太陽能電池的案例
新型鈣鈦礦太陽能電池：穩(wěn)定、高效、便宜、便于制造！
因?yàn)?em>太陽能電池會(huì)在太陽光照射下變得過熱，所以熱穩(wěn)定性顯得非常關(guān)鍵。通過無機(jī)材料取代有機(jī)成分，鈣鈦礦太陽能電池會(huì)變得更加穩(wěn)定。
如下圖所示，這種全無機(jī)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(dǎo)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(shí)后，幾乎未發(fā)生改變。”
然而，所有的無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池都比有機(jī)無機(jī)混合物的光線吸收率要低。第二個(gè)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(jié)構(gòu)，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(dāng)我們添加錳的時(shí)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(shè)備。
價(jià)值
（圖片來源：OIST）
總結(jié)一下，這項(xiàng)研究開發(fā)出的鈣鈦礦太陽能電池具有幾項(xiàng)優(yōu)勢：熱穩(wěn)定性好、光線吸收率高、制造工藝簡單且成本低。因此，這項(xiàng)研究也為未來鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模商用奠定了基礎(chǔ)。
未來
在變成像硅太陽能電池一樣的商用產(chǎn)品之前，鈣鈦礦太陽能電池仍有一系列的挑戰(zhàn)需要克服。例如，鈣鈦礦太陽能電池可保持運(yùn)行一到兩年，而硅太陽能電池可運(yùn)行達(dá)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(shí)也在開發(fā)制造商用產(chǎn)品的工藝。
展開 Joule最新綜述（Perspective）：太陽能可充電電池：優(yōu)勢、挑戰(zhàn)與機(jī)遇
傳統(tǒng)和先進(jìn)“太陽能電池-儲(chǔ)能電池”系統(tǒng)的對比
使用太陽能電池給電池充電的傳統(tǒng)方法是兩個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)（圖1A），其涉及的太陽能電池和儲(chǔ)能電池作為兩個(gè)獨(dú)立單元的通過電線連接。這樣的系統(tǒng)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(huì)導(dǎo)致電能損失。
有機(jī)的將產(chǎn)能和儲(chǔ)能合并為一個(gè)單元實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)將會(huì)有效的解決太陽能電池和電池的能量密度問題。這種設(shè)計(jì)具有小型化的特點(diǎn)，進(jìn)而會(huì)減少成本，增加了光伏系統(tǒng)的實(shí)用性。盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但是其在效率，容量和穩(wěn)定性等方面還存在很大的挑戰(zhàn)。目前在該方面的研究仍處于初級(jí)階段，研究的重心主要集中在材料和裝置的設(shè)計(jì)上。
集成光伏電池系統(tǒng)可以通過兩種不同的配置來實(shí)現(xiàn)：三電極（圖1B和1C）和雙電極（圖1D）。其中三電極設(shè)計(jì)中，一個(gè)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(fù)極同時(shí)執(zhí)行光轉(zhuǎn)換功能和儲(chǔ)能功能。
圖1 傳統(tǒng)的太陽能電池和儲(chǔ)能電池獨(dú)立設(shè)計(jì)（A），三電極設(shè)計(jì)（B和C）和兩電極設(shè)計(jì)（D）
3. 二元分離式“太陽能電池—儲(chǔ)能電池”的設(shè)計(jì)
本部分對前人分離式“太陽能電池—儲(chǔ)能電池”設(shè)計(jì)的工作進(jìn)行了總結(jié)，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(jié)合，其中圖2A和B顯示了四個(gè)串聯(lián)的鈣鈦礦太陽能電池對鋰離子電池充電，效率達(dá)到7.36%。本文通訊作者喬啟全團(tuán)隊(duì)利用變壓器和最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)現(xiàn)了使用單節(jié)鈣鈦礦太陽能電池對鋰離子電池充電，其效率達(dá)到了9.36%，該項(xiàng)研究成果發(fā)表在Advance Energy Materials上（圖2C和D）。
