SOC和温度下阻抗特性能有效地反映电池内部极化状态,从而可预测储能电池的功能状态.     

两级闪蒸和闪蒸-双工质地热发电热力学比较

我国中低温地热资源主要分布在东南沿海地区,主要用于洗浴等,使得大量热能白白浪费.为提高我国中低温地热资源的能量转换利用率,本文提出了两级地热闪蒸和地热闪蒸-双工质联合发电方式,以单位热水发电量、热效率和产汽率为性能指标,通过数值计算,分析地热水温度对两种不同地热发电系统的性能指标影响以及地热尾水温度的影响,并对两种发电系统的选用条件作了论述.结果表明,闪蒸-双工质联合发电系统的单位热水的发电量随温度升高的增加量大于两级闪蒸的增加量.当热水温度在80~130℃时,两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量比闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量多达19.4%;当热水温度在130~150℃时,闪蒸-双工质联合系统的单位热水净发电量比两级地热闪蒸发电系统的单位热水净发电量多达5.5%.两级地热闪蒸发电系统闪蒸产汽量总和约为闪蒸-双工质发电系统闪蒸产汽量的2~3倍.当热水温度低于130℃并且热水量较大时,可以采用闪蒸-双工质联合发电系统,当热水温度高于130℃,并且地热水中的不凝气体含量低于3%时,可以考虑两级闪蒸发电系统;和两级闪蒸发电系统尾水相比,较高温度的闪蒸-双工质发电系统尾水资源梯级利用效率更高.     

碳纳米管宏观体的光-电转换研究取得新进展

基于碳纳米管的优异性能(可控的半导体性能、可调的禁带宽度和高的载流子迁移率),清华大学机械系王昆林研究小组开展了碳纳米管太阳能电池的研究.初步研究结果显示,采用双壁碳纳米管薄膜为转换材料,制成的太阳能电池的开路电压达0.5V,短路电流达14mA/cm2,太阳能转换效率达1.3%.尽管转换效率仍很低,但正如审稿人所指出     

不同热源条件下亚临界ORC与跨临界ORC热经济性能的比较

以系统净功、系统效率及系统平均电力生产成本为性能评价指标,首先基于性能寻优原则,对满足夹点温差要求的跨临界ORC(organic Rankine cycle)中膨胀机进口温度和压力进行分析和确定,然后基于固定的烟气出口温度,对不同烟气进口温度下以R601为工质的亚临界有机朗肯循环(亚临界ORC)和以R134a为工质的跨临界有机朗肯循环(跨临界ORC)的热经济性能进行比较研究.结果表明:当跨临界ORC蒸发器夹点温差位于工质进出口之间时,满足夹点温差要求的膨胀机进口压力越小越好;当跨临界ORC蒸发器夹点温差位于工质出口处时,存在最佳膨胀机进口压力.无论对亚临界ORC还是跨临界ORC,随着热源温度的升高,系统净输出功均升高,系统平均电力生产成本均降低;对于亚临界ORC,系统效率随热源温度的升高单调增加,而对于跨临界ORC,系统效率随热源温度的升高先增加后减小(或保持不变).此外,对于系统净功及系统效率,存在一个热源温度区间,使跨临界ORC优于亚临界ORC,并且随着夹点温差的增大,该热源温度区间扩大;对于系统平均电力生产成本,亚临界ORC始终优于跨临界ORC.     

铜锑硫族薄膜材料及其光伏器件研究进展

薄膜太阳能电池具有材料用量少、生产耗能低、高温弱光发电性能好、易于建筑集成等优势,是非常有竞争力的光伏发电技术之一.铜锑硫族材料价格低廉、稳定性高、绿色无毒、原料丰富,且具有合适的禁带宽度和较大的吸光系数,理论转换效率可达30%以上,是非常有潜力的薄膜太阳能电池吸光层材料.本文综述了近年来铜锑硫族材料光伏领域的研究成果,重点介绍了材料的晶体结构、光电特性、制备方法以及光伏器件的研究进展,并对其发展趋势和下一步工作方向进行了总结和展望.     

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的研究进展

2009年CH3NH3PbI3太阳能电池问世,因其具备制备工艺相对简单、光电转换率高等优点,引起了国内外研究者极大的关注.近几年,有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池发展迅速,光伏性能不断得到提高.然而CH3NH3PbI3电池器件受钙钛矿材料本身禁带宽度的限制,对太阳光的吸收光谱不够宽,并且其重要组成部分的Pb元素,具有一定毒性.因此制备带隙更窄、环境友好及化学稳定性好的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池具有重要的应用价值.本文评述了以寻找Pb的替代元素、提高入射光吸收效率、改善太阳能电池光伏性能为目标所进行的钙钛矿材料禁带宽度调控方面的研究成果,比较了有机、无机空穴传输材料和无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池的光伏性能,讨论了界面结构在电子和空穴输运过程中的重要性.介绍了目前在CH3NH3Pb I3及类似有机金属卤化物钙钛矿材料的原子结构、能带结构和禁带宽度等理论研究方面的进展,讨论了常见计算方法的优缺点和需要注意的问题,为开展有机金属卤化物钙钛矿的理论研究提供了思路.最后提出该领域目前存在的问题以及对未来的展望.     

