《中国科学报》:复旦大学制备出效率达18.97%黑硅太阳能电池

正来源:《中国科学报》2016年9月28日复旦大学光科学与工程系陆明课题组利用黑硅材料制备出了高效的太阳能电池.相关研究成果日前发表于《纳米技术》(Nanotechnology),同时入选《Nanotechnology Select》.据悉,该课题组提出了一种提高电池效率的新方法.这种方法采用黑硅材料,制备的电池效率突破国际上同类结构电池的最高水平,达到18.97%.研究者通过在p型单晶Si(100)上扩散磷制备pn结,利用化学刻蚀方法在n型发射极中形成多孔黑硅,其紫外可见光范围反射率低于0.3%.     

变几何涡轮特性拟合的数学模型

本文通过对涡轮特性曲线的物理意义和几何特征的分析,提出了适用于喷嘴安装角可调的涡轮流量特性和效率特性的拟合模型,并提出了一种新的计算方法来确定拟合数学模型中的待定参数。用该模型拟合了某发动机变几何动力涡轮的特性。与原节点数据相比,流量和效率特性拟合回代值的平均相对误差分别为0.675％和0.534％。另外,又拟合了某定几何高压涡轮的流量特性,平均相对误差值为0.638％,其结果令人满意。     

基于改进叠加法的变几何轴流压气机性能预测

压气机作为燃气轮机的核心部件,对燃气轮机及其热力循环的性能影响显著,准确预测压气机性能至关重要。该文基于通用级特性曲线,采用改进的逐级叠加法构建了一个变几何多级轴流式压气机性能预测模型。该模型针对现代重型燃气轮机压气机的变几何特点,提出了考虑入口导叶(IGV)和可变静叶(VSV)的压气机级特性计算方法。通过在引气级所对应的连续性方程中扣除引气量的方式,该模型还预测了级间引气对压气机性能的影响。与实验结果的对比验证表明：该模型不仅可准确地预测压气机整机性能及变几何结构、级间引气对压气机性能的影响,结果的相对误差最低可达0.450%,而且可得到压气机各级的几何参数和热力学参数,为后续开发压气机部件稳态和动态模型提供了基础。     

混流式水轮机外特性与几何尺寸的关系研究

水轮机外特性主要受其几何尺寸影响,但目前尚没有探明水轮机外特性与其几何尺寸之间的关系式,在水轮机一维流动理论中无法采用水轮机几何尺寸信息对其外特性进行预测。本文在水轮机流量调节方程的基础上结合能量守恒定律建立了混流式水轮机的一维数学模型,得到了流量特性与力矩特性的显式表达式,可有效预测水轮机外特性曲线,并通过与实测数据的比对验证了该模型的正确性。文中提出的水轮机外特性曲线预测方法在水电站初步设计、过渡过程计算中混流式水轮机特性曲线延伸等领域具有重要的理论意义和实用价值。     

机械固定结合面刚度特性建模

针对机械结合面G-W接触模型和M-B接触模型存在的不足,基于分形理论,提出一种能描述2粗糙面接触的配对几何粗糙特性的法向刚度力学模型.该模型在几何尺寸上独立,给出了结合面面压与刚度的解析解,能有效求解结合面配对接触的法向刚度.根据应变能相等的原则,把结合面法向刚度和切向刚度折合成连续体的材料属性,建立了描述结合面特性的虚拟材料模型,试验证明了该方法的有效性.     

一种从空间物体到八叉树转换的简捷算法

利用计算机图形学中八叉树的结构特性和几何模型设计了一种简捷算法，完成空间任一物体到八叉树的转换，并讨论了该算法的有效特性。     

基于随机几何的变电站无线通信信道模型

无线通信技术与变电站紧密融合,是保障变电站正常运行的重要因素之一。由于变电站电气设备密集多样、移动通信终端信号传输路径复杂,传播特性有别于经典无线通信场景。为此,本文基于随机几何建模法(geometry-based stochastic model,GBSM),从变电站实际场景出发,将其抽象为圆形栅柱的几何模型;模拟设备密集区域LOS分量少的现象,设置LOS与NLOS子区,推导模型的空时相关函数(ST-CF) ,空间互相关函数(CCF)和时间自相关函数 (ACF)的数学表达式,搭建出适用于变电站室外典型结构的随机几何信道模型。参考模型与仿真模型结果验证了该3D圆形栅柱随机几何模型具有可行性。实验结果表明LOS、散射体分布和多普勒效应对变电站室外无线信道特性有较大影响。     

