薄膜太陽能電池
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
薄膜太陽能電池的視頻教程
理論+實例講解ANSYS熱力學分析基礎（二） ——以水壺和太陽能電池板為例講解熱傳導
例題二、本分析模擬了太陽能電池板在熱輻射作用下的吸熱過程，得到了太陽能電池板的溫度分布和熱流量。 本次分享是熱力學分析系列的第二次分享，歡迎大家關注我，我們一起繼續(xù)學習熱力學分析。系列分享最后將講述熱固耦合的進階內容。
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薄膜太陽能電池的實例教程
傳統(tǒng)的硅基太陽能電池雖然實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統(tǒng)能源相競爭，并且制造過程中的污染和能耗問題影響了其廣泛應用。因此，研究和發(fā)展高效率、低成本的新型太陽能電池十分必要。在眾多的新型太陽能電池里，鈣鈦礦薄膜太陽能電池脫穎而出，吸引了眾多科研工作者的關注，還被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。
斯坦福大學材料科學與工程系的研究團隊開展了鈣鈦礦薄膜太陽能電池領域的研究，他們對現(xiàn)有技術設備的斷裂分析表明，鈣鈦礦有源層和相鄰載流子選擇性接觸都是機械脆弱的 。這將嚴重影響太陽能電池的熱機械可靠性和使用壽命該，也是這一太陽能電池技術走向成熟的主要障礙。針對上述問題，斯坦福大學研究團隊采用新的思路設計鈣鈦礦薄膜太陽能電池，即復合太陽能電池（CSC）。復合太陽能電池內部的支架，解決了這些材料的內在脆弱性。
日前美國加州3D打印初創(chuàng)企業(yè)T3DP稱，通過其專利的 “體積式3D打印技術/volumetric 3D printing ”，能夠制造鈣鈦礦太陽能電池所需的內部支架。這一應用與斯坦福大學復合太陽能電池的設計方式有著類似之處，斯坦福大學有關復合太陽能電池的思路對其將3D打印應用擴展到新的視野非常有幫助。
3D打印仿生支架
提高鈣鈦礦太陽能電池轉換效率
斯坦福大學復合太陽能電池研究團隊對研究成果的總結是，內部支架有效地將傳統(tǒng)的單片平面太陽能電池分隔成尺寸可伸縮且機械屏蔽的單個鈣鈦礦電池陣列，其由周圍的支架橫向封裝并通過前電極和后電極并聯(lián)連接。
復合太陽能電池表現(xiàn)出顯著增加的~13Jm-2的斷裂能 。這一數(shù)據(jù)比先前報道的平面鈣鈦礦（~0.4Jm-2）增加30倍 ，同時保持與平面裝置相當?shù)男省?/span>
展開 本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執(zhí)行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數(shù)圖中顯示了兩種設置的節(jié)能誤差。
一維系統(tǒng)的幾何定義和網(wǎng)格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網(wǎng)格參數(shù)的layout.jcm(布局文件)略有不同
與2D和3D幾何定義相比，在1D設置中使用關鍵字Layout1D而不是Layout。 上面所示的文件使用了完美的電導體邊界條件，通過為邊界類權分配一個域邊界。 關于透明邊界設置和Layout1D的更多信息可以在參數(shù)參考中找到。
展開 本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執(zhí)行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數(shù)圖中顯示了兩種設置的節(jié)能誤差。
一維系統(tǒng)的幾何定義和網(wǎng)格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網(wǎng)格參數(shù)的layout.jcm(布局文件)略有不同
與2D和3D幾何定義相比，在1D設置中使用關鍵字Layout1D而不是Layout。上面所示的文件使用了完美的電導體邊界條件，通過為邊界類權分配一個域邊界。關于透明邊界設置和Layout1D的更多信息可以在參數(shù)參考中找到。
