A mask-less scheme to generate nano-honeycomb-textured structures for solar cells

Honeycomb structure is extraordinarily effective to trap light,and the efficiency of solar cell with this texture is as high as 24.4%.In this paper,plasma immersion ion implantation and acid etching are applied to texture multi-crystalline silicon.Surface reflectivity and surface morphology are investigated by UV–Vis–NIR spectrophotometer and field emission scanning electron microscopy,respectively.We found that random nano-honeycomb structures have been formed on silicon surface.The weighted average reflectance is 7.68%from 300 to 1,100 nm wavelength region.We obtained honeycomb-textured solar cells following standard fabrication protocol.These solar cells show obvious better performance in short circuit current density([5.4%)and efficiency(*0.8%absolute)compared with acid-textured cell,while other performance parameters,such as open circuit voltage and fill factor,are not deteriorated.     

Coaxial silicon nanowires as solar cells and nanoelectronic power sources

Solar cells are attractive candidates for clean and renewable power; with miniaturization, they might also serve as integrated power sources for nanoelectronic systems. The use of nanostructures or nanostructured materials represents a general approach to reduce both cost and size and to improve efficiency in photovoltaics. Nanoparticles, nanorods and nanowires have been used to improve charge collection efficiency in polymer-blend and dye-sensitized solar cells, to demonstrate carrier multiplication, and to enable low-temperature processing of photovoltaic devices. Moreover, recent theoretical studies have indicated that coaxial nanowire structures could improve carrier collection and overall efficiency with respect to single-crystal bulk semiconductors of the same materials. However, solar cells based on hybrid nanoarchitectures suffer from relatively low efficiencies and poor stabilities. In addition, previous studies have not yet addressed their use as photovoltaic power elements in nanoelectronics. Here we report the realization of p-type/intrinsic/n-type (p-i-n) coaxial silicon nanowire solar cells. Under one solar equivalent (1-sun) illumination, the p-i-n silicon nanowire elements yield a maximum power output of up to 200 pW per nanowire device and an apparent energy conversion efficiency of up to 3.4 per cent, with stable and improved efficiencies achievable at high-flux illuminations. Furthermore, we show that individual and interconnected silicon nanowire photovoltaic elements can serve as robust power sources to drive functional nanoelectronic sensors and logic gates. These coaxial silicon nanowire photovoltaic elements provide a new nanoscale test bed for studies of photoinduced energy/charge transport and artificial photosynthesis, and might find general usage as elements for powering ultralow-power electronics and diverse nanosystems.     

二硫化钼-硅异质结太阳电池的原位制备及器件模拟

 二维材料与晶体硅形成的异质结太阳电池是当前太阳电池研究热点之一,大多数研究都集中在石墨烯和硅形成的肖特基结太阳电池。为改善器件的能带结构,本研究采用具有一定禁带宽度的n-MoS₂二维半导体材料与p-Si 形成异质结太阳电池。通过实验研究了退火时间对MoS₂材料合成的影响,并对MoS₂-Si异质结的暗电流和光电流曲线进行测量和分析。通过异质结模拟软件wx-AMPS对MoS₂-Si异质结结构进行效率计算和能带分析,探讨了薄膜厚度和载流子浓度对器件开路电压的影响。     

下转换发光粉体SrAl2O4:Eu2,Dy3+在硅太阳能电池中的应用

采用化学共沉淀法结合水热处理方法制备了颗粒尺寸约为40 nm的发光粉体SrAl2O4:Eu2+,Dy3+。荧光光谱测试显示,该粉体在受到250～450 nm紫外光激发后可发射出约510 nm的可见光,且发射光与激发光强接近,因此该粉体具有下转换功能特性。将质量分数10%的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中充分混合后,采用丝网印刷技术将其涂覆于市售硅太阳能电池板上形成覆盖下转换薄膜的太阳能电池,对涂覆和未涂覆下转换材料的太阳能电池进行了光电性能测试,结果表明涂覆下转换材料的太阳能电池的开路电压和短路电流均得到提高,并且电池的光电转化效率从7.96%提高至8.96%,提高了1%。     