基于微型涡喷发动机的轴对称矢量喷管特性

以微型涡喷发动机为平台进行了收敛型轴对称矢量喷管的数值特性模拟和实验验证。以雷诺时均方程为控制方程,采用SSTk-ω模型研究了在微型涡喷发动机设计状态下轴对称矢量喷管不同几何偏转角下的俯仰推力矢量角特性、推力特性等,并基于该型微型涡喷发动机推力矢量特性实验对仿真模拟结果进行验证和补充。数值模拟和实验的结果表明,喷管出口几何偏转角在0°到20°之间,发动机推力损失较少,且俯仰推力、俯仰推力矢量角与几何偏角具有良好的线性关系。     

多晶黑硅的制备及其组织性能

利用等离子体浸没离子注入技术在多晶硅基底上制备了黑硅材料,利用扫描电镜、分光光度计和微波光电导衰减测试仪对黑硅的组织结构、光吸收率和少数载流子寿命进行了测试分析,发现黑硅呈现多孔组织,在可见光波段的平均吸收率大于94%,其平均少数载流子寿命为5.68μs.研究了注入工艺参数对黑硅的影响,发现工作气体SF₆和O₂流量比对黑硅的组织性能影响最大,当其为2.80时制备的黑硅组织性能最好.     

空天混合双基地雷达杂波建模

为了研究空天混合双基地雷达中的杂波特性和杂波抑制算法,提高对慢速目标的检测性能,该文分析了空天混合双基地雷达的几何关系,获得杂波等距离环的解析解并建立了杂波模型。同时基于该模型,对几种特定空间几何配置下的杂波等距离环和杂波角度Doppler线进行了仿真分析。结果表明混合模式的杂波特性对卫星平台速度和位置更加敏感,合理的双基地几何配置可以提高空时二维信号处理的性能,达到更好的最小可检测速度。     

表面硅微器件中掩膜和工艺流程的自动生成方法

为消除目前手工设计掩膜和工艺流程的繁琐过程,提出了一种从表面硅微器件的三维结构模型自动生成掩膜和工艺流程的方法.该方法将三维器件模型作为输入,根据其组成特征的几何信息和材料信息识别出基底层、结构层、牺牲层和金属层等所有工艺层,再根据工艺层的结构特点和材料信息自动生成掩膜和工艺流程,并利用SolidWorks软件用户接口开发的应用程序验证了方法的可行性.应用实例表明,该方法不仅可以使设计者专注于器件结构本身的设计,而且易于实现掩膜和工艺流程的自动化生成,比传统的手工设计方法更加直观、高效,为相应的设计工具开发提供了理论分析和实验验证.     

增强广谱吸收硅表面

为增强黑硅的广谱吸收性能,在氢氧化钠/异丙醇(NaOH/IPA)体系下对单晶硅进行金字塔表面织构的基础上,采用金纳米粒子辅助湿法化学方法做了进一步刻蚀.利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外—可见—近红外分光光度计对表面形貌和反射光谱进行了表征与测量.结果表明:增强广谱吸收硅表面具有纳米/微米双尺寸陷光结构,在350~2 500nm波段平均反射率低于5.5%.     

超微粉颗粒分形分布规律的研究

超微粉颗粒具有复杂的几何外形,用欧氏几何方法无法描述.本文提出了超微粉的分形特性,应用分形维数来描述超微粒的特征.并讨论了超微粒的分布情况.最后对于超微粒的分形特征的应用领域作简要介绍.     