展開 蘇州大學(xué)在半透明有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域取得新突破
最終，半透明有機(jī)太陽能電池的顯色指數(shù)接近100、平均透過率超過20%，且光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)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(jī)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)和材料分子結(jié)構(gòu)；(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(jī)太陽能電池的透過光譜; (e)不同半透明有機(jī)太陽能電池在模擬光源AM 1.5G下的色坐標(biāo); (f)透過不同半透明有機(jī)太陽能電池拍攝的數(shù)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(bǔ)特性，有效抑制了在600-780 nm波長范圍內(nèi)透過光的波動(dòng)性，且三元體系的共混膜展現(xiàn)出更好的顯色性。進(jìn)一步通過引入介質(zhì)鏡精確反射380-600 nm范圍透過的光，可降低該區(qū)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(zhì)鏡協(xié)同效應(yīng)下制備的半透明有機(jī)太陽能電池具有很好的顯色性，顯色指數(shù)接近100，其色坐標(biāo)接近模擬標(biāo)準(zhǔn)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(jī)太陽能電池以及模擬其替代玻璃應(yīng)用在窗戶上；(b) 10 cm×10 cm的半透明有機(jī)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(qū)域的9個(gè)半透明有機(jī)太陽能電池的效率統(tǒng)計(jì)圖。
為了進(jìn)一步推動(dòng)半透明有機(jī)太陽能電池走向?qū)嶋H應(yīng)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(jī)太陽能電池同樣具有優(yōu)異的顯色性，通過測試和統(tǒng)計(jì)不同區(qū)域的透過光譜和器件效率發(fā)現(xiàn)，大面積電池表現(xiàn)出了很好的均一性和重復(fù)性，為在光伏窗戶上的應(yīng)用提供了可能。他們還拓展了半透明有機(jī)太陽能電池在柔性電池中的應(yīng)用。
展開 太陽能薄膜電池設(shè)計(jì)新方式！3D打印支架將提升其轉(zhuǎn)換效率
傳統(tǒng)的硅基太陽能電池雖然實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，有著較為成熟的市場，但其性價(jià)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(yīng)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(guān)注，還被《Science》評選為2013年十大科學(xué)突破之一。
斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系的研究團(tuán)隊(duì)開展了鈣鈦礦薄膜太陽能電池領(lǐng)域的研究，他們對現(xiàn)有技術(shù)設(shè)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(jī)械脆弱的 。這將嚴(yán)重影響太陽能電池的熱機(jī)械可靠性和使用壽命該，也是這一太陽能電池技術(shù)走向成熟的主要障礙。針對上述問題，斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用新的思路設(shè)計(jì)鈣鈦礦薄膜太陽能電池，即復(fù)合太陽能電池（CSC）。復(fù)合太陽能電池內(nèi)部的支架，解決了這些材料的內(nèi)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(shù)/volumetric 3D printing ”，能夠制造鈣鈦礦太陽能電池所需的內(nèi)部支架。這一應(yīng)用與斯坦福大學(xué)復(fù)合太陽能電池的設(shè)計(jì)方式有著類似之處，斯坦福大學(xué)有關(guān)復(fù)合太陽能電池的思路對其將3D打印應(yīng)用擴(kuò)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(zhuǎn)換效率