展開 能源和環(huán)境是人類社會必須面對的兩大基本問題，而利用太陽能電池時同時解決上述兩個問題的最佳選擇之一。
學術界和產(chǎn)業(yè)界普遍認為太陽能電池的發(fā)展已進入了第三代。第一代為單晶硅太陽能電池，第二代為多晶硅、非晶硅太陽能電池，第三代是具備輕、薄、柔性特征的薄膜太陽能電池，包括銅銦鎵硒CIGS等化合物薄膜太陽能電池和薄膜Si系太陽能電池。
其中，CIGS薄膜電池由于具備成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、光電轉換效率高等特性，吸引了眾多機構的研究和公司的開發(fā)。但CIGS電池具有復雜的多層結構和敏感的元素配比，工藝制備條件極為苛刻，所以同領域公司多處在研發(fā)或是中試線開發(fā)階段。
在嘉興光伏科創(chuàng)園內，一家成立于2015年的科技企業(yè)旭科新能源，已完成了CIGS薄膜電池的研發(fā)和小批量試產(chǎn)。旭科新能源聯(lián)合創(chuàng)始人劉杰鵬告訴36氪，其CIGS薄膜電池的厚度僅為0.2mm，卷曲時的曲率半徑小于20mm。而市面上大多數(shù)CIGS薄膜電池的厚度在1mm以上，并且無法實現(xiàn)真正卷曲，僅是具備柔性特征。
旭科新能源的CIGS電池之所以比同類產(chǎn)品更薄，主要原因是旭科新能源使用了不同的封裝基底材料。CIGS薄膜太陽能電池可以使用玻璃、柔性的不銹鋼、聚合物，以及其他金屬薄片等作為封裝基底材料。
由于CIGS層沉積過程需要高溫條件，因此具備可卷曲、耐高溫、延展性好等優(yōu)點的不銹鋼材料成為了常見的封裝基底材料。但不銹鋼具備導電性，這就意味著需要制備電子隔離層，才能使用內連接的方法將單體電池集成為組件，同時也會增加整體電池的厚度。
旭科新能源使用了聚酰亞胺材料制作封裝基底，它不具備導電性，可以減小電池的厚度，使之具備卷曲能力。但是聚酰亞胺熔點較低，不具備耐高溫特性。這就要求旭科新能源對CIGS的生長和制備工藝進行改進，使得在低溫狀態(tài)下也能生長出高質量的CIGS層。
展開 僅僅歷經(jīng)不到10年的發(fā)展，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的能量轉化效率記錄就已經(jīng)迅速增至23.3%，發(fā)展速度為各類太陽能電池之最。在化學組成上，有機無機雜化鈣鈦礦材料具有ABX3型的晶體結構。其中A位甲脒離子含量高于95%，同時X位溴離子含量低于5%的FAPbI3基鈣鈦礦材料，其帶隙低于1.55 eV，在已經(jīng)發(fā)展的各種鈣鈦礦材料成分配比中最接近于單節(jié)太陽能電池的理想帶隙。目前，兩步法制備的太陽能電池器件長時間工作穩(wěn)定性要普遍低于一步法，這是由于傳統(tǒng)兩步法制備難以獲得含有堿金屬離子的鈣鈦礦薄膜。
由俞大鵬院士領導的北京大學物理學院“納米結構與低維物理”研究團隊在這一問題上取得系列進展。該團隊趙清教授與合作者以傳統(tǒng)兩步法為基礎，設計提出了鈣鈦礦籽晶誘導生長的兩步旋涂法，通過在碘化鉛薄膜中引入含銫鈣鈦礦籽晶，使籽晶提供后續(xù)鈣鈦礦生長的成核位點，引導高質量薄膜生長，解決兩步法中無機陽離子的有效摻雜問題。通過籽晶誘導，可實現(xiàn)對成核和晶粒大小的精確調控，有效摻入無機Cs離子，器件的能量轉化效率提升至21.7%。同時，器件在AM1.5G太陽光下持續(xù)工作140小時后，仍然保持超過60%的初始效率，遠優(yōu)于傳統(tǒng)兩步法數(shù)小時的穩(wěn)定性。相關研究成果以“Perovskite seeding growth of formamidinium-lead-iodide-based perovskites for efficient and stable solar cells”為題發(fā)表于Nature Communications【Nature Communications 9, 1607 (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-04029-7】。北京大學博士生趙怡程、加拿大多倫多大學博士后譚海仁和比利時魯汶大學博士后袁海峰為該研究論文的共同第一作者。多倫多大學的Edward H.