异丁醇-空气层流燃烧速率的测定

在定容燃烧弹上, 利用纹影摄影法和球型发展火焰测量了不同燃空当量比, 初始压力和初始温度下异丁醇-空气预混火焰层流燃烧速率. 通过对异丁醇-空气拉伸层流火焰传播速率与拉伸率的关系的分析, 获得了无拉伸火焰层流燃烧速率和马克斯坦长度. 并结合火焰纹影照片分析了火焰传播的稳定性及其影响因素. 结果表明: 随着初始压力的增加, 层流燃烧速率减小; 随着初始温度的增加, 层流燃烧速率增加. 对于给定的初始温度和初始压力, 当量比为1.2处时层流燃烧速率最快. 异丁醇-空气混合气的马克斯坦长度随当量比的增加而减小; 在当量比一定时, 随初始温度和初始压力的增加而减小, 火焰不稳定性随当量比、初始温度和初始压力的增加而增加.     

具有大比表面积的TiO_2超微粒半导体电极研究

二氧化钛(TiO_2)是一种重要的半导体电极材料,它具有优良的化学稳定性,能够抵抗介质及光电化学腐蚀.但是,TiO_2半导体因其禁带宽度较大(3.2eV),仅能吸收太阳光的紫外部分,因而光电转换效率极低.为了提高TiO_2半导体电极对太阳能的利用率,人们在电极表面修饰染料等光敏剂,以增加电极对可见光的吸收.然而,在一个平滑的电极表面,单层染料分子仅能吸收不到1%的单色光,这就限制了电极的光电转换效率;采用多层染料能吸收更多的入射光,但同时却恶化了电极的光电特性.为了克服这一困难,瑞士的Gratzel等人采用由TiO_2超微粒组成的电极来吸附染料,取得了较好的效果.     

换热器参数优化中的熵产极值和火积耗散极值

以“仅以传递热量为目的”和“参与不可逆布雷顿循环”的逆流换热器为例, 比较了熵产极值准则和火积 耗散极值准则在换热器参数优化问题中的适用性. 对参与热功转换的换热器, 换热器的热力学优化准则取为熵产极值较好; 对只参与热量传递的换热器, 换热器参数优化准则取为火积 耗散极值更合适. 对流体温度变化不剧烈的换热器, 两种优化准则趋于一致.     

歧管式微通道热沉中过冷流动沸腾的数值模拟

歧管式微通道(manifold microchannel, MMC)热沉散热技术是新兴的微尺度电子冷却技术,具有较高的散热潜力和应用前景.本文使用基于开源软件OpenFOAM编写的自编程求解器,对MMC热沉内过冷流动沸腾的过程进行数值模拟研究.与实验数据进行比对验证之后,对微通道热沉的通道宽度和翅片宽度变化带来的影响进行了初步探讨.结果表明,当通道和翅片的宽度相同时,尺寸越小,热沉加热面的平均温度越低,换热性能越好;但是当宽度过小时(小于15μm),热沉进出口总压降将随着宽度变小而大幅增加.当MMC热沉的通道总数保持不变时,增大微通道宽度,翅片宽度减小,加热面平均温度逐渐上升,进出口压降减小.与经过实验测试的热沉样品A相比,热沉C在牺牲少量换热性能的前提下,可以大幅度降低热沉进出口的压力损失.     

碳纳米豆荚内C_(60)分子振荡行为的模拟

利用AIREBO势函数、L-J势函数结合分子动力学模拟方法,对碳纳米豆荚中C60分子的振荡行为进行了模拟.分别讨论了环境温度、碳管管壁层数及C60分子填充个数对碳纳米豆荚振荡性能的影响.研究表明,C60分子沿着碳管轴向做阻尼振荡运动.随着温度升高,振荡频率逐渐减小,振幅衰减速度加快.增加碳管管壁层数使C60分子与管壁间的范德瓦耳斯力增大而滑动摩擦力减小,因而有益于形成稳定振荡.由于C60分子间受力随距离变化以及分子间存在碰撞,增加C60分子填充个数并不能观察到稳定振荡.     

