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钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
钙钛矿太阳能电池制备工艺简单,成本低廉。近年来,该类太阳能电池因其快速增长的光电转换效率和逐步提升的器件稳定性,吸引了学术界和产业界的广泛关注,为光伏领域带来了新的机遇。然而,由于钙钛矿太阳能电池中存在非辐射复合损失,所以目前的光电转换效率依然低于肖克利-奎塞尔(Shockley-Queisser)理论所定义的极限效率。因此,最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失是进一步提升电池器件效率的未来研究重点。 鉴于此,研究团队基于已有的研究基础,对“最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失”这一论题进行深入探讨和系统总结。该综述文章主要包括以下几个方面:首先,介绍了钙钛矿太阳能电池中非辐射复合的起源,并详细讨论了非辐射复合损失的定量化测试方法;其次,系统总结了在降低非辐射复合损失方面的最近研究进展;再次,依据肖克利-奎塞尔理论,对钙钛矿太阳能电池所能够获得的最高光电转换效率进行了科学预测;最后,在展望部分,前瞻性地指出了最大化降低非辐射复合损失的未来努力方向。图1. 金属卤化物钙钛矿活性层内的电荷载流子产生与复合动力学机制 在理想的金属卤化物钙钛矿半导体材料中,所有的光生电子和空穴最终将通过发射光子的方式进行复合(即:辐射复合)。然而,在实际的钙钛矿太阳能电池中存在大量的非辐射复合通道(如图1所示),绝大部分光生载流子将优先通过其他非辐射途径进行复合(例如,缺陷辅助复合,俄歇复合,界面诱导复合,电声耦合,带尾态复合等)。这些非辐射复合损失过程极大降低了电池在稳态下的光生载流子浓度,从而减小了金属卤化物钙钛矿层中准费米能级劈裂的能级差,最终造成钙钛矿太阳能电池较大的电压损失。因此,最大化降低或抑制这些非辐射复合通道是提升器件开路电压和光电转换效率的关键。 针对各种非辐射复合通道,该综述首先介绍了目前量化分析非辐射复合损失的常规测试技术以及测试要点,如图2所示。图2. 量化钙钛矿薄膜和完整器件中非辐射复合损失的表征技术 随后,结合当前研究现状,进一步梳理了近年来在降低非辐射复合损失方面取得的一系列重要进展。值得一提的是,该研究团队去年在《Science》杂志上报道的基于溶液二次生长方法构建渐变结的策略(如图3所示),在降低反式钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失方面效果显著(Science 360, 1442-1446)。此后,一系列研究报道显示,相似的策略在正式常规结构钙钛矿太阳能电池和全无机钙钛矿太阳能电池中也可以获得正向的实验结果。由此说明,在金属卤化物钙钛矿半导体材料中构建有效的渐变结对后续降低非辐射复合损失具有非常重要的借鉴价值。图3. 渐变结钙钛矿太阳能电池器件结构和渐变结的时间分辨光谱 此外,该综述还以当前最高效率的砷化镓太阳能电池为参照,先假定钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与砷化镓太阳能电池的情形一致,再依据肖克利-奎塞尔理论,对钙钛矿太阳能电池所能够获得的性能参数进行科学预测,进而给出电池器件所能达到的最高光电转换效率,如图4所示。图4. 当钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与当前最高效率砷化镓太阳能电池的情况相同时,单结钙钛矿太阳能电池可实现的最优器件性能参数 最后,该综述也指出,目前提升器件性能的两条主要途径是最优化光子俘获和最大化降低非辐射复合损失。如果能将二者进行有效整合,探索更可靠的协同优化策略,这可能会是将器件光电转换效率提升至接近理论极限的可行方案。为此,综述也对一些未来的努力方向进行了展望。 总的来说,该综述为最大程度地降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失提供了理论总结,也为开展实验工作提供了参考借鉴,对进一步提升电池效率,推动该类电池产业化应用有重要意义。
