太陽能電池
關注創建者：木木彡の` 創建時間：2017-03-06
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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COMSOL光學與RF系列視頻
該系列視頻詳細講解了COMSOL中RF和光學的相關模型及應用，包括光子晶體、石墨烯、SPR、光波導、耦合器、光纖、太陽能電池等，透徹的講解了COMSOL射頻光學模型的思想與設置方法，同時講解了傳輸損耗、色散曲線、耦合長度、模式面積等的求解問題。講解過程中穿插不少COMSOL設置以及后處理技巧。
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一種太陽能光伏新型跟蹤支架結構力學分析方法
本次課程主要是介紹一種光伏行業跟蹤支架的結構建模及力學分析方法，使用的結構分析軟件為SAP2000，同時使用到了AutoCAD和PTC mathCAD，采用GB50009建筑結構荷載規范和GB50797光伏發電站設計規范進行參數選取設計等，通過本課程大家可以對光伏行業的新型跟蹤支架及其結構的建模、受力分析等有一個比較直觀的理解和認識。
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太陽能電池的實例教程
傳統和先進“太陽能電池-儲能電池”系統的對比
使用太陽能電池給電池充電的傳統方法是兩個系統獨立設計（圖1A），其涉及的太陽能電池和儲能電池作為兩個獨立單元的通過電線連接。這樣的系統往往比較昂貴、笨重而且不靈活，還需要比較大空間，另外外部的電線會導致電能損失。
有機的將產能和儲能合并為一個單元實現一體化設計將會有效的解決太陽能電池和電池的能量密度問題。這種設計具有小型化的特點，進而會減少成本，增加了光伏系統的實用性。盡管有很多優點，但是其在效率，容量和穩定性等方面還存在很大的挑戰。目前在該方面的研究仍處于初級階段，研究的重心主要集中在材料和裝置的設計上。
集成光伏電池系統可以通過兩種不同的配置來實現：三電極（圖1B和1C）和雙電極（圖1D）。其中三電極設計中，一個電極被用作公用電極作為光伏器件和電池之間的陰極或陽極。在雙電極配置中，正極和負極同時執行光轉換功能和儲能功能。
圖1 傳統的太陽能電池和儲能電池獨立設計（A），三電極設計（B和C）和兩電極設計（D）
3. 二元分離式“太陽能電池—儲能電池”的設計
本部分對前人分離式“太陽能電池—儲能電池”設計的工作進行了總結，硅太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池以及染料敏化太陽能電池都能以不同的形式與鋰離子電池相結合，其中圖2A和B顯示了四個串聯的鈣鈦礦太陽能電池對鋰離子電池充電，效率達到7.36%。本文通訊作者喬啟全團隊利用變壓器和最大功率點跟蹤實現了使用單節鈣鈦礦太陽能電池對鋰離子電池充電，其效率達到了9.36%，該項研究成果發表在Advance Energy Materials上（圖2C和D）。
展開 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 因為太陽能電池會在太陽光照射下變得過熱，所以熱穩定性顯得非常關鍵。通過無機材料取代有機成分，鈣鈦礦太陽能電池會變得更加穩定。
如下圖所示，這種全無機鈣鈦礦太陽能電池具有幾層。底層是僅有幾毫米厚的玻璃，第二層是透明導電材料FTO，接下來是由二氧化鈦組成的電子活性層，第四層是光敏鈣鈦礦，頂層是碳。
（圖片來源：OIST）
下圖是鈣鈦礦太陽能電池的電子顯微鏡圖像，它顯示出不同的層。
（圖片來源：OIST）
論文作者之一的 Zonghao Liu 博士說：“太陽能電池在暴露于光線中300小時后，幾乎未發生改變。”