廉价而超高效率的太阳能——聚集太阳能模板变得更加可行

被称为聚能光生伏打效应的技术,既得益于太阳能电池的进步(这种电池可吸收太阳光并将其转化成电能),也得益于将阳光聚集到电池上的反射镜或透镜聚光器(concentrator)系统。不久,这种技术将产生和从电网上获取电力一样便宜的太阳能动力。将太阳光聚集以减小太阳能电池的尺寸,从而降低成本的想法早在几十年前就有了。但重新对这种想法产生兴趣,还是2年前的事情。去年10月,日本电子巨头夏普公司展示了用弗雷斯内尔透镜(用于灯塔上)将太阳光聚集到一种超高效率的太阳能电池上的新系统,其效率大约为传统硅太阳能电池的两倍。其他公司,如美国加利…     

多晶硅片PL和电池效率的对应关系

采用光致发光(PL)测试仪测试了多晶硅片的PL图像中的各参数与其制备为电池后的转换效率的关系,并分析了电池参数和PL图像参数的相互关系.采用自主编制的一款软件,分析了PL图像的黑丝比例和归一化PL强度参数,并计算对应硅片的数值结果.PL测试完成后,依次顺序制作了太阳能电池,并测试其电池效率和开路电压(V_(oc))等.实验结果表明:V_(oc)和PL图像归一化PL强度相关性良好,但与PL图像黑丝比例相关性差;而电池转换效率与PL图像归一化强度、黑丝比例相关性均不强.其原因是PL光致发光主要测试的硅片材料性能与电池V_(oc)相关,而电池转换效率不仅受硅基材的影响,还受电池工艺的影响,比如制绒工艺、扩散工艺、镀膜工艺等.本文利用半导体相关原理推导出了电池V_(oc)和归一化PL强度的相关性表达式,从原理上证明了归一化PL强度与电池V_(oc)的相关性,表明归一化PL强度与多晶硅片质量具有更高的相关性,更具指导意义.     

铋系氧化物在光伏电池中的创新应用

无机/有机杂化太阳能电池随着其光电转换效率的不断提高,逐渐成为当今太阳能电池领域研究的热点.这种太阳能电池既利用了无机材料载流子迁移率高、化学稳定性好的优点,又具备有机材料良好的柔韧性和可加工性,以及吸收系数高的特点.无机材料ZnO和TiO2因为其高的迁移率和容易合成的特性,一直是无机/有机太阳能电池的     

磺化酞菁与二氧化钛超微粒之间的相互作用及光电特性

人们广泛开展了用有机染料敏化带隙较宽的半导体研制有机光化学电池,但这些电池的光电转换效率不够理想.研究表明,平滑的电极表面吸附单层染料分子不能有效吸收太阳光;而吸附多层染料虽可以吸收更多的光子,但电阻也增加,总的光电转换效率降低.最近,Gratzel等人用二氧化钛超微粒制备了多孔电极,由于其比表面积大,电极表面能吸附较多的染料分子,因而光电转换效率大大提高.但他们所用的有机染料联吡啶钉仅能吸收500nm左右的光能.因此,寻找一种稳定性好,在近红外区有强吸收的有机光敏染料成为有机光电池研究的热点.酞菁化合物具有良好的光、热稳定性,并在近红外区有强吸收,它是一种优良的光敏染料.本文研究了无中心金属磺化酞菁钠盐(H_2TSPc)、镓磺化酞菁钠盐(GaTSPc)和钛     

处理温度对聚合物蛋白石基光子晶体禁带的影响

研究了聚苯乙烯微球自组装形成的蛋白石结构光子晶体在不同温度处理后的微观形貌与反射光谱. 实验结果发现随着处理温度的升高, 蛋白石结构中的聚苯乙烯微球向正十二面体转变, 反射光谱峰值向着短波长方向移动. 实测结果证明了填充率和有效折射率对禁带位置的影响, 并与理论模拟结果相符.     

太阳能电池的最终效率探讨

太阳能电池利用光伏效应将太阳能直接转换为电能,拥有可再生、清洁、安全、寿命长等优点,被认为是最有前途的可再生能源技术之一.虽然光电转化效率在10%~18%的太阳能电池已经实现大规模产业化应用,但如何进一步提升太阳能电池的光电转换效率依然是研究者面临的最重要的挑战.近年来,随着新材料和新技术的不断发展,单结太阳能电池的效率越来越逼近S-Q效率极限;另一方面,随着多结太阳能电池、中间带太阳能电池等新概念太阳能电池的出现,太阳能电池效率纪录在不断地被改写.本文围绕太阳能电池的效率极限,主要讨论了各类单结太阳电池、多结太阳能电池的基本原理和优缺点,分析了限制它们效率进一步提升的主要因素,并展望了新概念太阳能电池的发展与效率极限.