辐照条件下N型单晶硅电池与染料敏化电池的性能影响研究

发布时间：2017-08-17 12:08

  本文关键词：辐照条件下N型单晶硅电池与染料敏化电池的性能影响研究

  更多相关文章： 单晶硅电池 染料敏化电池 γ辐照 电子辐照 辐照剂量 辐照损伤

【摘要】：单晶硅太阳能电池是空间环境中应用广泛的太阳能电池,染料敏化太阳能电池是继单晶硅电池之后的新一代太阳能电池,因其制备工艺相对简单、理论转换效率高等独特优势有望成为空间应用中的新型电力来源。宇宙空间环境存在的强辐射场对太阳能电池会产生辐照损伤效应,导致电池电学输出性能衰减。本文针对空间辐射环境,开展了单晶硅太阳能电池和染料敏化太阳能电池的服役行为研究,主要研究内容包括:1)利用电子加速器等效空间电子辐照环境,探讨了不同剂量、不同剂量率下单晶硅太阳能电池的电子辐照损伤效应。采用蒙特卡罗程序MCNP模拟电子与单晶硅半导体材料的相互作用过程,确定了电子辐照实验相关参数。实验测试了高、低剂量率下电池的J-V曲线,计算得到电池少子寿命与串联电阻。结果表明:随着电子辐照剂量的增加,电池的短路电流密度和最大输出功率等电学参数显著降低;低剂量率下,当剂量达到200 kGy时,电池的最大功率下降了40%左右。且在累积剂量相同的情况下,低剂量率的电子辐照对电池产生的辐照损伤效果更明显。2)利用60Co产生的γ射线,探讨了不同γ辐照剂量下染料敏化太阳能电池的辐照损伤效应。实验表明在辐照剂量低于20 kGy时,电池的短路电流密度与最大功率密度随着辐照剂量增加显著下降。紫外-可见光谱分析表明γ辐照会导致导电玻璃变色,使得玻璃的透射率下降。同时染料的吸收光谱发生了明显蓝移,且吸收峰峰值下降。XRD测试表明纳米二氧化钛光阳极在辐照作用下粒子晶粒度发生了变化,进而影响了电池的性能输出。3)利用电子加速器产生的10 MeV电子,探讨了不同电子辐照剂量对染料敏化太阳能电池的电子辐照损伤效应。电池J-V曲线测试表明,随着电子辐照剂量的增加,电池的短路电流密度与最大功率密度显著下降。当辐照剂量为10 kGy时,电池的最大功率下降至未辐照电池的50%。紫外-可见光谱分析表明电子辐照导致玻璃的透射率下降,同时染料的吸收光谱峰值也下降。XRD与SEM测试表明纳米二氧化钛光阳极在10 kGy辐照剂量下,粒子晶粒度发生了变化,且二氧化钛表面发生了明显的团聚,造成电池性能下降。本文针对N型单晶硅电池与染料敏化电池在辐照条件下的性能输出进行了探讨,并进一步阐述了辐照与电池的相互作用机理。为精确评估单晶硅电池在空间辐照环境下的表现提供技术支持,同时对染料敏化电池进行抗辐照设计以及应用于空间辐照环境提供了重要的依据,也为钙钛矿电池、量子点电池等新型太阳能电池应用于辐照环境提供一定的参考。
【关键词】：单晶硅电池 染料敏化电池 γ辐照 电子辐照 辐照剂量 辐照损伤
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 太阳能电池发展现状与分析14-16
• 1.2.1 太阳能电池的分类14-15
• 1.2.2 单晶硅太阳能电池发展历程15-16
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池发展历程16
• 1.3 太阳能电池辐照效应研究现状16-18
• 1.3.1 单晶硅太阳能电池辐照效应研究现状16-17
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池辐照效应研究现状17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 单晶硅太阳能电池与染料敏化太阳能电池原理与制备20-39
• 2.1 单晶硅太阳能电池原理、制备以及性能参数20-23
• 2.1.1 单晶硅太阳能电池的工作原理20-21
• 2.1.2 单晶硅太阳能电池的制备21-22
• 2.1.3 单晶硅太阳能电池的性能参数22-23
• 2.2 染料敏化太阳能电池原理、制备以及相关测试23-38
• 2.2.1 染料敏化太阳能电池工作原理23-28
• 2.2.2 染料敏化太阳能电池制备28-33
• 2.2.3 染料敏化太阳能电池测试33-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第三章N型单晶硅太阳能电池的电子辐照效应及性能研究39-49
• 3.1 实验过程39-43
• 3.1.1 实验样品39-40
• 3.1.2 实验条件40
• 3.1.3 实验参数选定40-43
• 3.2 实验结果43-46
• 3.2.1 单晶硅太阳能电池的J-V测试43-44
• 3.2.2 单晶硅太阳能电池微观性能参量44-46
• 3.3 分析与讨论46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 染料敏化太阳能电池 γ 辐照效应研究49-58
• 4.1 实验条件49
• 4.2 实验结果49-51
• 4.2.1 不同 γ 辐照剂量对电池的J-V测试输出49-51
• 4.3 分析与讨论51-57
• 4.3.1 γ 辐照对于导电玻璃的影响51-53
• 4.3.2 γ 辐照对于染料（N719）的影响53-56
• 4.3.3 γ 辐照对于二氧化钛光阳极的影响56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 染料敏化太阳能电池电子辐照效应研究58-67
• 5.1 实验条件58
• 5.2 实验结果58-59
• 5.2.1 不同辐照剂量对电池的J-V测试输出58-59
• 5.3 分析与讨论59-66
• 5.3.1 电子射程计算59-60
• 5.3.2 电子辐照对于导电玻璃的影响60-62
• 5.3.3 电子辐照对于染料（N719）的影响62-64
• 5.3.4 电子辐照对于二氧化钛光阳极的影响64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-70
• 6.1 研究工作总结67-68
• 6.2 研究工作创新点68
• 6.3 研究工作展望68-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高博;余学峰;任迪远;崔江维;兰博;李明;王义元;;p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究[J];物理学报;2011年06期

