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太阳能电池供电的电池充电器
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　　如图为太阳能电池供电的电池充电器。本电路在0.4V的电压下，对9V镍镉电池充电，每输入1A产生的充电电流为30mA左右。四重斯密特触发器用作一个非稳态多谐振荡器，驱动推挽工作的TMOS器件Q1和Q2。U1通过D4由9V电池供电，Q1和Q2由太阳能电池供电。由R2，C1决定多谐振荡器频率调到180Hz，以使6.3V灯丝变压器T1的效率最高。此变压器的次级连接全波桥式整流器D1，桥式整流器则连接正在充电的电池。小型镍镉电池，是一种失效保护激励电源，能在9V镍镉电池放完电时使本电路工作。
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极端光学创新研究团队在反式钙钛矿太阳能电池上的研究进展
北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”的朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究，首次采用“胍盐辅助二次生长”技术调控钙钛矿半导体特性，在提升反式结构钙钛矿太阳能电池性能方面取得了突破性成果，创下了该类太阳能电池器件效率的最高记录。相关研究于日在国际顶级学术期刊《科学》（Science）上发表（Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells，Science, Vol. 360, Issue 6396, pp. , DOI: 10.1126/science.aap9282）。
随着人类社会的不断进步，由工业生产所导致的能源和环境问题日益凸显，化石燃料（石油、煤炭、天然气等）的有限储量及其燃烧带来的全球变暖等问题促使人们不断地寻找和开发绿色可再生的新型能源。太阳能具有清洁、无污染、分布广泛且能量充分的优势，是有希望获得大规模应用的新型能源之一。太阳能电池利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能，受到来自学术界和工业界的广泛关注和研究，也得到了各国政府的大力支持。
近年来，钙钛矿太阳能电池以其制备简单、成本低和效率高的优势迅速崛起成为新型光伏技术领域的新宠，其光电转换效率在短短八年内实现了跳跃式增长，目前报道的最高效率已达到商业化单晶硅太阳能电池的效率水平，表现出极大的优势和应用潜力。
钙钛矿太阳能电池分为正式（n-i-p）和反式（p-i-n）两种器件结构。相比于正式器件，反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池（硅基电池、铜铟镓硒等）结合制备叠层器件等优点，受到越来越多的关注。但是，反式结构器件也存在一些显著不足，例如，开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低，这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处，造成了光生载流子的非辐射复合，进而致使能量损失严重，最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善，制约了该类结构器件的发展。
针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈，朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究，首次提出了“胍盐辅助辅助二次生长”方法，开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控，显著降低了器件中非辐射复合的能量损失，在提升器件开路电压方面取得了突破，首次在反式结构器件中获得了超过1.21 V的高开路电压（材料带隙宽度~1.6 eV）。同时，在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下，显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51％。经中国计量科学研究院认证，器件的光电转换效率也高达20.90%，这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中，具有潜在的应用前景和商业价值。
图1. 左：反式结构钙钛矿太阳能电池。右：电池器件在正向电压（2 V）下的发光照片（表明电池器件具有较低的非辐射复合能量损失）。
研究论文的共同第一作者是朱瑞研究员课题组的博士研究生罗德映和杨文强，以及牛津大学的王植平博士。合作者还包括英国牛津大学的Henry J. Snaith教授课题组、萨里大学的张伟博士课题组和剑桥大学的Richard H. Friend教授课题组等。该工作得到国家科技部、自然科学基金委、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、“极端光学协同创新中心”“2011计划”量子物质科学协同创新中心、“青年千人计划”、英国工程和自然科学研究委员会（EPSRC）以及皇家学会等单位的支持。
本文摘自：北京大学
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基于光纤三维隐蔽型太阳能电池可再生能源和绿色能源是驱动未来经济发展的动力。作为重要的可持续能源技术之一，太阳能电池将成为主要能源以满足全球对能源的需求。在各类太阳能电池中，染料太阳能电池以其较高的性价比而得到了广泛应用。传统的染料太阳能电池利用纳米颗粒和纳米线来提高其光电转换效率。然而这些都是基于二维的平面结构，从而限制了此类光电池效率的进一步提高。美国佐治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology
基于光纤三维隐蔽型太阳能电池&&可再生能源和绿色能源是驱动未来经济发展的动力。作为重要的可持续能源技术之一，太阳能电池将成为主要能源以满足全球对能源的需求。在各类太阳能电池中，染料太阳能电池以其较高的性价比而得到了广泛应用。&传统的染料太阳能电池利用纳米颗粒和纳米线来提高其光电转换效率。然而这些都是基于二维的平面结构，从而限制了此类光电池效率的进一步提高。美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）王中林教授领导的研究小组研制开发出纳米和光纤技术相结合的三维染料太阳能电池。其独特的三维结构大大提高了同类太阳能电池的光电转换效率。这一最新成果近期发表在德国《应用化学》（Angewandte Chemie） 上。&王中林教授，魏亚光博士和研究生本杰明·温超布将太阳能电池结构和光纤技术结合在一起，利用纳米结构实现了三维光电池的设计。光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳能电池主体结构包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列（如图所示）。太阳光从光纤一端延轴向入射并传播。三维太阳能电池的核心设计思想在于入射光在光纤内传播过程中多次反射。每一次反射过程中，入射光会通过氧化锌纳米线与其表面附着的染料相互作用。多次反射增加了入射光子与纳米线表面的染料相互作用的次数，从而大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。实验结果表明，对于同一个三维染料太阳能电池，相对于光线照射在光纤侧壁，光线延轴向传播将太阳能电池的能量转换效率提高了六倍。在一个太阳（AM 1.5）光照下，基于氧化锌纳米线的三维染料太阳能电池的光电转换效率达到3.3%。这一效率比此前报道的同类型二维染料太阳能电池的最高效率高出120%，比使用带有二氧化钛薄膜涂层的氧化锌纳米线的染料太阳能电池效率高出47%。&新型的三维染料太阳能电池在科研和实际应用中具有以下突出特点。从物理学的角度来看，以纳米线为基础的二维染料太阳能电池的表面面积较小，从而限制了染料的加载和对太阳光的吸收。增加纳米线的长度可以增大表面积，但纳米线的长度受到材料制备和电子扩散长度的限制。三维染料太阳能电池的独特结构克服了上述困难：入射太阳光在光纤内多次反射，在不增加电子输运距离的情况下多次与纳米线表面的染料相互作用，大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。在应用上，三维染料太阳能电池具有以下主要优点：首先，光纤的使用使得太阳能电池得以远程工作和具有高移动性。它可以工作在太阳光无法到达的地层和海洋深处；其次，三维染料太阳能电池可以有更小的尺寸，更高的效率，更大的流动性，更可靠的设计，更灵活的形状，并有可能降低生产成本；第三，三维染料太阳能电池可以在不同的光强下有效工作，具有较高的动态工作范围。此研究成果为设计使用光纤和有机、无机材料混合结构的三维高效多功能太阳能电池开辟了崭新方法和思路。（来源：科学网）&光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳能电池结构和基本工作原理示意图。A)三维染料太阳能电池包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列。图中上半部为传统光纤用于光线的远程传输，下半部为太阳能电池用于光电转换。B) 三维染料太阳能电池的细节结构。
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