斯坦福大學(xué)復(fù)合太陽能電池研究團(tuán)隊(duì)對研究成果的總結(jié)是，內(nèi)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(jī)械屏蔽的單個(gè)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(fù)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(bào)道的平面鈣鈦礦（~0.4Jm-2）增加30倍 ，同時(shí)保持與平面裝置相當(dāng)?shù)男省?/span>
展開 
Science：南開大學(xué)有機(jī)太陽能電池效率破紀(jì)錄！
南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域研究中獲突破性進(jìn)展。他們設(shè)計(jì)和制備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機(jī)太陽能電池材料和器件，實(shí)現(xiàn)了17.3%的光電轉(zhuǎn)化效率，刷新了目前文獻(xiàn)報(bào)道的有機(jī)/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的世界最高紀(jì)錄。這一最新成果讓有機(jī)太陽能電池距離產(chǎn)業(yè)化更近一步。介紹該研究的論文在線發(fā)表于國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上。
有機(jī)太陽能電池的柔性特征和本工作主要結(jié)果
有機(jī)太陽能電池產(chǎn)業(yè)前景可期
▲▲▲
有機(jī)太陽能電池是解決環(huán)境污染、能源危機(jī)的有效途徑之一，其在質(zhì)輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環(huán)境友好等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)太陽能電池，被認(rèn)為是具有重大產(chǎn)業(yè)前景的新一代綠色能源技術(shù)。然而，實(shí)現(xiàn)高效率的太陽能電能轉(zhuǎn)化是有機(jī)太陽能電池研究的核心難題。而這一難題能否解決也直接決定著有機(jī)太陽能電池能否走出實(shí)驗(yàn)室、走進(jìn)人類的實(shí)際生產(chǎn)生活。
提高光電轉(zhuǎn)化效率瓶頸何在？
展開 案例分享 | Actran 助力衛(wèi)星太陽能電池的振動(dòng)聲學(xué)響應(yīng)預(yù)測
由于 MSC Nastran 的結(jié)構(gòu)建模能力可準(zhǔn)確地表述此類復(fù)雜的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，因此采用 Actran 對覆蓋有碳纖維面板的蜂窩結(jié)構(gòu)對太陽能電池板結(jié)構(gòu)周圍的聲波傳播所產(chǎn)生的影響進(jìn)行建模。Actran對孔的建模能力可以模擬各向異性的聲學(xué)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(qū)的振動(dòng)聲學(xué)響應(yīng)。
真實(shí)環(huán)境建模
折疊電池板在安裝狀態(tài)下固定到衛(wèi)星上。衛(wèi)星主體同時(shí)是一個(gè)離太陽能電池陣列很近的聲學(xué)反射面，同時(shí)也會(huì)遮擋聲波直接接觸太陽能電池陣列。在典型的實(shí)驗(yàn)中，使用衛(wèi)星側(cè)墻模擬器（SSS）支撐太陽能電池陣列，重造一個(gè)電池陣列真實(shí)的環(huán)境。數(shù)值模型中通過在太陽能電池板附近建立一個(gè)完美的反射面模型進(jìn)行模擬。
最后，將平面波疊加所產(chǎn)生的擴(kuò)散聲場（DSF）激勵(lì)應(yīng)用到模型上，用以表示聲學(xué)環(huán)境。
不僅 Actran 的結(jié)果與整個(gè)相關(guān)頻率范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)變的位置。
圖5. 混響室試驗(yàn)設(shè)置
圖6.振動(dòng)聲學(xué)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(yīng)變功率頻譜
圖9.
展開 新方法：采用“鉀”提升新一代鈣鈦礦太陽能電池性能！
創(chuàng)新
近日，英國劍橋大學(xué)（University of Cambridge ）領(lǐng)導(dǎo)的國際科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，碘化鉀的加入可以修復(fù)缺陷，阻止離子運(yùn)動(dòng)，提升低成本鈣鈦礦太陽能電池的效率。這種新一代的太陽能電池可以作為效率提升層，放置于現(xiàn)有的硅基太陽能電池頂部，或者制作成單獨(dú)的太陽能電池或者彩色LED。研究結(jié)果發(fā)表于《自然（Nature）》雜志。
鈣鈦礦晶體生成的原子尺度圖像
