薄膜太陽能電池的案例
太陽能薄膜電池設計新方式！3D打印支架將提升其轉換效率
傳統的硅基太陽能電池雖然實現了產業化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統能源相競爭，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打印初創企業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連接。
復合太陽能電池表現出顯著增加的~13Jm-2的斷裂能 。這一數據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的效率。
展開 JCMsuite應用：薄膜太陽能電池一維模型
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圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
一維系統的幾何定義和網格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網格參數的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參考中找到。
展開 JCMsuite案例展示：薄膜太陽能電池的一維模型仿真
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圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
一維系統的幾何定義和網格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網格參數的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參考中找到。
展開 制備可卷曲的CIGS薄膜電池，「旭科新能源」未來瞄準戶外用品和工業無人機市場
能源和環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。
學術界和產業界普遍認為太陽能電池的發展已進入了第三代。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。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或是中試線開發階段。
在嘉興光伏科創園內，一家成立于2015年的科技企業旭科新能源，已完成了CIGS薄膜電池的研發和小批量試產。旭科新能源聯合創始人劉杰鵬告訴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CIGS薄膜電池的厚度在1mm以上，并且無法實現真正卷曲，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，使得在低溫狀態下也能生長出高質量的CIGS層。
展開 
《自然·通訊》北京大學在高效鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得系列進展
僅僅歷經不到10年的發展，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的能量轉化效率記錄就已經迅速增至23.3%，發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，在已經發展的各種鈣鈦礦材料成分配比中最接近于單節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定性要普遍低于一步法，這是由于傳統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太陽光下持續工作140小時后，仍然保持超過60%的初始效率，遠優于傳統兩步法數小時的穩定性。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.
展開 國家能源集團竟然要造能發電的房子？
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，是指吸收層由銅（Cu）、銦（In）、鎵（Ga）、硒（Se）四種元素按照最佳比例構成的結晶薄膜太陽能電池。
這種薄膜太陽能電池具有層級結構，襯底一般是玻璃，玻璃之上再分別沉積銅銦鎵硒吸收層、硫化鎘緩沖層、氧化鋅窗口層等多層薄膜，最上面是一層蓋板玻璃。這就類似于一個漢堡包，蓋板玻璃與襯底玻璃就像是漢堡上下兩層的面包，中間的銅銦鎵硒吸收層、硫化鎘緩沖層、氧化鋅窗口層等多層薄膜就像是漢堡的夾心層。
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有功率衰減低、壽命周期長、弱光發電性能好以及外觀一致性好等特點，被國際上稱為“下一代非常有前途的新型薄膜太陽能電池”。
“近年來，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的研究與產業化進展迅速，轉換效率世界紀錄不斷被刷新，當前實驗室最高轉換效率紀錄已達到22.9%。”國家能源集團綠色能源與建筑研究中心湯洋博士介紹說。
銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池可以廣泛應用于邊遠山區獨立電站、農光互補、漁光互補等精準扶貧項目、光伏建筑一體化（BIPV）、大型地面光伏電站、分布式光伏電站、城市園林景觀、旅游業、交通運輸業等領域。
