自然信息

新型砷化镓光电池问世苏联科学家研制成功新型砷化镓光电池。该电池直径为1cm,能吸收40W太阳能,又产生10W电能,其效率可达到25～27％,是硅电池的两倍,达到现有煤和原子能电路的最好性能。在原理上,电池效率可提高到45％,研究者还说,它的理论值可达到90％。提高转换效率的关键是新材料。科学技术的飞速发展,可以预见,这一理论值能变为现实。     

砷化镓p-n结的受激发射

砷化镓的复合辐射具有高的量子效率,因此可以利用半导体p-n结正向注入来获得受激发射。我们在1963年12月31日制成了能产生受激发射的砷化镓激射器,本文报导这类砷化镓p-n结激射器的受激发射的辐射特性,包括谱线的变窄、光束的变窄以及电流达到阈值时辐射强度的陡然增加。还研究了77°K和20°K时,阈值电流的变化。 p-n结是由扩散方法制成的,在起始掺碲浓度为5×10~(17)厘米~(-3)至1.5×10~(18)匣米~(-3)的n型砷化镓中扩散锌,扩散深度为50微米。样品做成长方形,其结构示于图1。典型的样品尺寸为 0.15×     

半导体砷化镓的受激发射

半导体砷化镓p-n结的受激发光,国外在1962年11月首次获得。我们在1964年2月5日初次观察到了砷化镓正向p-n结的复合受激发光。p型材料杂质是锌;n型材料杂质是碲。受激光是从砷化镓p-n结的两抛光平行端面射出。样品尺寸为1.3×0.2×0.3毫米~3,在液氮温度下以脉冲形式工作。我们首先用单色光计测定了辐射的波长及谱线半宽度,在阈电流(25安培)以下时测得(非相干辐射的)谱宽为200埃;在阈电流以上时测得谱宽为20     

中新世中期喜马拉雅造山带构造体制的转换

喜马拉雅造山过程中存在多期构造体制转换,理清各期构造转换的时代和地球动力学成因对研究喜马拉雅造山带的构造演化具有重要意义.藏南吉隆地区大喜马拉雅发育一复杂变形的淡色花岗岩脉,其现今形态呈轴面北倾的不对称褶皱分布于围岩黑云斜长片麻岩中,构造恢复显示其记录了两期不同构造体制下的变形作用——早期上盘向北的伸展和后期向南的逆冲缩短,暗示了喜马拉雅造山带由南北向伸展向南北向挤压的构造体制转换.锆石La-ICP-MS测年结果显示,淡色花岗岩侵位于21.03～18.7Ma,结合构造分析,吉隆地区喜马拉雅造山带的构造转换发生于18.7Ma之后.吉隆及其他地区藏南拆离系(STDS)和南北向裂谷(NSTR)的测年数据表明,喜马拉雅造山带在19～13Ma处于构造体制转换时期,其构造体制由南北向伸展转换为南北向挤压;该构造体制转换可能受印度-欧亚板块的汇聚速率控制,汇聚速率较快时,发生南北向挤压,表现为逆冲、褶皱和NSTR的发育;汇聚速率较慢时,发生南北向伸展,表现为STDS的伸展滑脱.     

多孔氧化铝钝化接触实现高效钙钛矿太阳能电池

<正>有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电转换效率、制备简易和带隙可调的性质被广泛认为是下一代最具潜力的薄膜光伏技术.至今,钙钛矿太阳能电池的认证光电转换效率(power conversion efficiency, PCE)已达26%(https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.pdf),仍远低于其Shockley-Queisser理论极限效率(PCE～33%)^[1].     

聚硅氧烷凝胶网络电解质准固态TiO2纳晶太阳电池

用聚环氧乙烷(PEO)内增塑链及季铵盐侧链并存的新型聚硅氧烷凝胶网络聚合物电解质制备了准固态染料敏化TiO₂纳晶多孔薄膜太阳电池. 在入射光强为60 mW/cm²的条件下, 电池具有较好的光电转换性能, 短路光电流(I_sc)及开路光电压(V_oc)分别达到5.0 mA/cm²及0.68 V, 光电转换效率(h)和填充因子(ff)分别为3.4%及0.60.     

聚硅氧烷凝胶网络电解质准固态TiO2纳晶太阳电池

用聚环氧乙烷(PEO)内增塑链及季铵盐侧链并存的新型聚硅氧烷凝胶网络聚合物电解质制备了准固态染料敏化TiO2纳晶多孔薄膜太阳电池. 在入射光强为60 mW/cm2的条件下, 电池具有较好的光电转换性能, 短路光电流(Isc)及开路光电压(Voc)分别达到5.0 mA/cm2及0.68 V, 光电转换效率(η)和填充因子(ff)分别为3.4%及0.60.     