温度对太阳能电池特性的影响

对硅太阳能电池温度特性进行实验研究。在无光照条件下,太阳能电池可看做成一个PN结,正向电流在确定外加电压下是随着温度升高而增大的。用高压氙灯模拟太阳光,测得太阳能下电池不同温度的光照特性。温度升高使得太阳能电池短路电流Isc小幅升高,开路电压Voc降低明显,填充因子下降,光电转换效率明显下降。     

All-solid-state dye-sensitized solar cells with high efficiency

Dye-sensitized solar cells based on titanium dioxide (TiO(2)) are promising low-cost alternatives to conventional solid-state photovoltaic devices based on materials such as Si, CdTe and CuIn(1-x)Ga(x)Se(2) (refs 1, 2). Despite offering relatively high conversion efficiencies for solar energy, typical dye-sensitized solar cells suffer from durability problems that result from their use of organic liquid electrolytes containing the iodide/tri-iodide redox couple, which causes serious problems such as electrode corrosion and electrolyte leakage. Replacements for iodine-based liquid electrolytes have been extensively studied, but the efficiencies of the resulting devices remain low. Here we show that the solution-processable p-type direct bandgap semiconductor CsSnI(3) can be used for hole conduction in lieu of a liquid electrolyte. The resulting solid-state dye-sensitized solar cells consist of CsSnI(2.95)F(0.05) doped with SnF(2), nanoporous TiO(2) and the dye N719, and show conversion efficiencies of up to 10.2 per cent (8.51 per cent with a mask). With a bandgap of 1.3 electronvolts, CsSnI(3) enhances visible light absorption on the red side of the spectrum to outperform the typical dye-sensitized solar cells in this spectral region.     

原子层沉积增强微纳结构硅电池的光电性能

本文用原子层沉积技术在硅表面沉积氧化铝作为钝化层、掺铝氧化锌薄膜作为透明电极，应用于有金字塔结构和黑硅结构的光伏电池上。通过反射光谱、电流-电压曲线、外量子效率等测试，比较平面硅、金字塔绒面硅和黑硅三种不同结构电池的光电性能。通过在金字塔结构表面沉积10个循环氧化铝作为钝化层，180 nm掺铝氧化锌作为透明电极，光电转换效率达到11.23%，短路电流28.72 mA/cm2，开路电压0.548 V，填充因子0.71。相比于没有钝化层和掺铝氧化锌薄膜的样品，电池各方面性能都得到提高。将该钝化层和透明电极应用于黑硅电池上获得了8.89%的光电转换效率。证明掺铝氧化锌作为透明电极、氧化铝作为钝化层，对微纳结构电池性能有明显提高。     

无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池

针对铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池中CdS缓冲层带隙较小造成光损耗和Cd元素的毒性问题,提出无镉环保型CZTSSe太阳电池,分别采用溅射法和旋涂法来制备ZnO薄膜以替代CdS缓冲层.薄膜形貌表征及器件性能测试表明,相比旋涂法,溅射法制备的ZnO的薄膜质量及其CZTSSe器件性能明显更好,器件的光电转换效率（PCE）从1.0%提升到4.5%.同时,相比于CdS（E_g=2.4 eV）, ZnO具有更大的带隙（E_g=3.3 eV）,去除CdS膜层后,薄膜和器件在蓝光区具有更高的透光率和更好的光吸收.该设计为制备柔性CZTSSe太阳电池提供了一种新策略.     

叠层太阳电池中不同基质硅量子点的特性研究

叠层太阳电池的多能带结构设计可以有效提高太阳电池的转换效率,但是这种电池在实际制备过程中常会遇到低效率、高成本等问题。以提高效率为目的,在叠层太阳电池中引入具有量子效应的硅量子点是目前新型太阳电池研究的一大热点。文章对不同基质中硅量子点的能带模型进行了理论分析,介绍了硅量子点在几种不同基质中的形成方法及其相关性质的最新研究结果,并对比研究了SiO2、Si3N4和SiC用作硅量子点生长基质的优势与不足。     

Hybrid solar cells based on poly（3-hexylthiophene） and electrospun TiO2 nanofibers modified with CdS nanoparticles