（圖片來源：Matt Klug）
技術(shù)
這項(xiàng)研究中用到的太陽能電池是基于金屬鹵化物鈣鈦礦，它們是一組很有前途的離子半導(dǎo)體材料，只有短短幾年的開發(fā)歷史，但是現(xiàn)在從光電轉(zhuǎn)換效率方面來說，它們可與商用的薄膜光伏技術(shù)相媲美。鈣鈦礦廉價(jià)且易于在低溫條件下制造，這使得它們非常適合下一代太陽能電池和照明。
研究的領(lǐng)頭人、劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的博士 Sam Stranks 表示：“迄今為止，我們還沒能使得這些材料穩(wěn)定地達(dá)到我們想要的能帶隙，所以我們一直嘗試通過調(diào)整鈣鈦礦層的化學(xué)成分，阻止離子運(yùn)動(dòng)。這將使得鈣鈦礦可以作為多種鈣鈦礦電池或者彩色LED（從本質(zhì)上以逆向方式運(yùn)行的“太陽能電池”）使用。
在這項(xiàng)研究中，研究人員將碘化鉀添加到鈣鈦礦墨水中，這種墨水可自組裝到薄膜中，改變了鈣鈦礦層的化學(xué)成分。這種技術(shù)兼容卷對卷制程（roll-to-roll processes），這意味著它是廉價(jià)且可擴(kuò)展的。碘化鉀在鈣鈦礦的頂部形成一個(gè)“裝飾”層，可以修復(fù)缺陷，使得電子運(yùn)動(dòng)得更加自由，同時(shí)也限制了離子的運(yùn)動(dòng)，從而使得材料在期望的能帶隙條件下更加穩(wěn)定。
價(jià)值
研究人員論證了，這種鈣鈦礦的能帶隙性能頗具前景，非常適合作為硅太陽能電池頂層或者和配合另外一層鈣鈦礦使用（因此稱為“疊層太陽能電池”）。硅疊層太陽能電池很可能是鈣鈦礦首個(gè)大規(guī)模應(yīng)用。通過添加一層鈣鈦礦，光線中更廣范圍的光譜可被更有效地吸收。
展開 新型細(xì)菌太陽能電池：低成本、可持續(xù)！
導(dǎo)讀
近日，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種便宜、可持續(xù)的方法，采用細(xì)菌將光線轉(zhuǎn)化為能量，構(gòu)建太陽能電池。他們設(shè)計(jì)的電池生成的電流比之前此類設(shè)備所記錄的更強(qiáng)，并且在昏暗的光線下有著與明亮光線下一樣的工作效率。
背景
太陽能，是一種極具開發(fā)與利用價(jià)值的新能源。它具有清潔、環(huán)保、可再生、易獲取、低成本等優(yōu)勢，已經(jīng)得到了非常廣泛的開發(fā)與利用。其中，太陽能電池是一種非常典型的利用太陽能的方式，它可以直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來。
（圖片來源：維基百科）
有效地利用太陽能，往往需要陽光普照的晴朗天氣，可是世界上某些地區(qū)卻經(jīng)常出現(xiàn)陰雨天氣，例如：加拿大不列顛哥倫比亞省和北歐。陰云遮擋了陽光，使得光線變暗，從而影響到了太陽能電池的效率。
創(chuàng)新
然而，近日加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)（University of British Columbia）的研究人員開發(fā)出一種既便宜又可持續(xù)的方案，讓太陽能電池在昏暗光線下有著與明亮光線下一樣的工作效率。這種太陽能電池采用細(xì)菌將光線轉(zhuǎn)化為能量，生成的電流比之前的同類太陽能電池所記錄的更強(qiáng)。
（圖片來源：Flickr/LillyAndersen）
技術(shù)
這種太陽能電池也稱為“源于生物的”（biogenic）太陽能電池，因?yàn)樗鼈冇苫畹纳矬w構(gòu)成。這并不是筆者頭一次介紹這種源于生物的太陽能電池，讓我們先來回顧一下之前介紹過的兩個(gè)案例：
1）美國賓漢姆頓大學(xué)和紐約州立大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)出一種微型生物太陽能電池，它比現(xiàn)有的同類電池具有更高的功率密度，工作時(shí)間更長。
（圖片來源：Seokheun Choi）
2）英國帝國理工學(xué)院、劍橋大學(xué)、中央圣馬丁藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院的科研人員將活的藍(lán)藻細(xì)菌與電路印刷到紙上，開發(fā)出一種太陽能生物電池與太陽能面板二合一的產(chǎn)品。
展開 Ansys 案例研究 | 太陽能電池板熱吸收仿真分析
太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲(chǔ)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(gè)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(dá)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(yīng)。
目標(biāo)
