1 北京印刷学院基础教育学院, 北京 102600
2 2. College of Letters and Science, Department of Physics, University of California, Santa Barbara 93106, USA
染料敏化太阳能电池(DSSC)是太阳能电池研究的热点领域之一, 使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO2薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、 简单的制备工艺和高的光电转换效率(PCE)的特点, 这类太阳能电池受到人们广泛关注。 为了提高这类太阳能电池的光电转换效率, 通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要, 采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。 用溶胶-凝胶法制备了TiO2胶体, 通过扫描电镜看出TiO2薄膜具有多孔结构, 其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附, 也有利于提高电池对太阳光的吸收率。 经过高温烧结后丝网印刷的TiO2薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰, 意味着TiO2颗粒已经完全晶化且粒径增加。 制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密, 使得TiO2薄膜的XRD衍射峰逐渐增强, 而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO2胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。 用不同网目印刷了单层TiO2光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况, 发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好, 而400网目印刷太阳能电池的性能最差, 这与XRD观察的结果一致。 再分别采用网目为100目、 200目、 300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO2薄膜, 以此为基础组装DSSC。 实验结果表明: 通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO2薄膜, 组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升, 其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。 以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理, 在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固, 且电池制备的步骤简单、 重复性好, 能量转换效率较高。
丝网印刷 不同网目 多孔TiO2薄膜 Screen printing Different mesh Porous TiO2 film 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2321
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
硬包边是激光钕玻璃减少放大自发辐射和抑制寄生振荡的包边技术之一,残余应力是硬包边的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃硬包边过程中残余应力的来源,并利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,对硬包边浇注熔接过程中不同膨胀系数匹配条件和不同包边玻璃浇注温度下的残余应力分布进行了数值模拟。结果显示,激光钕玻璃和包边玻璃的膨胀系数差异愈小,产生的残余应力愈小;包边玻璃浇注温度愈高,则产生的残余应力愈大。硬包边实验结果表明:包边玻璃的膨胀系数和激光钕玻璃的膨胀系数愈相近,则残余应力就愈小,当包边温度在700~1200 ℃范围内时,残余应力随着包边温度的增加而增大。模拟结果与实验结果吻合,所以在硬包边的浇注熔接过程中,为了使残余应力最小,最佳策略是激光钕玻璃的膨胀系数和包边玻璃的膨胀系数尽量接近甚至相等,且包边温度尽量低。
材料 激光钕玻璃 硬包边 有限元分析 激光元件 应力双折射率 残余应力
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
管棒法加工的氟锆酸盐玻璃光纤预制棒表面和亚表面存在缺陷,这会增加氟锆酸盐玻璃光纤的界面损耗并降低光纤强度。研究了一种非水有机溶液体系的表面处理剂,其中溶剂是乙醇和戊醇的混合物,酸是盐酸和草酸的混合物,添加剂是二氯氧化锆和乙二胺四乙酸的混合物。相比于常规的水溶液体系的表面处理剂,该处理剂能更有效去除光纤预制棒的表面和亚表面缺陷,并且不存在水侵蚀表面引起的水化层和沉积杂质,降低了光纤拉制过程中的析晶和失透风险,可大幅增大光纤强度并降低光纤的损耗。光电子能谱(XPS)显示,利用该处理剂处理过的氟锆酸盐玻璃表面和本体的组分含量更接近。原子力显微镜(AFM)观测结果显示,利用该处理剂处理过的氟锆酸盐玻璃的表面粗糙度更低。实验结果表明,由该表面处理剂处理过的光纤预制棒拉制的光纤损耗更低且抗拉强度更强。说明对于氟锆酸盐玻璃光纤预制棒而言,非水有机溶液体系的表面处理剂比传统的水溶液体系表面处理剂更为合适。
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
A novel four light ray path test method for measuring residual reflectance has been presented. Residual reflectance spatial distribution at a cladding interface was measured using the technique. Residual reflectance could be on the order of 10?5 by matching the refractive index of Nd:glass, polymer, and cladding glass and eliminating defects in the adhesive layer. Residual reflection spatial distribution appears to be similar to Newton rings due to the edge surface flatness. The relationship between the residual reflectance and the edge surface flatness was discussed, and the results revealed that the edge surface flatness is very important during the cladding process.