环面黑洞的热力学几何及临界行为

将几何方法应用于研究环面黑洞的热力学性质,计算了该黑洞的温度和热容,并探讨了黑洞热力学几何度规与黑洞的临界行为及相变特征之间的联系.结果表明：环面黑洞热力学温度等于其Hawking温度;由于其标量曲率等于零,因而环面黑洞的Weinhold度规不能给出关于该黑洞热力学临界行为及相变的任何信息;而环面黑洞的Ruppeiner度规和Legendre协变度规却能很好地反映出黑洞的相结构信息.     

一种在弱酸溶液中采用金属辅助湿法化学刻蚀黑硅的新方法

为降低黑硅材料的成本,将太阳电池级单晶硅片浸入含有氯金酸(HAuCl4)的草酸/氢氟酸(H2C2O4/HF)混合水溶液中做刻蚀.利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外—可见—近红外分光光度计对表面形貌和反射光谱进行了表征与测量.结果表明:样品表面具有网格状陷光结构,在350~2 500nm波段平均反射率约为11.3%.     

流体饱和多孔热弹性对称平面的动力学分析

在几何非线性和热局部平衡条件下, 研究不可压流体饱和多孔热弹性半平面在受到表面温度载荷作用下的动力学特性. 首先, 基于多孔介质混合物理论, 考虑几何非线性的影响, 给出了问题的数学模型; 然后, 提出了一种综合数值计算方法, 该方法通过微分求积法和二阶后向差分格式分别在空间域和时间域离散数学模型, 利用 Newton-Raphson 法求解非线性代数方程组, 从而可得到问题的数值结果. 研究表明, 本方法是有效可靠的, 且具有计算量小、精度高等优点. 最后, 考虑了材料参数和几何非线性的影响研究了流体饱和多孔热弹性半平面在表面温度载荷作用下的热力学特性.     

基于UG二次开发的参数化建模方法在优化设计中的应用

 在涉及几何模型优化的工程设计问题中,目前常用的两种参数化建模方法在流程自动化或处理复杂外形的模型时存在不足。本文根据含有几何建模环节的优化任务的特点和要求,提出了一种基于UG二次开发的参数化建模方法。采用UG/Open API的外部模式结合MFC开发了模型更新程序。程序利用外界的输入参数更改模板文件中的表达式,进而更新模板产生新的几何模型,并对外输出必要的几何特征参数。该程序可以脱离UG环境独立运行,能够方便地被第三方优化平台所集成。在优化任务中,该程序作为一个黑盒参与分析过程,以设计参数作为输入,几何模型和几何特征参数作为输出。实例检验结果表明,该方法和模型更新程序用于工程优化设计具有可行性和有效性,通过进一步开发,它还可以作为一个参数化建模模块用于CAE系统或多学科设计优化体系。     

TJ-1模拟月壤颗粒几何特性

颗粒几何特性是颗粒材料的一个重要物理性质,是决定颗粒材料力学性质的一个重要因素.针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤颗粒进行了体视显微镜扫描,获取数字图像后用图形处理软件对各粒径组的颗粒进行了几何特性各指标参数的量化统计,获得了模拟月壤颗粒在延伸度、圆度和凹凸度等的具体数值,为进一步研究TJ-1模拟月壤物理力学性质与颗粒几何特性的关系提供了相关试验数据.试验结果表明:TJ-1模拟月壤颗粒具有棱角、钩角、锯齿等不规则结构,表面相对凹凸,大粒径颗粒具有明显的蜂窝状气孔结构;颗粒形状各异,主要形状有长条状、类三角形和类四边形.最后对TJ-1模拟月壤颗粒和真实月壤颗粒在几何特性方面进行了对比分析.     

硅橡胶绝热材料热化学烧蚀特征试验分析

采用烧蚀试验发动机对硅橡胶绝热材料进行了燃气速度仅为0.48 m/s,粒子含量极低的热化学烧蚀试验研究。得到了炭化烧蚀率和质量烧蚀率。观测分析了烧蚀后炭化层和热解层表面和侧面的宏观、细观结构特征。将硅橡胶绝热材料的热化学烧蚀特征与相同试验条件下的三元乙丙橡胶绝热材料烧蚀特征进行了对比,给出了硅橡胶绝热材料烧蚀建模计算的一些建议。     

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。