觀察由于一個(gè)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。
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱分析系統(tǒng)（Steady State Thermal Analysis system）。
2. 定義材料屬性。大多數(shù)太陽能電池板由硅制成，此處僅作演示使用硅材料。球體采用鋼材作為材料，用以表示熱源。
3. 導(dǎo)入模型，其外觀如圖1所示。
圖1：太陽能電池板與熱源
4. 為幾何模型賦予材料屬性。
5. 對球體施加10000W/m3 的內(nèi)部熱生成，用以表示發(fā)熱物體；然后在球體表面與太陽能電池板上表面之間定義表面對表面輻射，使熱量通過輻射在這兩個(gè)表面之間傳遞，如圖2所示。發(fā)射率取值為0.7，假設(shè)太陽能電池板頂部未覆蓋玻璃蓋板，該值可在0.7至0.95之間變化。環(huán)境溫度設(shè)為220°C。
圖2：內(nèi)部熱生成與輻射邊界條件
6. 對于輻射問題，設(shè)置子步有助于收斂。在分析設(shè)置詳情中定義子步，如圖3所示。
圖3：為分析定義的子步
7. 采用線性網(wǎng)格對模型進(jìn)行劃分并求解分析。得到的太陽能電池板表面的熱流密度矢量圖和溫度分布如圖4和圖5所示。
展開 日本大學(xué)研發(fā)新型太陽能電池 有望實(shí)現(xiàn)跨越性發(fā)展
近日，沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院研發(fā)了新型全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池，解決了困擾太陽能電池技術(shù)面臨的三個(gè)關(guān)鍵問題：效率，穩(wěn)定性和成本。
太陽在太陽系中心釋放了巨大的能量，而太陽能就是利用這部分能量，這也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)的關(guān)鍵目標(biāo)之一。
具有太陽能電池的電子設(shè)備可以將光能直接轉(zhuǎn)換成電能，加以使用。迄今為止，大多數(shù)太陽能電池都是由硅制成的，主要是利用了這種物質(zhì)易吸收光線的特質(zhì)，但是硅面板的生產(chǎn)成本很高，所以性價(jià)比一直是一個(gè)問題。
科學(xué)家一直在研究一種由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制成的替代品材料。而鈣鈦礦是地球上發(fā)現(xiàn)的一種礦物質(zhì)，由特定分子排列的鈣，鈦和氧組成，科學(xué)家研究的是和其具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料，也就是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料。
鈣鈦礦材料作為太陽能電池的集光活性層非常實(shí)用，因?yàn)樗鼈兡苡行У匚展饩€，更重要的是價(jià)格要比硅便宜得多。這種材料實(shí)用方式也非常多，例如，可以將其溶解在溶劑中，并直接噴涂到基材上。
但是這種材料也并非完美，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料通常非常不穩(wěn)定，溫度過高的時(shí)候不穩(wěn)定，這阻礙了其商業(yè)化。
沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院（OIST）能源材料與表面科學(xué)研究所由齊亞平教授領(lǐng)導(dǎo)，他發(fā)現(xiàn)了新型鈣鈦礦材料，該材料穩(wěn)定，高效，并且生產(chǎn)成本相對較低，未來太陽能電池的使用會(huì)更加廣泛。
最近，他們的研究結(jié)果發(fā)表在《Advanced Energy Materials》上，博士后賈良博士和劉宗豪博士也對這項(xiàng)工作做出了重大貢獻(xiàn)。
但在鈣鈦礦太陽能電池變得像硅太陽能電池一樣具有商業(yè)可行性之前，仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。例如，鈣鈦礦太陽能電池的壽命在一年或兩年，但硅太陽能電池可以工作20年。
齊亞平和他的同事們將繼續(xù)研究這些新型電池的效率和耐久性，并且正在以商業(yè)規(guī)模制造這些電池。
展開 瑞士開發(fā)出新的硅-鈣鈦礦太陽能電池組合技術(shù)
硅一直是太陽能電池技術(shù)的首選材料，因?yàn)槠渚哂袃r(jià)格低廉、穩(wěn)定且高效等特點(diǎn)。一個(gè)不幸的消息是，硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率正快速接近其理論極限。不過，將其與其他材料配對可能有助于突破該上限。
