基于微热管的太阳电池HCPV模组新型散热研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III-V族多结太阳电池,尽管如今III-V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。     

高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能研究

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

微平板热管热性能的优化分析

针对大功率集成设备的散热瓶颈问题,建立了一种微热管模块数学模型,应用数值模拟方法研究不同加热功率不同风速下的微热管模块热性能。模拟结果表明微热管基板表面的平均温度比铜基板降低7～10℃.微热管基板表面最大温差在3℃以内,表明了微热管在高热流密度时能够有效扩散集中热源并具有优良均温特性。分别分析加热功率,空气流速以及导热翅片对微热管模块传热性能的影响特性,发现微热管模块在热流密度180 W,空气流速2.5 m·s~(-1)以及导热翅片20片时热扩散性能达到最优。模拟表明该微热管模块能够最大限度避免基板的热应力集中,从而保证功率模块的高效平稳运行。     

烧结式微热管吸液芯的成型方法

目前电子芯片对散热的要求越来越高,烧结式吸液芯微热管已经成为电子芯片理想的散热元件.文中分析了铜粉颗粒在吸液芯中的成型机理,探讨了烧结式微热管吸液芯毛细结构的制造工艺,解决了吸液芯成型温度与成型时间的确定,以及烧结时芯棒的固定、抽出与铜粉颗粒的填充等相关问题.结果表明,采用所提出的制造工艺在900～950℃下烧结30～60min得到的吸液芯具有铜粉颗粒分布均匀、对称性好、生产效率高、成本低等优点,并且制成的微热管具有很好的传热性能.     

活性层薄膜结构对有机光伏器件性能的影响

用P3HT作为电子给体,PCBM作为电子受体,制备了分层(单异质结)和共混(体异质结)2种不同结构的太阳电池,对其光电特性进行了表征,分析比较了不同结构对器件性能影响的物理机制.结果表明:所制备器件的开路电压分别为0.521 V和0.581 V,能量转换效率分别为0.67%、1.98%,体异质结结构可有效地改善太阳电池的输出特性.     

平板微热管的研究进展回顾与展望

热管是一种具有高热导率的多尺度传热材料,被广泛应用于换热器的余热回收再利用、太阳能集热器和数据中心冷却等领域。从循环动力和性能表现两方面入手探讨微热管传热影响因素的研究实验。针对平板微热管的结构组成和工作机理,综述了平板微热管微槽结构、充装工质及其充液率、工作状态的性能研究进展,剖析了蒸发段和冷凝段的状态对流动状态与传热特性之间的关系,如曲率半径、循环工质流量和有效导热系数等参数的表现,总结了平板微热管的模型结构设计与理论预测研究进展,并结合强化换热和沸腾传热,对微热管微通道的发展方向进行了展望。     

CdSe/CdS量子点共同敏化TiO_2纳米管阵列光阳极研究

为了探究量子点共敏化对TiO_2纳米管阵列太阳能电池的光电转换效率的影响,采用连续离子层沉积法制备了不同循环沉积次数的Cd Se量子点敏化和Cd Se/Cd S量子点共敏化TiO_2纳米管阵列光阳极,并采用能谱分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外吸收光谱等方法对光阳极进行了表征。以制得的光阳极组装了太阳能电池,并对其光电转换效率和伏安特性进行了测试。研究结果表明:制备的Cd Se/Cd S量子点共敏化太阳能电池比Cd Se量子点单独敏化的太阳能电池更有效地吸收长波太阳光,在波长为575 nm处最大光电转化效率达到35.3%,对640 nm波长的光仍然有超过10%的量子效率;最大短路电流密度为5.45 m A/cm2,开路电压为0.64 V,光电转换效率达到1.95%,Cd Se/Cd S量子共敏化太阳能电池光电转换效率比Cd Se量子点单独敏化的提高了约2倍。     

微波辅助合成CdTe量子点及在太阳能电池中的应用

以CdCl2和Na2TeO3为反应物,巯基丙酸作为稳定剂和还原剂,通过微波辅助法快速合成高质量CdTe量子点,用CdTe量子点和染料N719共敏化TiO2纳米管阵列,以此为光阳极组装敏化太阳能电池。采用X射线衍射、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、扫描电镜和透射电镜等分析手段对样品进行表征,最后测定太阳能电池的光电转化效率。相对于传统CdTe量子点制备过程,采用巯基丙酸同时作为还原剂和稳定剂可以将以往的两步反应简化为一步,不需要复杂操作和氮气保护,减少了实验过程中有毒气体的排放;同时采用微波辅助法制备,还可以使量子点的生长更加快速。随着微波加热时间的增加,制得的量子点粒径增大,荧光发射峰红移,紫外可见吸收峰红移,量子产率最高达到63.6%。以CdTe量子点和染料N719共敏化TiO2纳米管阵列为光阳极的太阳能电池短路电流密度达到3.82mA/cm2,开路电压为0.518V,填充因子为0.32,光电转换效率达到0.63%,比未敏化太阳能电池光电转化效率高出152%。     