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薄膜層結構配以強吸收材料，如銅銦硒化鎵(CIGS)，已經(jīng)成為太陽能電池和光伏應用的穩(wěn)定技術約30年。為了確保盡可能高的效率，光學工程師應該優(yōu)化電池層使用的材料和厚度。為了幫助完成這項任務，快速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供了各種工具，如分層介質組件，這使得圖層系統(tǒng)的配置易于使用，并且可以通過我們的全面內置數(shù)據(jù)庫選擇涂層的材料，或指定其光學特性，如折射率和吸收系數(shù)的實部
CIGS太陽能電池中的吸收13天前
摘要
太陽能電池是可再生能源領域的一種基礎技術。為了優(yōu)化效率，大多數(shù)常見的設計使用薄膜結構和具有高吸收系數(shù)的介質——因為正是這種吸收的光能最終會轉化為電流?；阢~銦硒化鎵(CIGS)的太陽能電池，與基于其他材料的電池相比，它們可以變得更薄而不損失吸收效率，因此已經(jīng)很普遍地使用了。
建模任務
300nm~1100nm的平面波均勻光譜
這可被用于諸如提高光源和激光器操作中的能量傳遞效率和光吸收，或改善薄膜太陽能電池中的光吸收。
雙曲超材料
雙曲超材料可表現(xiàn)為金屬或電介質，具體取決于光的傳播方向。在這種情況下，材料的色散關系形成了雙曲面，從而（理論上）產(chǎn)生無限小的傳播波長。
雙曲超曲面已在銀和金納米結構上得到了證明，此類結構具有增強的傳感和成像功能（負折射、無衍射等）。
太陽能電池板將太陽能轉化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發(fā)熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
這可被用于諸如提高光源和激光器操作中的能量傳遞效率和光吸收，或改善薄膜太陽能電池中的光吸收。
雙曲超材料
雙曲超材料可表現(xiàn)為金屬或電介質，具體取決于光的傳播方向。在這種情況下，材料的色散關系形成了雙曲面，從而（理論上）產(chǎn)生無限小的傳播波長。
雙曲超曲面已在銀和金納米結構上得到了證明，此類結構具有增強的傳感和成像功能（負折射、無衍射等）。
comsol鈣鈦礦太陽能電池仿真2個月前
鈣鈦礦太陽能電池仿真，半導體模塊不會設置，需要出p-v J-V曲線圖，還請大神們指點一二
在此應用案例中，通過合理設計初始結構并進行進一步優(yōu)化，我們開發(fā)出了一種在可見光和近紅外光譜范圍內均具有優(yōu)異減反射性能的鍍膜。該鍍膜能有效降低寬范圍入射角的反射，提高光的透射效率，從而提升整體能量轉換效率。
摘要
應用場景
設計結果
可見光及近紅外光
摘要
在此應用案例中，通過合理設計初始結構并進行進一步優(yōu)化，我們開發(fā)出了一種在可見光和近紅外光譜范圍內均具有優(yōu)異減反射性能的鍍膜。該鍍膜能有效降低寬范圍入射角的反射，提高光的透射效率，從而提升整體能量轉換效率。
應用場景
可見光及近紅外光（400–1100 nm）約占太陽能總能量光譜的
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執(zhí)行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數(shù)圖中顯示了兩種設置的節(jié)能誤差。
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執(zhí)行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。