Organic–inorganic hybrid solar cells based on poly(3-hexylthiophene) and electrospun TiO2 nano bers were fabricated by solution process.The ef ciency of the device was improved by modifying CdS nanoparticles on the surface of TiO2 by electrochemical method.The CdS layer can lead to the increase of both open circuit voltage and short circuit current of the device,which are attributed to enhanced exciton dissociation and light absorption and suppressed carrier recombination by CdS at the heterojunction.However,too thick CdS layer led to increased series resistance and decreased ef ciency of the device.Therefore,the optimum condition of the CdS deposition was obtained,which increased the power conversion ef ciency of the device for about 50%.Our results indicate that the surface modi cation on the inorganic semiconductor layer is an effect way to improve the performance of the hybrid solar cells.     

熔盐电解精炼制备太阳能级多晶硅

采用熔盐电解精炼技术在物质的量比为1∶1的NaF-KF混合共晶熔盐中对冶金硅进行精炼提纯制备太阳能级多晶硅.采用SEM和ICP-MS对熔盐电解精炼后产物硅进行表征.考察了熔盐电解精炼过程中电压、温度、时间对冶金硅中主要杂质去除率的影响.在2.0 V,1 073 K条件下,冶金硅阳极经电解精炼400min后,精炼产物形貌为线状,直径主要分布在50~150nm之间,长度达到几十微米.冶金硅中主要金属杂质的去除率在92%以上,B,P杂质的去除率分别为92.1%和97.6%,产物硅的纯度达到99.999%.     

晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究

为了提高晶体硅太阳电池的光电转换效率，研究了用等离子增强化学气相沉积（PECVD）的SiNx：H作为晶体硅太阳电池的表面钝化及减反射膜对电池性能的影响，并采用不同的工艺路线制备了不同类型的电池。实验发现：同SiNx：H比较，SiNx:H/SiO2双层光学减反射结构对晶体硅太阳电池能起到更加有效的表面钝化作用，提高了太阳电池的光电转换效率。基于界面物理，提出了一种新的能带模型，解释了用不同实验方法制作的晶体硅太阳池性能的差异。     

黑瓷复合陶瓷太阳板集热系统的应用研究

研发了一种与建筑一体化的新型高效平板太阳能集热体黑瓷复合陶瓷太阳板。该集热体以普通瓷土为原料配制泥浆注浆成型,表面喷涂以工业废弃物提钒尾渣为原料调配的钒钛黑瓷泥浆层,干燥后经连续辊道窑1 200 ℃烧制而成,阳光吸收比为0.95。介绍了陶瓷太阳板房顶集热系统的构建方法,该系统与建筑共用结构层、保温层、防水层,与建筑一体化、同寿命,隔热、保温效果优于普通房顶。通过建筑实例对该集热系统的集热效率与真空玻璃管热水器进行测试对比,得出集热系统日得热量为8.6 MJ/m²,远高于真空玻璃管热水器和国家标准的7.0 MJ/m² ,可实现太阳能使用成本低于常规能源。     

硅太阳电池解析模型分析与参数修正

通过对硅太阳电池的数学模型的分析,文章给出了一种利用硅太阳电池的开路电压、短路电流以及最大输出功率点处的电压、电流确定模型参数的方法,并提出不同光强下硅太阳电池的模型参数修正方法;对硅太阳电池进行了仿真及实验测量;数据分析结果表明,该方法确定的模型在低倍光强下能够反映硅太阳电池的特性.     

废弃晶硅太阳能电池中银与硅的静电分选

为提高废弃晶硅太阳能电池板中银、硅等有价值材料的回收率,采用针-辊式静电分选机对静电分选中影响分选效率的设备参数进行了实验探究.首先通过单因素实验确定因素范围,再通过正交实验确定银和硅分选的最佳参数配置.实验结果表明:在最佳参数配置下银的分选效率为94.37%,硅的分选效率为78.58%;实验最佳参数配置为电晕极角度80 °,极间距80 mm,电压27.5 kV,转速90 r/min.本研究为静电分选废弃晶硅太阳能电池板中银和硅的实验参数设置提供了依据.     