北京大学 2021-04-11
限域效应驱动的二维碘化铅钙钛矿铁电体的发现
前期,东南大学化学化工学院国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室科研人员首次发现了杂化铅碘钙钛矿分子铁电薄膜中的“涡旋-反涡旋”(vortex-antivortex)畴结构。此次,
东南大学 2021-01-12
大型深凹露天矿高效运输系统及强化开采技术研究
我国冶金矿山 80%矿石量来自于露天开采。目前,我国大多数大中型露天矿已进入深凹开采,矿山生产遇到两个突出问题:第一,运输距离加长,运输效率降低,导致生产成本急剧上升。只有研究和采用新的运输系统,才能维持矿山的正常生产。第二,随着开采深度的增加和边坡的加高加陡,一方面,开采难度越来越大,开采安全性越来越差;另一方面,对大型露天矿,提高边坡角又是充分回收资源、减少剥离量、降低生产成本的重要手段。因此,必须研究边坡设计优化和深部强化开采技术,在保证生产安全的前提下,提高边坡角,减少剥离成本,提高经济效益。同时,大型露天矿生产设备品种多、数量大,生产和管理环节多,提高生产和管理技术水平,对企业降耗增效意义重大。本项目以水厂铁矿为依托工程,完成了下列主要研究内容:(1)采用国际上最先进的汽车-胶带半连续运输技术,在水厂铁矿建立了一条矿石运输和两条排岩运输系统,通过研究解决了系统设计和运行过程中的关键技术问题,单条排岩运输系统和矿石运输系统的生产能力分别达到 2100 万吨/年和 1100 万吨/年。(2)在大量系统的工程地质、水文地质勘查、矿区地应力场测量和矿岩物理力学特性试验基础上,采用大型非线性三维有限差分法、离散单元法和基于 GIS 的三维极限平衡法进行了边坡稳定分析和设计优化,使各区的总体边坡角分别提高了 1°~6°。(3)研制了矿车自动调度及管理系统和地测及采掘进度计划编制与实施系统,开发了具有自主知识产权的露天矿自动化调度模型和软件系统,并在水厂铁矿建立了基于 GPS 定位系统的生产设备自动调度和管理信息系统,实现了生产调度自动化。
北京科技大学 2021-04-13
大型深凹露天矿高效运输系统及强化开采技术研究
1.项目的简单概述 我国冶金矿山80%矿石量来自于露天开采。目前,我国大多数大中型露天矿已进入深凹开采,矿山生产遇到两个突出问题:第一,运输距离加长,运输效率降低,导致生产成本急剧上升。只有研究和采用新的运输系统,才能维持矿山的正常生产。第二,随着开采深度的增加和边坡的加高加陡,一方面,开采难度越来越大,开采安全性越来越差;另一方面,对大型露天矿,提高边坡角又是充分回收资源、减少剥离量、降低生产成本的重要手段。因此,必须研究边坡设计优化和深部强化开采技术,在保证生产安全的前提下,提高边坡角,减少剥离成本,提高经济效益。同时,大型露天矿生产设备品种多、数量大,生产和管理环节多,提高生产和管理技术水平,对企业降耗增效意义重大。 本项目以水厂铁矿为依托工程,完成了下列主要研究内容: (1)采用国际上最先进的汽车-胶带半连续运输技术,在水厂铁矿建立了一条矿石运输和两条排岩运输系统,通过研究解决了系统设计和运行过程中的关键技术问题,单条排岩运输系统和矿石运输系统的生产能力分别达到2100万吨/年和1100万吨/年。 (2)在大量系统的工程地质、水文地质勘查、矿区地应力场测量和矿岩物理力学特性试验基础上,采用大型非线性三维有限差分法、离散单元法和基于GIS的三维极限平衡法进行了边坡稳定分析和设计优化,使各区的总体边坡角分别提高了1°~6°。 (3)研制了矿车自动调度及管理系统和地测及采掘进度计划编制与实施系统,开发了具有自主知识产权的露天矿自动化调度模型和软件系统,并在水厂铁矿建立了基于GPS定位系统的生产设备自动调度和管理信息系统,实现了生产调度自动化。 2. 项目来源 本项目是“十五”国家科技攻关重大项目课题(编号:2001BA609A-08)。 3. 项目的最新进展、所达到的水平 通过本项目研究,解决了大型露天矿深部开采中的关键技术问题,不但为水厂铁矿创造经济效益1.27亿元/年,使水厂铁矿的生产和管理达到国际同期先进水平,而且项目研究成果对露天矿山具有普遍意义,具有广泛的市场应用前景和极大的推广应用价值。