大气降水中低分子有机酸的季节变化及对酸雨形成的贡献(以贵阳市和尚重镇为例)

低分子有机酸是大气中普遍存在的一种化学成分, 对酸雨的形成有重要的贡献. 西南地区是酸雨污染重灾区, 2006年4月到2007年4月用离子色谱法测定了贵阳市和尚重镇大气降水中的7种低分子有机酸. 实验结果表明: 两地大气降水中, 甲酸、乙酸和草酸是最主要的有机酸, 贵阳市其雨量加权平均值分别为14.24, 9.35和2.79 μmol/L, 而尚重镇则分别为4.95, 1.35和2.31 μmol/L. 尚重镇大气降水中低分子有机酸生长季节浓度高于非生长季节浓度, 说明植物或土壤的释放可能是尚重镇大气有机酸的主要来源; 与之相反, 贵阳市大气降水中有机酸非生长季节浓度高于生长季节浓度, 可能与该地区冬季降水次数少, 每次雨量小以及降水同时易伴随颗粒物沉降有关. 贵阳市有机酸对自由酸贡献分别为: 甲酸?7.9%, 乙酸?4.7%, 草酸?6.1%, 3种主要有机酸贡献了18.7%的自由酸; 尚重镇分别为: 甲酸?25.1%, 乙酸?7.5%, 草酸?25.5%, 有机酸对自由酸贡献为58.1%. 贵阳市降水中有机酸根占阴离子总和的1.7%~19.2%, 平均值为6.6%. 尚重镇降水中有机酸根对总阴离子的贡献为0.5%~92.2%, 平均贡献为13.2%. 由此可见, 低分子有机酸, 尤其是边远地区, 对大气降水酸化的影响不可忽视.     

500W行波热声发电样机的实验研究

在前期的理论与实验的基础上, 设计制作了一台行波热声发动机及一台直线发电机.以氦气为工质, 在平均压力为3.54 MPa、工作频率为74 Hz 工况下, 以15.03%的最大热电转换效率获得了450.9 W 的电功、以12.65%的热电转换效率获得了481.0 W 的最大输出电功.     

Gd2O3:Eu3+的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用均匀沉淀法制备Gd₂O₃:Eu³⁺下转换发光粉, 对其光学特性进行了分析, 并将其应用到染料敏化太阳能电池中, 将电池吸收很弱的紫外光转化为可被染料吸收利用的可见光, 提高了电池的光电流; 通过Gd₂O₃:Eu³⁺的p-型掺杂效应, 使材料的费米能级上升, 增大了电池的开路电压; 同时, 发光层中稀土氧化物的存在不但能降低激发态染料往TiO₂ 导带注入电子的效率, 而且能在电极表面形成一个势垒抑制电荷复合, 对电池的光电流和光电压都有影响. 当Gd 与Ti 的摩尔比为6:100 时, 电池的光电转换效率达到最大值7.01%, 这比没掺发光粉的电池提高了17.4%.     

新颖的太阳能感光材料

波士顿东北大学教授理查德E.格罗让和格雷戈里J.卡瓦尔斯奇发现北极熊的白色毛能够将光转换成热能,在某一波长,这种转换效率几乎达9(?)%。其转换效率大大高于人们在实验室或田野通过技术产生的转换效率.对其转换过程目前他们还不十分清楚。但却很有实用价值——既可以做轻便、保暖的衣服,也可     

柔性染料敏化太阳能电池多孔纳米TiO2薄膜的制备

以商用二氧化钛(P25)为原料, 无水乙醇和蒸馏水为分散剂, 并加入少量的异丙氧醇钛(TTIP)制备二氧化钛浆体. 水热前, 延长浆体搅拌时间对抑制薄膜的开裂有一定作用, 实验发现搅拌48 h较为合适. 少量的TTIP加入后, TiO₂颗粒之间的化学连接性以及TiO₂薄膜与基底的黏结性明显增强. 研究发现紫外处理TiO₂薄膜时间为2 h时效果最佳, 不仅去除了其中的有机物, 而且由此引起的轻微加热对去除薄膜中的少量水分也起了关键作用. 经过TEM, XRD, SEM和电池性能的测试及表征, 结果显示: TTIP水解生成的是锐钛矿型的TiO₂, 当加入TTIP的摩尔百分含量为6%时, 电池性能较好. 在100 mW cm^-2(AM 1.5)模拟太阳光辐照下, 该电池的光电转换效率达到3.84%, 开路电压、短路电流和填充因子分别为0.769 V, 7.20 mA cm^-2和0.686.     