2 高晖;王和义;张华明;黄利斌;何小波;周银行;;单晶硅低能电子束辐照效应[J];材料科学与工程学报;2011年02期

3 黄礼华;魏明灯;;未来型太阳能电池——染料敏化太阳能电池研究进展[J];新材料产业;2010年04期

4 高欣;杨生胜;薛玉雄;李凯;李丹明;王瀊;王云飞;冯展祖;;Effects of electron radiation on shielded space triple-junction GaAs solar cells[J];Chinese Physics B;2009年11期

5 马逊;刘祖明;陈庭金;廖华;屈盛;;利用太阳电池I-V特性测量其基区少数载流子寿命[J];太阳能学报;2006年09期

6 郭志球;沈辉;刘正义;闻立时;;太阳电池研究进展[J];材料导报;2006年03期

7 史成武,戴松元,王孔嘉,隋毅峰,方霞琴;电子束辐照对氟掺杂二氧化锡导电玻璃的影响[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2005年03期

8 史成武,戴松元,王孔嘉,隋毅峰,方霞琴;电子束辐照纳米TiO_2多孔薄膜及在太阳电池中的应用[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2004年10期

9 倪萌,M K Leung,K Sumathy;太阳能电池研究的新进展[J];可再生能源;2004年02期

10 王永东,崔容强,徐秀琴;空间太阳电池发展现状及展望[J];电源技术;2001年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 全荣辉;航天器介质深层充放电特征及其影响[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2009年

2 赵慧杰;低能质子和电子辐照GaAs/Ge太阳电池性能演化及损伤机理[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 刘祖明;晶体硅太阳电池及其电子辐照研究[D];四川大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 龚浩;染料敏化太阳能电池的制备与测试研究[D];湖南大学;2014年

，

本文编号：688910