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池可定制化生產不同色彩和圖案的組件，適用于不同的市場應用場景和要求，尤其可滿足建筑設計師關于色彩、規格等建筑美學需求，同時由于其對光照角度要求低，可安裝于建筑物立面。
什么是光伏建筑一體化？
展開 Ansys Fluent在化學氣相沉積（CVD）技術中的應用
作者：鄧瑞英，上海安世亞太流體工程師
本文為上海安世亞太原創內容，若要轉載請標明出處
研究背景
化學氣相沉積技術主要是利用含有薄膜元素的氣相物質在襯底表面進行化學反應生成薄膜的方法。該技術廣泛應用于生產晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（PECVD），等離子技術可以促進化學反應的發生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進行。
圖1 薄膜太陽能電池
研究目的
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對太陽能電池的性能產生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現場實驗測量的方法獲得薄膜的生長規律、氣流流動特性、復雜的氣相和表面化學反應過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進入反應器，反應器中加有電離場，反應氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。一部分SiH3經過化學吸附過程，SiH3、H吸附在帶懸掛鍵Si表面。
圖2 PECVD反應器示意圖
圖3 PECVD反應器原理圖
為減少計算量，采用反應器對稱的一半區域做計算。
展開 漢能發電墻“漢墻”全球發布，技術優勢至少領先3～5年
而薄膜太陽能電池則相比傳統晶硅電池更加適用于BIPV，原因在于薄膜太陽能電池的柔性特質，使得它具有很強的定制化功能，能夠做到與建筑物完美結合，集美學與科技于一體。
我國太陽能發電產業日漸壯大，而漢能則是其中一家堅持薄膜路線的企業，自2015年開始，隨著太陽能發電在各種場景下的應用逐漸被摸索出來，越來越多的央企也在開始布局薄膜太陽能技術路線。
對此，漢能薄膜發電集團執行董事、高級副總裁張彬表示，薄膜太陽能已經成了大家公認的一個趨勢，“幾乎所有的新上太陽能這個產業，幾乎全部都選擇了薄膜路線。” 漢能也顯示了開放姿態，歡迎更多同行進入市場，共同做大做強。在技術先發優勢上，張彬對媒體表示，“我們至少會領先3-5年，這個是公認的。”
據發布會現場展示，漢墻產品具有多種風格，可以滿足各種建筑設計需求。
著名建筑師兼漢能太陽能設計研究院首席設計師劉謙先生認為，在技術層面，由于其弱光發電性能，漢墻大大拓展了未來生態城市新的節能空間，可使建筑綠能面積提升三倍；而在美學層面，漢墻除黑色基礎色外，還有多種色彩的款型，以及仿石材等多種花紋，在建筑設計上具有極強的可塑性。“可以說，漢墻不僅能融于建筑，更能挖掘出未來建筑的更多可能性。”
漢能薄膜發電集團副總裁曹陽表示，作為漢能第三代建筑解決方案，漢墻在技術和應用方面已非常成熟。在未來推廣漢墻的應用上，漢能集團正在從研發、生產、銷售到提供一體化的解決方案上深度布局。
漢能全球應用產品研發總部首席技術官武振羽表示，本次全球同步發布的漢墻，采用全球最先進的玻璃基銅銦鎵硒薄膜太陽能技術，兼具安全性與發電性能。
漢墻細節圖
截至目前，在研發漢墻產品的過程中，已產出了超過700件專利及專利申請，并已獲得及申請了中國3C認證和全球6個國家、地區的權威機構認證。
展開 基于COMSOL的太陽能電池多層介質薄膜的吸收特性分析 ￥600
計算要點介紹
1.多層介質薄膜的吸收，反射，散射在COMSO如何計劃。
2.模型特別多層時，如何快速輸入，操作，不需要一層一層的輸入。
方法： 采用matlab 編程讀取膜系數據，然后聲場一些COMSOL 運行命令（方法），在點擊方法coating1 的運行，則多層介質模型即可自動生成。 該方法特別適合，膜系數據特別多層，或需要研究不同膜系情況下規律，可快速更改。
本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
實例詳解 Ansys Fluent在化學氣相沉積（CVD）技術中的應用
鄧瑞英
上海安世亞太公司
化學氣相沉積技術（CVD）主要是利用含有薄膜元素的氣相物質在襯底表面進行化學反應生成薄膜的方法，該技術廣泛應用于生產晶體、晶體薄膜，晶須，多晶/非晶材料膜。化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（PECVD），等離子技術可以促進化學反應的發生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進行。
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對太陽能電池的性能產生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現場實驗測量的方法獲得薄膜的生長規律、氣流流動特性、復雜的氣相和表面化學反應過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進入反應器，反應器中加有電離場，反應氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。
展開 原位制備MoO3薄膜提高銅鋅錫硫硒太陽能電池背界面接觸性能
該MoO3薄膜能有效抑制過厚Mo(S,Se)2的形成。研究發現，MoO3厚度隨著溫度的升高而增大，其中350°C形成的MoO3厚度最為合適，既能夠有效降低Mo(S,Se)2的厚度，又不影響吸收層和鉬電極接觸，器件最高效率達到10.58%。這種方法不會引入其他雜質元素，操作簡單方便。