一种新型的瓷-铝复合太阳能板

研发了一种新型高效的瓷-铝复合太阳能板,由铝合金基体板、导流汇集管和纳米结构吸热涂层等组成。铝合金基体板为循环管与曲翅板集成化一体结构,采用6063耐蚀铝合金通过型材挤出机一次挤制成型;循环管和导流汇集管内壁涂覆厌水涂层,防止管道吸附水垢,增强耐蚀性能;将黑瓷粉、消光剂和树脂结合剂等原料粉末合成纳米黑瓷复合粉料,通过静电喷涂和高温固化工艺制成纳米结构吸热涂层,阳光吸收率高达0.96。实验结果表明,纳米结构吸热涂层热稳定性好,阳光长期照射下不会导致吸热涂层剥落;集成化结构的瓷-铝复合太阳能板导热性能优良,导热效率高达0.98;瓷-铝复合太阳能集热器的热效率约为43.6%,高于传统的太阳能集热器,制造成本比传统太阳能集热器平均低约14%。瓷-铝复合太阳能集热器在成本、寿命和效率方面更具优势,可用于建造大面积太阳能集热系统,能够满足当前太阳能产业发展的需要,具有良好的经济和社会效益,推广应用前景广阔。     

冶金级硅酸洗提纯研究

冶金工艺被认为是非常有前途的一种有别于传统的西门子工艺而且能够满足市场对太阳能级硅需求的工艺.冶金级硅的预处理是冶金提纯工艺路径中非常重要的一个环节,因为酸洗可以有效地去除硅中的金属杂质例如铝、铁和钙等.通过系统性的对比试验对酸洗工艺去除硅中杂质的效果进行了详细的研究,分别探讨了酸的种类、酸的浓度、酸洗时间、酸洗温度以及硅粉颗粒粒径对杂质去除效率的影响.研究结果表明最佳的酸洗工艺参数为15%的盐酸,80℃,10h和100μm.在最佳酸洗工艺参数条件下金属杂质铝、铁和钙的去除率分别为70.90%、94.82%和82.69%.     

麦草浆黑液石灰法除硅试验研究

根据麦草浆黑液石灰法除硅的原理,通过试验研究证实,稀黑液蒸发浓缩后,加入除硅剂Ca（OH）2并充分混合,在一定温度下进行灼烧反应,无需进一步苛化,除硅率和碱回收率便可得到良好的效果,使黑液硅含量降低95%以上,碱回收率也可达到95%左右,大大缓解了碱回收工艺流程中的硅积累现象。     

ZnO陷光结构材料的制备及其太阳能电池性能的研究

采用一步低温水溶液法在未制绒的单晶硅材料表面制备ZnO纳米棒阵列陷光结构材料,通过调控生长温度,对纳米棒阵列参数进行调控.利用扫描电子显微镜对不同条件下制备的ZnO纳米棒阵列材料的形貌进行表征,探究生长温度对阵列参数的影响.采用X射线衍射仪、荧光分光光度计、紫外-可见-近红外光谱仪对ZnO纳米棒阵列的晶体结构及光学特性进行分析.结果表明:低温水溶液法制备的ZnO纳米棒阵列结构具有较好的晶体品质、较高的透过率及较好的陷光效果.与2种材料(未制绒的裸硅片、仅有SiN_x减反射层的硅片)的表面相比,陷光结构硅的表面反射率有较大幅度的降低.将该陷光结构材料应用于未制绒且镀有SiN_x减反射层的单晶硅太阳能电池,与裸硅表面材料的太阳能电池相比,该电池的短路电流密度及转换效率分别提高了30.19%和33.87%.该陷光结构材料具有较好的陷光效果,且易于通过调控生长条件对其陷光效果进行优化.     

多晶硅太阳电池的有效等离子体氢钝化

文章报道了一种用于多晶硅太阳电池氢纯化的简单试验装置，等离子体氢是通过辉光放电方法产生。三类完成电极制作的多晶硅太阳电池用于氢纯化试验，伏安特性测试结果表明，经过等离子体氢纯化后的太阳电池性能都有所提高，电池的光电转换效率相对改善高达10.6%。