現(xiàn)在，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)(EPFL)和瑞士電子與微技術(shù)中心(CSEM)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的硅和鈣鈦礦太陽能電池組合的技術(shù)，在他們的研究報(bào)告中提到，該種電池的研究室效率已經(jīng)突破了25.2%的效率紀(jì)錄——這是這種太陽能電池組合技術(shù)的全新記錄。
目前市場上的硅太陽能電池效率最高可達(dá)20%到22%，這并不差，但并不能使該技術(shù)有更大的發(fā)展空間。近年來，鈣鈦礦作為一種理想的替代品，其效率從2009年的3.8%提高到2016年的 20%以上。盡管如此，因?yàn)樗膬r(jià)格比普通硅太陽能電池貴，并且具有其自身的效率上限，商業(yè)化程度并不算高。
在一個(gè)太陽能電池中使用鈣鈦礦和硅可能有助于發(fā)揮這兩種材料的優(yōu)勢。鈣鈦礦在將綠光和藍(lán)光轉(zhuǎn)換為電能方面效果更好，而硅專用于紅光和紅外光，因此它們可以捕獲更寬的光譜范圍。
研究的作者Florent Sahli和Jérémie Werner表示，通過結(jié)合這兩種材料，就可以最大限度地利用太陽光譜并增加發(fā)電量，目前研究中所做的計(jì)算和工作表明，應(yīng)該很快就能實(shí)現(xiàn)30%的效率。
該團(tuán)隊(duì)的新型硅-鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了25.2%的效率。這超過了2015年研發(fā)的由單晶硅太陽能電池和鈣鈦礦型太陽能電池層疊而成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的太陽能電池，那時(shí)其效率僅為13.7%。
這些串聯(lián)電池的主要障礙在制造過程中。通常，鈣鈦礦將作為液體沉積在表面上，但硅的質(zhì)地使其變得困難。硅電池的表面由大約五微米高的大量“金字塔”結(jié)構(gòu)組成，這種結(jié)構(gòu)可以更好地捕捉和吸收光線。
展開 
使用ANSYS Workbench對太陽能電池板吸熱分析
使用ANSYS Workbench對太陽能電池板吸熱分析
李安民
Heat Absorption By Solar Panels using ANSYS Workbench
Julian Lee
摘要：本分析使用ANSYS Workbench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。
關(guān)鍵字：仿真；熱分析；ANSYS Workbench；太陽能電池板
分析視頻教程將在2023年3月23日19:30在技術(shù)鄰進(jìn)行直播，歡迎前來觀看以及和作者討論。
本教程使用了ANSYS 2023和ANSYS2022，兩個(gè)版本在本教程范圍內(nèi)操作完全相同。
1.打開ANSYS Workbench，建立Steady State Thermal Analysis。
2.定義材料屬性，大多數(shù)太陽能電池板是用硅制成的，太陽能電池板的材料使用silicon，球的材料為structural steel作為熱源。
3.導(dǎo)入模型，模型如圖1所示
4.給幾何模型賦予屬性。
5.給小球賦予10000w/m2的internal heat generation，模擬生成熱的物體。在小球面和太陽能電池板的頂面定義surface to surface radiation，使熱量通過輻射從球面?zhèn)鬟f到太陽能電池板，emissivity設(shè)置為0.7。環(huán)境溫度使用默認(rèn)的22℃。
6.在輻射問題中，使用sub step有助于求解的收斂。
展開 高熱穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率超過21%
光伏性能和光致發(fā)光性能
a.鈣鈦礦和界面層的能級(jí)
b.鈣鈦礦太陽能電池在AM1.5G的光照下的電流密度-電壓曲線
c.含有PTQ10的鈣鈦礦太陽能電池的外量子效率光譜圖
d.穩(wěn)態(tài)能量裝換效率
e,f.兩種鈣鈦礦膜的穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜圖（e）和時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜圖（f）
圖4. 瞬態(tài)光電壓和瞬態(tài)光電流
a.三種鈣鈦礦太陽能電池的瞬態(tài)光電壓
b.三種鈣鈦礦太陽能電池的瞬態(tài)光電流
圖5. 鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和EDX譜圖
a.室溫、相對濕度為40%、無封裝的條件下的環(huán)境穩(wěn)定性
b.在85°C的氮?dú)庀渲械臒岱€(wěn)定性
c.老化后的基準(zhǔn)器件的Ag、I、Pb三種元素的EDX線掃描
d.老化后的含有PTQ10的鈣鈦礦太陽能電池的Ag、I、Pb三種元素的EDX線掃描
【小結(jié)】