2004年6月经教育部组织鉴定,研究成果总体上达到国际先进水平。 4. 项目的关键数据 水厂铁矿总体边坡角提高1°~6°;运输成本下降50%;生产效率提高15%;生产成本下降15%;水厂铁矿西部排岩系统运输能力达到1800万吨/年,东部排岩系统达到2100万吨/年,矿石运输能力达到1100万吨/年。在攀钢朱家包包铁矿建立了国内首条坡度为40‰~45‰的陡坡铁路试验线;朱-兰铁矿运输效率提高14.28%,延长矿山服务年限7年;在朱-兰铁矿建成了国内第一条陡坡铁路工业生产试验生产线,全长880米;定制了一台224t工况电机车,用于工业试验;完成了40‰陡坡铁路系统施工图。 应用范围:本项目四个专题的研究成果已在水厂铁矿和朱家包包铁矿得到成功应用,做到了边研究、边开发、边应用。本项目研究解决的是露天矿深部开采中具有共性的关键技术问题,因此对全国同类矿山具有普遍适用意义,具有广泛的推广应用前景。
北京科技大学 2021-04-13
有限方位角条件下压噪叠前纵波各向异性裂缝检测方法
本成果以Ruger方程为基础,通过有效压制噪音对裂继反演结果的不利影响,使现有大面积有限方位角资料的利用和裂缝探测变为现实。产生的新算法可以在有限方位角和信噪比低的情况下仍能精确计算裂缝方位、发育程度,对于识别油气运移通道、寻找有效储集空间、准确评估油气储量、提高油气采收率均具有重要指导意义,并且能够大幅度降低地震资料的采集费用。
中国石油大学(北京) 2021-02-01
一种基于双层热电堆结构的风速风向传感器及检测方法
本发明公开了一种基于双层热电堆结构的风速风向传感器及检测方法,该传感器结构简单,且易于测量,具有高灵敏度。所述基于双层热电堆结构的风速风向传感器,所述风速风向传感器包括硅衬底、位于硅衬底上方的二氧化硅层,以及位于二氧化硅层中的加热电阻、上层热电堆组和下层热电堆组;上层热电堆组和下层热电堆组上下布设;加热电阻分别与第一加热电阻接触块和第二加热电阻接触块连接。
东南大学 2021-04-11
基于仿生复眼微透镜技术的3-3-2 维目标检测方法及系统
本发明涉及一种基于仿生复眼微透镜技术的3-2-3维目标检测方法及系统,采用基于仿生复眼结构微透镜系统的低分辨率数据获取模式对目标区域进行捕捉成像,根据两个微透镜器件拍摄的微透镜阵列影像采用线性加权平均法构建低分辨率影像采用前方交会测量方法重构目标的三维轮廓若低分辨率影像中有效捕获目标后,则以微透镜阵列影像为基础数据,采用正则化的方法重构目标区域的高分辨率影像获取目标区域的高分辨率二维影像后,采用基于纹理梯度的GAC模型对目标进行精确识别。
北京大学 2021-02-01
一种用于细胞内HAP纳米粒子定量检测示踪的方法
研发阶段/n该发明涉及一种基于稀土荧光信号的羟基磷灰石纳米粒子定量检测方法,可以用于细胞内磷灰石纳米粒子的定量检测以及溶解过程的示踪。其特征在于包括有以下步骤:1)制定铕离子的荧光-浓度标准曲线;2)建立HAP纳米粒子中钙离子与铕离子的溶出比率并确定荧光-浓度标准曲线法的准确性;3)细胞内HAP纳米粒子定量检测;4)细胞内HAP纳米粒子溶解过程示踪。 解决的技术问题:针对现有技术,提供一种用于细胞内HAP纳米粒子定量检测示踪的方法,避免放射性同位素标记存在安全隐患、使用条件受限的缺陷,解
武汉理工大学 2021-01-12
一种用于爆炸物 TNT 检测分析的化合物及其制备方法
华中科技大学 2021-01-12
一套快速检测苹果枝条内轮纹病菌侵染量的简易方法
本发明公开了一套快速检测苹果枝条内轮纹病菌侵染量的简易方法,涉及植物体内病原菌侵染量的快速检测技术。本发明适用于检测基部直径不超过3厘米活体苹果枝条的带菌量。具体方法为在待检测枝条的基部环剥皮层,宽度2~10毫米;用有效成份含量60g/L~100g/L的百草枯药液浸泡吸水纸、脱脂棉、棉线或布条,取出沥干后,缠绕在环剥口处,用胶带或塑料膜包严;从处理后的第3天开始,检查记录处理枝条上发生病变和未发生
青岛农业大学 2021-01-12
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