本文關(guān)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(guān)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(yáng)能電池是空間環(huán)境中應(yīng)用廣泛的太陽(yáng)能電池,染料敏化太陽(yáng)能電池是繼單晶硅電池之后的新一代太陽(yáng)能電池,因其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、理論轉(zhuǎn)換效率高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)有望成為空間應(yīng)用中的新型電力來(lái)源。宇宙空間環(huán)境存在的強(qiáng)輻射場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)能電池會(huì)產(chǎn)生輻照損傷效應(yīng),導(dǎo)致電池電學(xué)輸出性能衰減。本文針對(duì)空間輻射環(huán)境,開(kāi)展了單晶硅太陽(yáng)能電池和染料敏化太陽(yáng)能電池的服役行為研究,主要研究?jī)?nèi)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(yáng)能電池的電子輻照損傷效應(yīng)。采用蒙特卡羅程序MCNP模擬電子與單晶硅半導(dǎo)體材料的相互作用過(guò)程,確定了電子輻照實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了高、低劑量率下電池的J-V曲線,計(jì)算得到電池少子壽命與串聯(lián)電阻。結(jié)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(xué)參數(shù)顯著降低;低劑量率下,當(dāng)劑量達(dá)到200 kGy時(shí),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(duì)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(yáng)能電池的輻照損傷效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明在輻照劑量低于20 kGy時(shí),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(jiàn)光譜分析表明γ輻照會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電玻璃變色,使得玻璃的透射率下降。同時(shí)染料的吸收光譜發(fā)生了明顯藍(lán)移,且吸收峰峰值下降。XRD測(cè)試表明納米二氧化鈦光陽(yáng)極在輻照作用下粒子晶粒度發(fā)生了變化,進(jìn)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(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的電子輻照損傷效應(yīng)。電池J-V曲線測(cè)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(dāng)輻照劑量為10 kGy時(shí),電池的最大功率下降至未輻照電池的50%。紫外-可見(jiàn)光譜分析表明電子輻照導(dǎo)致玻璃的透射率下降,同時(shí)染料的吸收光譜峰值也下降。XRD與SEM測(cè)試表明納米二氧化鈦光陽(yáng)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(tuán)聚,造成電池性能下降。本文針對(duì)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(jìn)行了探討,并進(jìn)一步闡述了輻照與電池的相互作用機(jī)理。為精確評(píng)估單晶硅電池在空間輻照環(huán)境下的表現(xiàn)提供技術(shù)支持,同時(shí)對(duì)染料敏化電池進(jìn)行抗輻照設(shè)計(jì)以及應(yīng)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(diǎn)電池等新型太陽(yáng)能電池應(yīng)用于輻照環(huán)境提供一定的參考。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(yáng)能電池發(fā)展現(xiàn)狀與分析14-16
• 1.2.1 太陽(yáng)能電池的分類14-15
• 1.2.2 單晶硅太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程15-16
• 1.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程16
• 1.3 太陽(yáng)能電池輻照效應(yīng)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 單晶硅太陽(yáng)能電池輻照效應(yīng)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池輻照效應(yīng)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 單晶硅太陽(yáng)能電池與染料敏化太陽(yáng)能電池原理與制備20-39
• 2.1 單晶硅太陽(yáng)能電池原理、制備以及性能參數(shù)20-23
• 2.1.1 單晶硅太陽(yáng)能電池的工作原理20-21
• 2.1.2 單晶硅太陽(yáng)能電池的制備21-22
• 2.1.3 單晶硅太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)22-23
• 2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池原理、制備以及相關(guān)測(cè)試23-38
• 2.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池工作原理23-28
• 2.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池制備28-33
• 2.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池測(cè)試33-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章N型單晶硅太陽(yáng)能電池的電子輻照效應(yīng)及性能研究39-49
• 3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程39-43
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)樣品39-40
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)條件40
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選定40-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果43-46
• 3.2.1 單晶硅太陽(yáng)能電池的J-V測(cè)試43-44
• 3.2.2 單晶硅太陽(yáng)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(jié)47-49
• 第四章 染料敏化太陽(yáng)能電池 γ 輻照效應(yīng)研究49-58
• 4.1 實(shí)驗(yàn)條件49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果49-51
• 4.2.1 不同 γ 輻照劑量對(duì)電池的J-V測(cè)試輸出49-51
• 4.3 分析與討論51-57
• 4.3.1 γ 輻照對(duì)于導(dǎo)電玻璃的影響51-53
• 4.3.2 γ 輻照對(duì)于染料（N719）的影響53-56
• 4.3.3 γ 輻照對(duì)于二氧化鈦光陽(yáng)極的影響56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 染料敏化太陽(yáng)能電池電子輻照效應(yīng)研究58-67
• 5.1 實(shí)驗(yàn)條件58
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果58-59
• 5.2.1 不同輻照劑量對(duì)電池的J-V測(cè)試輸出58-59
• 5.3 分析與討論59-66
• 5.3.1 電子射程計(jì)算59-60
• 5.3.2 電子輻照對(duì)于導(dǎo)電玻璃的影響60-62
• 5.3.3 電子輻照對(duì)于染料（N719）的影響62-64
• 5.3.4 電子輻照對(duì)于二氧化鈦光陽(yáng)極的影響64-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-70
• 6.1 研究工作總結(jié)67-68
• 6.2 研究工作創(chuàng)新點(diǎn)68
• 6.3 研究工作展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 致謝76-77
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77

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