發(fā)布時間：2017-08-17 12:08

  本文關鍵詞：輻照條件下N型單晶硅電池與染料敏化電池的性能影響研究

  更多相關文章： 單晶硅電池 染料敏化電池 γ輻照 電子輻照 輻照劑量 輻照損傷

【摘要】：單晶硅太陽能電池是空間環(huán)境中應用廣泛的太陽能電池,染料敏化太陽能電池是繼單晶硅電池之后的新一代太陽能電池,因其制備工藝相對簡單、理論轉換效率高等獨特優(yōu)勢有望成為空間應用中的新型電力來源。宇宙空間環(huán)境存在的強輻射場對太陽能電池會產(chǎn)生輻照損傷效應,導致電池電學輸出性能衰減。本文針對空間輻射環(huán)境,開展了單晶硅太陽能電池和染料敏化太陽能電池的服役行為研究,主要研究內容包括:1)利用電子加速器等效空間電子輻照環(huán)境,探討了不同劑量、不同劑量率下單晶硅太陽能電池的電子輻照損傷效應。采用蒙特卡羅程序MCNP模擬電子與單晶硅半導體材料的相互作用過程,確定了電子輻照實驗相關參數(shù)。實驗測試了高、低劑量率下電池的J-V曲線,計算得到電池少子壽命與串聯(lián)電阻。結果表明:隨著電子輻照劑量的增加,電池的短路電流密度和最大輸出功率等電學參數(shù)顯著降低;低劑量率下,當劑量達到200 kGy時,電池的最大功率下降了40%左右。且在累積劑量相同的情況下,低劑量率的電子輻照對電池產(chǎn)生的輻照損傷效果更明顯。2)利用60Co產(chǎn)生的γ射線,探討了不同γ輻照劑量下染料敏化太陽能電池的輻照損傷效應。實驗表明在輻照劑量低于20 kGy時,電池的短路電流密度與最大功率密度隨著輻照劑量增加顯著下降。紫外-可見光譜分析表明γ輻照會導致導電玻璃變色,使得玻璃的透射率下降。同時染料的吸收光譜發(fā)生了明顯藍移,且吸收峰峰值下降。XRD測試表明納米二氧化鈦光陽極在輻照作用下粒子晶粒度發(fā)生了變化,進而影響了電池的性能輸出。3)利用電子加速器產(chǎn)生的10 MeV電子,探討了不同電子輻照劑量對染料敏化太陽能電池的電子輻照損傷效應。電池J-V曲線測試表明,隨著電子輻照劑量的增加,電池的短路電流密度與最大功率密度顯著下降。當輻照劑量為10 kGy時,電池的最大功率下降至未輻照電池的50%。紫外-可見光譜分析表明電子輻照導致玻璃的透射率下降,同時染料的吸收光譜峰值也下降。XRD與SEM測試表明納米二氧化鈦光陽極在10 kGy輻照劑量下,粒子晶粒度發(fā)生了變化,且二氧化鈦表面發(fā)生了明顯的團聚,造成電池性能下降。本文針對N型單晶硅電池與染料敏化電池在輻照條件下的性能輸出進行了探討,并進一步闡述了輻照與電池的相互作用機理。為精確評估單晶硅電池在空間輻照環(huán)境下的表現(xiàn)提供技術支持,同時對染料敏化電池進行抗輻照設計以及應用于空間輻照環(huán)境提供了重要的依據(jù),也為鈣鈦礦電池、量子點電池等新型太陽能電池應用于輻照環(huán)境提供一定的參考。
【關鍵詞】：單晶硅電池 染料敏化電池 γ輻照 電子輻照 輻照劑量 輻照損傷
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀與分析14-16
• 1.2.1 太陽能電池的分類14-15
• 1.2.2 單晶硅太陽能電池發(fā)展歷程15-16
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池發(fā)展歷程16
• 1.3 太陽能電池輻照效應研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 單晶硅太陽能電池輻照效應研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 染料敏化太陽能電池輻照效應研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文研究內容18-20
• 第二章 單晶硅太陽能電池與染料敏化太陽能電池原理與制備20-39
• 2.1 單晶硅太陽能電池原理、制備以及性能參數(shù)20-23
• 2.1.1 單晶硅太陽能電池的工作原理20-21
• 2.1.2 單晶硅太陽能電池的制備21-22
• 2.1.3 單晶硅太陽能電池的性能參數(shù)22-23
• 2.2 染料敏化太陽能電池原理、制備以及相關測試23-38
• 2.2.1 染料敏化太陽能電池工作原理23-28
• 2.2.2 染料敏化太陽能電池制備28-33
• 2.2.3 染料敏化太陽能電池測試33-38
• 2.3 本章小結38-39
• 第三章N型單晶硅太陽能電池的電子輻照效應及性能研究39-49
• 3.1 實驗過程39-43
• 3.1.1 實驗樣品39-40
• 3.1.2 實驗條件40
• 3.1.3 實驗參數(shù)選定40-43
• 3.2 實驗結果43-46
• 3.2.1 單晶硅太陽能電池的J-V測試43-44
• 3.2.2 單晶硅太陽能電池微觀性能參量44-46
• 3.3 分析與討論46-47
• 3.4 本章小結47-49
• 第四章 染料敏化太陽能電池 γ 輻照效應研究49-58
• 4.1 實驗條件49
• 4.2 實驗結果49-51
• 4.2.1 不同 γ 輻照劑量對電池的J-V測試輸出49-51
• 4.3 分析與討論51-57
• 4.3.1 γ 輻照對于導電玻璃的影響51-53
• 4.3.2 γ 輻照對于染料（N719）的影響53-56
• 4.3.3 γ 輻照對于二氧化鈦光陽極的影響56-57
• 4.4 本章小結57-58
• 第五章 染料敏化太陽能電池電子輻照效應研究58-67
• 5.1 實驗條件58
• 5.2 實驗結果58-59
• 5.2.1 不同輻照劑量對電池的J-V測試輸出58-59
• 5.3 分析與討論59-66
• 5.3.1 電子射程計算59-60
• 5.3.2 電子輻照對于導電玻璃的影響60-62
• 5.3.3 電子輻照對于染料（N719）的影響62-64
• 5.3.4 電子輻照對于二氧化鈦光陽極的影響64-66
• 5.4 本章小結66-67
• 第六章 總結與展望67-70
• 6.1 研究工作總結67-68
• 6.2 研究工作創(chuàng)新點68
• 6.3 研究工作展望68-70
• 參考文獻70-76
• 致謝76-77
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文77

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本文編號：688910