然而，所有的無機鈣鈦礦太陽能電池都比有機無機混合物的光線吸收率要低。第二個特征也由此而來：OIST的研究人員將新型電池與錳摻雜，以改善其性能。錳改變了材料的晶體結構，提升了光線吸收能力。Liu 表示：“就像你將鹽放入一盤菜中來改變它的口味一樣，當我們添加錳的時候，它改變了太陽能電池的特性。”
第三，在這些太陽能電池中，在太陽能電池之間傳輸電流的電極和外部電線都是由碳組成，而不是通常用的金。這些電極特別便宜且易于制造，一部分是由于它們能夠直接印刷到太陽能電池中。從另外一方面說，制造金電極則需要高溫條件以及真空室等特殊設備。
價值
（圖片來源：OIST）
總結一下，這項研究開發出的鈣鈦礦太陽能電池具有幾項優勢：熱穩定性好、光線吸收率高、制造工藝簡單且成本低。因此，這項研究也為未來鈣鈦礦太陽能電池的大規模商用奠定了基礎。
未來
在變成像硅太陽能電池一樣的商用產品之前，鈣鈦礦太陽能電池仍有一系列的挑戰需要克服。例如，鈣鈦礦太陽能電池可保持運行一到兩年，而硅太陽能電池可運行達二十年。
為了改善這些新型電池的效率和持久性，Qi 及其同事們正努力工作，同時也在開發制造商用產品的工藝。
展開 最終，半透明有機太陽能電池的顯色指數接近100、平均透過率超過20%，且光電轉換效率達到了9.37%。更為重要的是，該種策略具有很好的普適性，不但適用于不同的活性層體系，還適用于制備大面積、柔性半透明器件。
圖1(a) 半透明有機太陽能電池的器件結構和材料分子結構；(b)不同光活性層材料的吸收光譜；(c)不同共混膜的透過光譜；(d)半透明有機太陽能電池的透過光譜; (e)不同半透明有機太陽能電池在模擬光源AM 1.5G下的色坐標; (f)透過不同半透明有機太陽能電池拍攝的數碼照片。
從圖1可以看出，相比于兩元體系，三元體系具有更好的光吸收互補特性，有效抑制了在600-780 nm波長范圍內透過光的波動性，且三元體系的共混膜展現出更好的顯色性。進一步通過引入介質鏡精確反射380-600 nm范圍透過的光，可降低該區域的透過率，從而獲得較為水平（均一）的透過光譜。基于三元體系和介質鏡協同效應下制備的半透明有機太陽能電池具有很好的顯色性，顯色指數接近100，其色坐標接近模擬標準光源AM 1.5G。透過該半透明電池拍攝不同的畫面能夠很好保留原有的色彩。
圖2(a) 采用刮涂法制備的三元半透明有機太陽能電池以及模擬其替代玻璃應用在窗戶上；(b) 10 cm×10 cm的半透明有機太陽能電池其不同位置上的透過光譜（圖片上位置的顏色與透過曲線顏色一致）； (c)不同區域的9個半透明有機太陽能電池的效率統計圖。
為了進一步推動半透明有機太陽能電池走向實際應用，研究人員探索了該策略在大面積刮涂法中的適用性。如圖2所示，采用刮涂法制備的大面積半透明有機太陽能電池同樣具有優異的顯色性，通過測試和統計不同區域的透過光譜和器件效率發現，大面積電池表現出了很好的均一性和重復性，為在光伏窗戶上的應用提供了可能。他們還拓展了半透明有機太陽能電池在柔性電池中的應用。
展開 由于 MSC Nastran 的結構建模能力可準確地表述此類復雜的復合材料結構，因此采用 Actran 對覆蓋有碳纖維面板的蜂窩結構對太陽能電池板結構周圍的聲波傳播所產生的影響進行建模。Actran對孔的建模能力可以模擬各向異性的聲學傳播以及特定的消散特性，這主要影響太陽能電池板在低頻區的振動聲學響應。
真實環境建模
折疊電池板在安裝狀態下固定到衛星上。衛星主體同時是一個離太陽能電池陣列很近的聲學反射面，同時也會遮擋聲波直接接觸太陽能電池陣列。在典型的實驗中，使用衛星側墻模擬器（SSS）支撐太陽能電池陣列，重造一個電池陣列真實的環境。數值模型中通過在太陽能電池板附近建立一個完美的反射面模型進行模擬。
最后，將平面波疊加所產生的擴散聲場（DSF）激勵應用到模型上，用以表示聲學環境。
不僅 Actran 的結果與整個相關頻率范圍內的實驗結果吻合，而且還能通過 Actran 后處理的輸出云圖來確定電池板上最大加速度和最大應變的位置。
圖5. 混響室試驗設置
圖6.振動聲學模型概覽
圖7.太陽能電池板加速度功率頻譜
圖8.太陽能電池板應變功率頻譜
圖9.