一步法合成微纳结构TiO_2及在染料敏化太阳电池中的应用

TiO2纳米颗粒具有较高的比表面积及吸附性能,使得其在染料敏化太阳电池中的应用及效率取得了突出的进展.近年来,TiO2微米球由于具有较大的比表面积、对可见光的散射作用强,以及特殊的微纳米结构等特点,倍受人们的关注.因此,为了获得较高的光电转化效率,充分利用各维度微纳米材料的优点,制备复合维度的光阳极结构薄膜是目前研究的热点.在本研究中,我们采用一步法直接合成了TiO2微米球与纳米颗粒共生纳米材料,该共生材料具有较大的比表面积、优良的光散射作用.将其作为光阳极材料应用于染料敏化太阳电池中,与纯微米球及纳米颗粒相比,基于该共生纳米材料制备的光阳极薄膜的染料吸附量大、电子寿命长,有效地提高了电池的短路电流密度,在相同的多孔薄膜厚度为7.2μm时,得到了8.15%的光电转化效率,优于纯微米球的7.60%及纳米颗粒的6.83%.最后,通过加入一层纳米颗粒(4.8μm)进行薄膜结构优化及Ti Cl4处理,基于该共生微纳米结构的太阳电池获得了10.82%的高光电转化效率.     

空间用高效率硅太阳电池前景广阔

上海航天局下达的“空间用高效率硅太阳电池”课题,由华中理工大学固体电子学系与上海新宇电源厂联合承担研制任务.该课题已于1989年通过了鉴定.所研制的单片硅太阳电池效率高达18.03%(AM1.5,100W/cm~2,28℃,全面积).该技术成果的主要工艺特点是:对PESC硅太阳电池,在国内率先采用超薄热氧化(具有再分布和钝化表面的作用)与浅结密栅相结合的先进工艺.此技术不仅为提高硅太阳电池光电转换效率和太阳电池重量比功率等提供了新的技术,而且也为民用普通硅太阳电池效率的提高指明了途径.     

烧结式微热管的吸液芯成型机理及其制造工艺

目前电子芯片对散热要求的越来越高,烧结式微热管已经成为其理想的散热元件。本文分析了铜粉颗粒在吸液芯中的成型机理,探讨了烧结式微热管吸液芯毛细结构的制造工艺,主要解决了吸液芯成型温度与成型时间的确定,以及烧结时芯棒的固定、抽出与铜粉颗粒的填充等相关问题。结果表明,采用本研究中的制造工艺和在900℃～950℃、30min～60min所烧结出来的吸液芯具有铜粉颗粒分布均匀、对称性好,生产效率高,成本低等优点,并且制成的微热管具有很好的传热性能。     

柔性衬底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池

报道了对柔性村底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究结果.首先采用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法在不锈钢柔性衬底上制备了微晶硅太阳电池,发现合适的硅烷浓度和引入Ag/ZnO背反射镜可提高微晶硅太阳电池的性能,使之作为叠层太阳电池的底电池.然后将不同厚度的硅基p+/n+隧穿结应用于非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,分析了其对太阳电池电学和光学特性的影响,发现p+层厚度增加后,电池的开路电压提高,短路电流密度减小;随着n+层厚度的变化,电池的短路电流密度和填充因子均存在最佳值.获得了光电转换效率为11.26%(AM1.5,1000W/m2)的不锈钢柔性衬底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池.并进行了大面积化工作,在不锈钢衬底和聚酰亚胺衬底上分别获得了光电转换效率为5.89%(25cm2,AMO,1353W/m2)和5.82%(4cm2,AMO,1353W/m2)的叠层太阳电池.     

异质结表/界面修饰对杂化太阳电池性能的优化

为了增进无机半导体和有机聚合物半导体之间的相容性,优化电池的光电性能,基于一维无机TiO2纳米棒有序阵列和有机聚合物PCPDTBT,构建了一种结构为TiO2/PCPDTBT的杂化太阳电池。用一种有机三苯胺类两亲分子来调控此无机、有机材料的两相表/界面性质。采用SEM,TEM,XRD,EDS,UV-vis,PL等方法对杂化膜电极进行表征。电池性能测试表明,表/界面修饰后太阳电池的性能得到提高,电池效率η为0.81%;开路电压衰减测试表明,异质结表/界面经修饰后,杂化太阳电池的电子寿命有所提高。因此,通过异质结表/界面修饰改善活性层的形貌结构对电池性能有重要影响。     