residual reflectance edge cladding Nd:glass amplifier Chinese Optics Letters
2020, 18(9): 091402
近年来, 以有机无机杂化铅卤钙钛矿为吸光层的薄膜太阳能电池受到了广泛的关注, 不到十年时间其光电转换效率已经从3.8%提高到了23%, 这主要归因于有机铅卤钙钛矿材料光吸收系数高, 带隙合适并易于调控, 电子-空穴扩散长度长等优点。 2016年GrtzelL等人利用低气压快速去除薄膜前驱体溶剂的方法, 获得了高质量的甲脒和溴离子掺杂钙钛矿薄膜。 相比于其他传统的溶液制备方法, 这种方法能够很好的解决大面积均匀性的问题, 为高效率、 大面积钙钛矿太阳电池产业化提供了可能。 钙钛矿薄膜的成份、 结构及其光学性能对于太阳电池的器件性能起决定性作用, 因此在该制备技术下, 研究不同掺杂种类钙钛矿薄膜对光学性质的影响具有积极的意义。 利用真空闪蒸溶液技术制备了3种成分的钙钛矿薄膜, 利用扫描电镜、 X射线衍射, 吸收光谱和荧光光谱等表征手段对薄膜的形貌、 结构和光学性质进行了研究。 结果表明, 该技术可以用于制备均匀致密、 无针孔的高质量甲脒、 溴离子掺杂和氯离子掺杂的钙钛矿薄膜（成分分别为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15, MA3PbI3和MAPb(IxCl1-x)3）, 薄膜中晶粒的尺寸分别为500, 100和200 nm左右； 薄膜的形成过程为溶剂中的DMSO与钙钛矿配位, 并在真空闪蒸过程中快速形成相对稳定中间相, 经过加热后, 薄膜中的DMSO被去除并形成钙钛矿晶体, 结构为四方相； 甲脒、 溴离子和氯离子掺杂的薄膜对可见光有强烈的吸收作用, 薄膜吸收边均在750 nm左右； 薄膜的掺杂对带隙宽度没有明显影响, 3种成份的薄膜带隙宽度位于1.6 eV左右； 甲基胺碘化铅的荧光发射峰在765 nm, 甲脒和溴离子掺杂后发光峰位红移至774 nm, 氯离子掺杂后薄膜峰位处于761 nm, 有微弱的蓝移, 且强度出现下降。 这可能是晶粒尺寸和薄膜内部缺陷变化导致的。
真空闪蒸法 钙钛矿薄膜 光学特性 Vaccum-flash method Perovskite film Optical property
1 北京印刷学院, 北京 102600
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
通过聚光波导提高光的转换和收集效率, 是提高太阳能电池效率、 减少电池用量、 降低光伏发电系统成本的重要途径。 利用PMMA作为波导基质材料, Rhodamine 6G(罗丹明6G)作为荧光染料, 通过涂覆方法, 在表面积为50 mm×50 mm、 厚度为5 mm的洁净PMMA衬底上制备出了荧光层厚度约为32 μm的平面波导型聚光器, 并研究了荧光染料的掺杂浓度对其聚光比和光伏性能的影响。 结果表明, 当掺杂浓度为0.250%时, 聚光器的聚光比和器件的光伏性能达到了最优, 分别为0.45%和0.49%。
聚光器 平面波导 Rhodamine 6G Rhodamine 6G Solar concentrator Planar waveguide 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3920
1 北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
光伏发电是目前太阳能最佳的利用方式之一, 但发电成本高。 利用聚光结构提高光的转换和收集效率, 是提高太阳能电池效率、 减少电池用量、 降低光伏发电系统成本的重要途径。 以Lumogen F Red 305 (LR305) 染料作为荧光材料, 将其掺杂到PMMA中, 通过本体聚合法制作出尺寸为50 mm×50 mm×5 mm的PMMA平面荧光太阳能聚光波导, 对其光学特性进行表征, 同时将太阳能电池粘贴到聚光波导的输出端面, 通过测试平面荧光太阳聚光波导对太阳能电池性能的影响研究了荧光太阳能聚光波导的聚光特性。
荧光太阳能聚光波导 聚光比 能量转换效率 Luminescent solar concentrator waveguide Lumogen F Red 305 Lumogen F Red 305 dye Concentration ratio Power conversion efficiency 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1001
采用原子层沉积技术(ALD), 以二乙基锌和水为前驱体, 在衬底温度分别为110和190 ℃的条件下制备了致密的氧化锌纳米薄膜。 采用X射线光电子能谱, 荧光光谱和椭偏仪等表征手段对薄膜的成分和光学性质进行了研究。 结果表明, 随着沉积温度的增加, 氧化锌薄膜内—OH含量降低, 说明氧化锌薄膜生长过程中的化学反应更加完全; 另外, 沉积温度增加后, 薄膜在365 nm处的激子发射峰出现了明显的增强, 同时可见光区的荧光发射峰消失, 表明薄膜内的缺陷态减少。 随着成膜质量的提高, 氧化锌薄膜的电子迁移率从25提高至32 cm2·(V·S)-1。 椭偏测量的拟合结果表明, 在375～800 nm的波长范围内, 氧化锌薄膜的折射率逐渐从2.33降至1.9, 呈现出明显的色散现象; 另外, 不同温度下制备的氧化锌薄膜光学带隙均为3.27 eV左右, 这说明沉积温度对薄膜的带隙没有明显影响。
原子层沉积 氧化锌薄膜 光学特性 Atom layer deposition ZnO film Optical property
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
为减少放大自发辐射和抑制寄生震荡，需在激光钕玻璃片侧面粘接一层吸收介质包边玻璃，其中，包边残余应力是粘接的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃与包边玻璃在包边粘接过程中粘接界面附近残余应力的来源，实验讨论分析了精密退火、加工、包边粘接等对界面附近残余应力的影响。结果表明，退火过程中的边缘应力对粘接界面附近残余应力影响比较大，且包边面加工面型匹配越差，则界面附近残余应力越大，而低收缩率和低模量的粘接胶对界面附近的残余应力影响较小。
激光技术 激光钕玻璃 包边 残余应力 应力双折射
1 山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室, 山东 青岛 266033
2 国家海洋局北海海洋技术保障中心, 山东 青岛 266033
本文以潍坊北部沿海地区为例, 利用市场价值法、造林成本法、影子工程法、成本替代法、成果参照法等方法, 分别从湿地生态系统提供的食品生产、原料生产、氧气生产、气候调节、水质净化、旅游娱乐和知识扩展服务等7个方面, 计算得出了该区域围填海造成的湿地生态系统服务功能价值损失值为1.02×104万元/年, 单位面积损失为1.06万元/hm2·年。通过对湿地生态系统服务功能进行科学、全面的分析和评价, 为分析围填海工程综合损益提供了科学依据, 也为围填海形成后的生态恢复提供了技术参考。
围填海 潍坊北部沿海地区 湿地生态系统 生态系统服务功能损害 reclamation Weifang northern coastal area wetland ecological system ecological system service function loss