圖1 不同溫度下退火的Mo層厚度
本工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9381-1。
光伏電站在哪個季節發電量最多？怎樣提高發電量？
光伏電站是依靠太陽能而產生電能的，由于受到太陽輻射的影響，光伏發電的發電量會隨著季節和天氣的變化而波動。一般情況下，春季和夏季是光伏發電的旺季，而秋季和冬季則是淡季。
光伏電站在春季的發電量最高，在春秋季節，天氣適宜，日照時間適中，氣溫適宜，這些條件有利于光伏電站的發電。此外，春秋季節氣溫適中，電網負荷也相對較低，這些因素都有利于光伏電站的發電。
夏季的光伏電站發電量僅次于春季，在大部分地區，夏季光照時間較長，日照強度較大，太陽高度角也較高，這有利于光伏電池板產生更多的電能。此外，夏季氣溫高，人們對于降溫的需求也隨之增大，為光伏電站的發電提供了更多的需求。
秋季的光伏電站發電量也會比較多，雖然光照強度可能不如夏季那么強，但是溫度適中，尤其是秋季晴天的日照時間相對較長，這有利于光伏電站發電。
冬季的光伏電站發電量相對其他季節較少，主要是因為日照時間短、太陽高度角低，且氣溫較低。但是，對于那些種植溫室作物的農戶來說，冬季也是需要使用光伏發電的時候。此外，一些北方地區的人們也會在冬季搭建光伏電站，利用太陽能代替傳統的煤、電等能源，為冬季增添了一絲溫暖。
怎樣提高光伏電站發電量？
1.提高光伏板的轉換效率
通過使用更高效的光伏電池技術，如多晶硅、單晶硅或薄膜太陽能電池，提高光伏板的轉換效率，以更好地吸收太陽能并將其轉化為電能。
2.定期清洗光伏板
定期清洗光伏板上的灰塵、沙塵和污染，確保光伏板表面清潔，減少塵埃對光伏太陽能吸收的阻礙，提高光伏電站的發電效率。
3.優化光伏電站布局
合理規劃和布置光伏電站的組件，以更大限度地提高太陽能的吸收。例如，避免組件之間的陰影遮擋，使得每個組件都能得到充分的陽光照射。
展開 使用最多的光伏板是哪個？如何選擇適合自己的？
4.柔性薄膜光伏板
柔性薄膜光伏板由聚合物和薄膜太陽能電池組成，其重量輕、便攜、可彎曲，具有靈活性和可塑性。但是，由于其轉換效率低，應用范圍較窄。
如何從這些光伏板中選擇最適合自己的？
功率：是指單位時間內發電的能力，根據自己的用電需求選擇適合的功率，如果用電量較大，可以選擇功率較高的光伏板，以保證能夠滿足用電需求；
效率：是指將太陽能轉化為電能的比例，效率越高發電能力越強，但價格也會相應較高，應根據自己的預算和用電需求來選擇；
品牌：知名品牌的光伏板通常質量更高，售后更好，能夠保障消費者的權益；
材質：最常使用的材質有單晶硅、多晶硅和非晶硅，每個材質的效率、價格都不同，可結合自己的預算和用電需求來選擇。
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展開 基于石墨炔體異質結且濕穩性高的高效鈣鈦礦太陽能電池
圖三：不同GDY摻雜的器件的表征及性能測試
(a) 器件結構；
(b) GDY/PVSK體異質結太陽能電池的橫截面SEM圖；
(c) 不同比例GDY的電流-電壓密度曲線以及光電轉換效率統計學分布（插圖）；
(e) 不同比例GDY在最大光電轉換效率處測量的穩態輸出；
(f) 不同比例GDY太陽能電池的IPCE光譜；
(e) 不同比例GDY太陽能電池在暗場中的瞬態光電流。
將不同的薄膜材料構筑成太陽能電池，通過SEM表征不同膜的厚度。測試摻雜不同GDY含量的太陽能電池性能發現，隨著GDY量的增加，PVSK/GDY體異質結形成了高載流子遷移率和強的電子抽取能力。實驗顯示適當添加石墨炔可以有效的鈍化晶面和界面，抑制光生載流子的復合，獲得更高的FF，其光電轉換效率高達20.54%。
圖四：不同GDY摻雜的器件性質及奈奎斯特圖
(a) 不同比例GDY太陽能電池在暗場中的瞬態光電壓；
(b) 不同比例GDY太陽能電池在暗場中奈奎斯特圖。
當器件中加入GDY/PVSK體異質結時，應當在光生載流子抽取/運輸能力和重組過程之間進行權衡，以達到最佳的電池性能。
展開 薄膜｜SKC決議出售薄膜業務！集中于二次電池、半導體等未來產業
CINNO Research產業資訊，SK集團下屬材料與化工企業SKC拆分了其薄膜業務。SKC決定集中于于二次電池、半導體、環保等未來事業。
根據韓媒Zdnet報道，9月16日，SKC召開了臨時股東大會，審議通過了關于薄膜業務的分拆計劃書，還表決了關于刪除薄膜業務和變更控股業務的章程修訂案。
SKC的二次電池材料部門SK Nexilis生產的二次電池用銅箔
今年6月，SKC召開董事會，決定分拆出售薄膜業務。并簽約以1.6萬億韓元（約80.5億人民幣）出售給Hahn&Company公司。向其轉讓了SKC的薄膜業務和薄膜加工子公司SKC Hitech&Marketing，以及位于美國、中國的工廠。
SKC決定清理薄膜業務，投資二次電池、半導體、環保未來業務。
SKC在章程中增加了控股業務，成為負責SK集團創新材料的業務控股公司。
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CINNO于2012年底創立于上海，是致力于推動國內電子信息與科技產業發展的國內獨立第三方專業產業咨詢服務平臺。公司創辦十年來，始終圍繞泛半導體產業鏈，在多維度為企業、政府、投資者提供權威而專業的咨詢服務，包括但不限于產業資訊、市場咨詢、盡職調查、項目可研、管理咨詢、投融資等方面，覆蓋企業成長周期各階段核心利益訴求點，在顯示、半導體、消費電子、智能制造及關鍵零組件等細分領域，積累了數百家大陸、臺灣、日本、韓國、歐美等高科技核心優質企業客戶。
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