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“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
展出范圍
半導體材料：硅片及硅基材料、硅晶圓、硅晶片、單晶硅、硅片、鍺硅材料、S01材料、太陽能電池用硅材料及化合物半導體材料、石英制品、石墨制品、防靜電材料、光刻膠及其配套試劑、晶圓膠帶、光掩膜版、電子氣體、特種化學氣體、CMP拋光材料、封裝基板、引線框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板、封測材料等。
隨著非化石能源開發與儲能技術的跨越式發展，新能源汽車及高密度數據中心對儲能設備的能量密度提出了極高的要求。在充放電循環中，動力電池內部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產生。若無法及時耗散熱量，局部熱點的積聚不僅會加速電池老化，在極端工況下更易引發熱失控（Thermal Runaway），導致電池起火乃至爆炸的災難性后果。因此，構建高效、安全的熱管理系統是突破產業瓶頸的核心任務。
傳統的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大
在這篇簡報中，我們分享了分層介質組件的介紹，以及基于CIGS的太陽能電池的模擬設置。
CIGS太陽能電池中的吸收
模擬了基于銅銦鎵硒(CIGS)的太陽能電池，并計算了CIGS層中的吸收。
分層介質組件
此使用案例介紹了分層介質組件，并概述了其選項、設置和電磁場解算器。
CIGS太陽能電池中的吸收13天前
*我們假設太陽能電池是由一層帶有防反射涂層的熔融石英保護的。
光伏
金類等離子體材料——包括金、銅和銀，已被用于光伏和太陽能電池。這些材料作為電子和空穴供體，在為物聯網網絡中的智能傳感器供電方面發揮著重要作用。
此外，表面等離子體光子學納米材料還可以改善LED的光提取，提高其亮度和效率，從而實現低成本、柔性和輕量化的LED顯示屏。
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，指示了穩態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。
系統類型
應用示例
聚合物
功能
構建并平衡聚合物系統
獲取熱機械屬性，如玻璃化轉變溫度、彈性模量及動態模量
仿真熱傳輸過程
計算光學屬性
優勢
極具靈活性的構建器
全自動化工作流程
研究與其他聚合物、分子及納米顆粒混合的聚合物體系
高度可擴展的MPI并行化分子動力學引擎
太陽能電池與電池
<p>今日16:00，Ansys官方『Ansys Fluent 2026 R1 動力電池新功能介紹』研討會將解讀Ansys Fluent 2026 R1 動力電池模塊新功能，涵蓋GPU求解器、熱失控仿真、降階模型及大規模電池模型處理效率提升等核心更新。感興趣的下滑預約學習??</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/f5a523e26f25470d8511903a6050a3bb
礦井提升機罐籠是礦山的“主動脈”，承擔著人員升降、物料運輸、設備下放等核心功能。而隨著智慧礦山建設的推進，罐籠上的用電設備越來越多——從照明、語音對講，到自動阻車器、罐簾門，再到視頻監控和人員定位裝置。然而，如何為這些設備安全、穩定地供電，卻成了一個讓礦山管理者頭疼的難題。
一、兩條老路：拖纜與蓄電池的“死胡同”
礦用罐籠的傳統供電方案主要有兩種：