扁管散热水箱最佳管内水流量的探讨

对轿车散热水箱中圆、扁两种形状的管子进行了热性能试验并取得数据,在传热,风阻和水阻的综合特性上作了比较,评价管子形状对传热和功耗的影响,得出扁管散热水箱的最佳管内水流量为１．１４ｋｇ／ｓ,此时水阻为４８６４５Ｐａ。指出选用扁管作为散热管,既具有强化传热的优点,又可降低管内水流量。     

微热光电系统燃烧室内突扩台加工位置的选择

通过实验找出微热光电系统燃烧室在最优影响因素下的各测温点的温度值,用灰色系统理论对其建立灰色预测模型,预测最高温度值所处位置.由普朗克定律可知:温度值的高位变动对辐射力产生的影响要比低位变动大.突扩台加工位置从壁面温度的最高点处开始,既增加了微热光电系统燃烧室外壁面最大温度值,又减缓了壁面温度的最大值到出口处的温度分布,对提高微型热光电系统的热电转化效率有显著作用.     

基于液冷的锂离子动力电池散热结构优化设计

针对锂离子电池单体成组后温度场的非均匀性导致的热不一致性问题,以及高温下电池单体间的热交互引发的热安全性问题,采用仿真与试验相结合的方式,基于锂离子电池生-传热机理,设计了电池单体单独成组、电池单体之间夹隔泡沫棉、电池模组底部布置液冷板3种递进式散热方案,并对液冷板进行了优化设计.采用有限元软件STAR-CCM+,仿真分析了3种方案下电池模组在不同放电倍率时的温度分布.结果表明:增加泡沫棉可减少电池间的热交互,进而提高电池单体间的热均衡性.在结合泡沫棉、导热板以及优化后(采用液冷管道串-并联组合方式)的液冷系统散热条件下,电池模组以2C倍率放电时最高温度为35.08℃,最大温差仅为4.85℃.研究结果可为电池热管理散热系统结构设计提供一定的理论基础.     

黑二氧化钛纳米管阵列的制备及其光电转化性能

采用阳极氧化法制备了二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列,通过扫描电镜形貌表征对其制备工艺进行了研究。用高温氢化工艺制得黑TiO_2纳米管阵列,分别通过X射线衍射和紫外-可见光谱对其晶相结构和光吸收性能进行了表征。研究了黑TiO_2纳米管阵列的光电转化性能。研究结果表明:在电解液中水的体积分数为5%、阳极氧化电压为30 V和乙醇溶液中超声处理30 min的条件下,制得的TiO_2纳米管阵列规整有序、管壁光滑且管口干净。经高温氢化处理所制得的黑TiO_2纳米管阵列,对可见光的吸收明显增强。黑TiO_2纳米管阵列表现出了良好的光电转化性能,在施加相对于标准氢电极1.23 V的偏压时,其光电流密度可以达到1.258 m A/cm2。     

平带太阳电池的内量子效率

该文对平带同质结太阳电池内各空间区域对内量子效率的贡献,以及总的内量子效率进行了数值计算和分析,发现太阳电池的表面复合速率和各区域宽度均对内量子效率有重要影响.而对绒面结构太阳电池的内量子效率和物理参数关系的理论推导,通过数学变换和高阶近似后所得结果,可归结为与平带同质结相同的形式.不同的是,绒面在显著提高外量子效率的同时,可使电池在中长波范围的内量子效率略有提高,这对于改善太阳电池的光电转换性能起着非常重要的作用.所得结论对设计太阳电池及其表面结构具有指导意义.     

高性能CuSCN无机空穴传输层的制备及其在平面异质结双面钙钛矿太阳电池中的初步应用

低成本、宽带隙p型无机CuSCN凭借其卓越的透过率和优异的空穴迁移率,已成为目前双面钙钛矿太阳电池中一种理想的空穴传输层(HTL)材料.CuSCN无机HTL的结晶质量、表/界面性质及光、电特性是影响电池双面性能参数的关键因素.本文提出采用缓慢挥发法促使CuSCN充分结晶生长并且形成均匀覆盖的高质量、大晶粒CuSCN晶体薄膜,有效改善CuSCN与钙钛矿和背电极之间的界面特性,显著提高光生载流子抽取、传输与收集性能.通过调控CuSCN无机HTL厚度及其工艺条件,优化得到前面效率为12.78%和后面效率为9.79%的n-i-p型平面异质结双面钙钛矿太阳电池.整个电池制备过程不涉及任何高成本材料和高温工艺,为研发高效柔性、半透明及钙钛矿基叠层太阳电池组件奠定了坚实基础,表现出良好的商业转化应用前景和重要的研究价值.