作者在平面n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池中引入了PTQ10作為雙功能界面層。它具有深能級(jí)，和基于FA的鈣鈦礦的價(jià)帶形成良好的能級(jí)匹配，促進(jìn)空穴的提取。保護(hù)陽離子的相轉(zhuǎn)化技術(shù)也阻止鈣鈦礦表面的陽離子在退火過程中逃逸，確保鈣鈦礦的化學(xué)當(dāng)量平衡。鈣鈦礦晶體有最佳的取向，導(dǎo)致鈣鈦礦太陽能電池的最佳能量轉(zhuǎn)換效率為21.2%。同時(shí)，它的熱穩(wěn)定性非常出色。作者相信這種方法會(huì)為鈣鈦礦膜的表面的化學(xué)當(dāng)量平衡的精準(zhǔn)控制和選擇高性能的鈣鈦礦太陽能電池的新型界面材料提供更多幫助。
展開 倫敦瑪麗女王大學(xué)開發(fā)鈣鈦礦材料新生產(chǎn)工藝 提高太陽能電池效率
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，倫敦瑪麗女王大學(xué)（Queen Mary University of London）的研究人員開發(fā)了一種新工藝，以生產(chǎn)穩(wěn)定的鈣鈦礦材料，制造更高效的太陽能電池。
（圖片來源：倫敦瑪麗女王大學(xué)）
在太陽能電池中，晶體硅是應(yīng)用最廣泛的材料。然而，由金屬鹵化物鈣鈦礦材料制成的鈣鈦礦太陽能電池，可能成本更低、更高效。現(xiàn)在，鈣鈦礦型太陽能電池在效率方面，可與更成熟的硅基太陽能電池相媲美。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于，這種電池存在化學(xué)不穩(wěn)定性。鈣鈦礦材料對水分、氧氣甚至光線都非常敏感，在空氣中會(huì)迅速降解。
一種甲脒鈣鈦礦（formamidinium perovskite）材料有助于解決這一問題。這種鈣鈦礦名為FAPbI3，具有純凈的黑色晶體結(jié)構(gòu)，比其他許多鈣鈦礦在化學(xué)上更穩(wěn)定。在太陽能電池中，與現(xiàn)有鈣鈦礦材料相比，其光學(xué)特性也更適合高效吸收光線和發(fā)電。然而，制造這種黑色的穩(wěn)定材料并不容易，往往會(huì)形成不適合太陽能電池的黃色相。
在此項(xiàng)研究中，研究人員提出一種制造FAPbI3的新工藝。制造FAPbI3的挑戰(zhàn)之一在于，高溫（150℃）會(huì)導(dǎo)致材料中的晶體拉伸變緊，從而促進(jìn)形成黃色相。以往的報(bào)告中額外使用少量化學(xué)物質(zhì)，以在這些條件下幫助形成FAPbI3。然而，在大規(guī)模制造太陽能電池時(shí)，很難控制這些添加劑的均勻性和數(shù)量，而且加入這些添加劑所產(chǎn)生的長期影響尚不清楚。
此項(xiàng)研究中提出的新方法是，在更低的溫度下（100℃），將FAPbI3薄膜暴露在含混合溶劑的氣溶膠中。研究人員發(fā)現(xiàn)，只需一分鐘，就可以形成非常穩(wěn)定的黑色相FAPbI3。相比之下，其他方法大約需要20分鐘。另外，降低溫度有助于使材料中的晶體“放松”。
展開 技術(shù) | 晶體硅太陽能電池的未來焊接技術(shù)
摘要 從太陽能電池片到電池組件，需要將單片的電池連接起來使之形成一個(gè)整體，焊接就是其中最主要的工序。隨著硅片厚度的不斷減薄和電池面積的不斷增大，焊接過程中的碎片率也越來越高，直接影響到了組件的生產(chǎn)成本，而焊接的效果也直接影響到組件的質(zhì)量。本文將主要介紹了未來可應(yīng)用于晶體硅太陽能電池的新型焊接工藝。
前言
焊接是晶體硅太陽能組件生產(chǎn)過程中的主要工序，主要包括單焊和串焊，單焊是指將匯流帶焊接到電池正面的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，長度一般為電池邊長的2倍，多出的焊帶在串焊時(shí)與后面的電池片的背面電極相連。串焊是指將焊接好的單個(gè)電池片從背面互相焊接成一個(gè)電池串，目前的工藝大多為手工的，電池的定位主要靠一個(gè)焊接面板，上面有放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置預(yù)先設(shè)計(jì)好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，焊接面板同時(shí)還具有傳熱作用，可以減少電池片的隱裂和虛焊。焊接過程中，操作者使用電烙鐵將“前電池”的正面電極焊接到“后電池”的背面電極上，這樣依次將單個(gè)電池片串接在一起，并在電池串的正負(fù)極焊接出引線。電池片的單焊和串焊的目的是將單個(gè)電池片進(jìn)行串聯(lián)，使其形成一個(gè)回路，收集各個(gè)電池片上的電荷。晶體硅太陽電池的單焊和串焊如圖1所示。
圖1 晶體硅太陽電池的單焊和串焊
晶體硅太陽能電池的未來焊接技術(shù)
新型焊接工藝隨著硅片厚度的不斷減薄和電池面積的不斷增大，焊接過程中產(chǎn)生的碎片率也不斷增大，直接增加了太陽能電池的生產(chǎn)成本，因此，一些新型的，無接觸的焊接工藝也有可能引入到晶體硅太陽能電池的焊接工藝中，以下主要介紹激光焊接、超聲焊接和新型導(dǎo)電膠這幾種新技術(shù)。
展開 