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     

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.     

浙江核电的光荣与梦想

<正>核能的利用和发展是20世纪科技史上最杰出的成就之一。1938年末,德国科学家哈恩用一种慢中子来轰击铀-235核时,发现核裂变现象。化石燃料通过化学反应燃烧后释放的能量的总质能转换效率约为一百亿分之一,而铀-235裂变的质能转换效率约为0.09%,比化石燃料的转化效率高了近900万倍,1千克铀-235核燃     

有机太阳能电池

地球上的能源——煤炭、石油、天然气等正在惊人地消耗着,发达国家对能源的需求量日益增长,解决能源危机是当今世界上重要的问题.太阳能的利用便是解决能源危机的一种途径. 太阳能龟池是利用半导体材料的光生伏特效应把太阳能直接转换成电能的一种半导体器件.制造太阳能电池的半导体材料,传统的是用无机材料,如硅、硫化镉、砷化镓等.用这些材料制造的器件,其工艺复杂、成本昂贵.目前,为了提高转换效率及降低成本,开展着极为广泛的研究探索工作.据“第五     

上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热法制备TiO2:(Er3+,Yb3+)上转换发光粉,并将其应用于染料敏化太阳能电池.添加上转换发光粉可使电池不能吸收用的红外光转化为可以充分吸收的可见光(510～700nm),从而提高电池的光电流.另一方面,作为p-型掺杂,TiO2:(Er3+,Yb3+)提升了氧化物膜的费米能级,因而提高了光电压.当TiO2与发光粉在上转换发光层中的质量比为1:3时,电池的性能最佳,在100mW·cm?2(AM1.5)模拟太阳光辐照下,光电转化效率从不掺发光粉电池的6.41%提高到掺发光粉电池的7.28%.     

利用金纳米晶等离子共振效应实现量子点敏化太阳能电池的光电流增强

<正>近年来,量子点敏化太阳能电池的光电转换效率大幅提升,得到了研究者的广泛关注.量子点敏化太阳能电池的工作机制和染料敏化太阳能电池类似,利用量子点替换传统染料具有以下优点:(1)量子点的消光系数高达105 L/(mol cm);(2)量子点的光谱响应可以通过改变其尺寸而方便地调节;(3)相较染料而言,量子点具有较好的抗水氧性;(4)量子点具有多激子效应,有望发展为高效率的光伏器件.尽管量子点敏化太阳能电池有诸多的优点,但就目前的研究而言,其光电转换效率(~6%)仍然远远落后于     

热液法低温制备纳晶TiO2多孔薄膜电极

用钛酸四丁酯前驱体与纳晶TiO₂颗粒组成的浆液通过简单便捷的热液法在低温下成功制备了纳晶TiO₂多孔薄膜电极. 钛酸四丁酯水解生成的锐钛矿型TiO₂将纳晶TiO₂颗粒之间以及颗粒与导电基底之间牢固连接起来, 形成高度多孔、机械性能稳定的纳晶多孔薄膜. 用导电玻璃及柔性导电基底上制备的这种纳晶多孔薄膜电极组成染料敏化太阳能电池, 在100 mW/cm²光照条件下, 光电转换效率分别达到4.8%和1.9%.     

一种新型有机染料反式-4-[4' -(N-羟乙基-N-甲基胺基)苯乙烯基]-N-甲基吡啶对甲苯磺酸盐的双光子吸收和频率上转换性质

报道了一种新型激光上转换染料, 即反式-4-[4′-(N-羟乙基-N-甲基胺基)苯乙烯基]-N-甲基吡啶对甲苯磺酸盐(trans-4-[4′-(N-hydroxyethyl-N-methylamino) styryl]-N-methylpyridinium toluene-p-sulfonate, 简称HMASPS)的双光子吸收和频率上转换性质. 测试了该染料DMF溶液的线性吸收谱、双光子吸收谱、单光子荧光谱、双光子荧光谱和上转换激光谱, 解释了双光子荧光峰的不对称性和其相对单光子荧光峰的红移现象以及上转换激光峰相对于双光子荧光峰的蓝移现象. 在光强为3.64 GW/cm2条件下, 用开孔Z扫描装置测得该染料在1064 nm处的双光子吸收截面为σ′2 = 6.0×10-48 cm4· s/光子. 在 1064 nm的皮秒脉冲激光的激发下, 可得很强的波长为626 nm的上转换激光, 激光上转换效率最高为8.4%.