本文采用溶液法制备铜锌锡硒(Cu2ZnSnSe4, CZTSe)薄膜。通过在溶液中加入少量的锗(Ge), 探究Ge的引入对CZTSe薄膜及其器件性能的影响。为了对比分析, 分别制备了不含Ge的CZTSe和含少量Ge的铜锌锡锗硒［Cu2Zn(Sn, Ge)Se4, CZTGSe］两组薄膜及其薄膜太阳电池。分别利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔(Hall)测试、电流-电压(J-V)曲线和外量子效率(EQE)测试等手段对吸收层薄膜的晶体结构、相的纯度、表面形貌、载流子浓度, 以及完整器件的电学性能进行表征和分析。结果表明, 在CZTSe薄膜中引入少量Ge可以与Se形成液体流动剂, 提升吸收层薄膜结晶度, 改善晶体质量, 减少晶界数量, 降低光生载流子在晶界处的复合, 提高载流子寿命。此外, Ge对Sn的部分取代可以降低与Sn有关的缺陷态密度, 增加带隙, 提高开路电压, 同时改善串联电阻和并联电阻, 提高填充因子。最终获得了开路电压为513.2 mV、短路电流为27.47 mA/cm2、填充因子为62.68%、光电转换效率为8.83%的CZTGSe薄膜太阳电池。

作为新一代低成本、高效率的光伏器件，以有机卤化铅CH3NH3PbX3(MAPbX3，X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件，具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内，该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%，几乎可以媲美商用硅太阳能电池，成为能源应用领域的一颗新星。氧化锌(ZnO)因其具有材料易于加工、电子迁移率高、制造成本低廉且形貌结构多样等优点，被作为该类电池较为重要的一种电子传输层(ETL)而被广为研究。本文主要以不同结构的ZnO纳米薄膜ETL作为研究对象，对其在PSCs中的应用进行了总结，详细介绍了基于不同形貌ZnO纳米结构PSCs的研究进展，分析了该类电池面临的主要问题与解决处理方式，并对未来的发展趋势进行了展望。

核医学成像设备中的探测器是整个设备的核心部件。基于闪烁体探测器的核医学成像设备存在光电转换效率低和能量分辨率差等关键问题，短期内难以有效解决。而近年来碲锌镉半导体探测器的发展使得核医学成像设备在能量分辨率和空间分辨率等方面取得了很大的提高。本文以单光子发射计算机断层成像(SPECT)技术为例，首先介绍了核医学成像原理及设备组成，然后从碲锌镉探测器的工作原理及基本结构出发，综述了碲锌镉探测器的新技术及其在临床核医学的应用，最后结合核医学领域应用的需求展望了碲锌镉探测器的研究重点和技术发展趋势。

晶体质量是决定铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4, CZTSSe)吸收层薄膜吸收效率的关键, 旋涂是溶液法制备CZTSSe吸收层的第一步, 因此旋涂方式的选择至关重要。为了探究不同旋涂方式对CZTSSe吸收层薄膜质量和相应器件性能的影响, 分别采用三组不同的旋涂方式制备铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4, CZTS)前驱体薄膜及CZTSSe吸收层薄膜, 并利用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了不同旋涂方式对所制备的CZTSSe吸收层薄膜晶体结构、元素成分、相纯度、表面形貌的影响。同时, 采用电流密度-电压(J-V)测试和外量子效率(EQE)测试对CZTSSe吸收层薄膜太阳电池的光电特性进行了表征。结果表明: 旋涂7周期, 且第一周期烘烤之前旋涂2次的效果最好, 所制备的CZTS前驱体薄膜均匀, 无裂纹, CZTSSe吸收层薄膜结晶度更高, 薄膜表面更平整致密, 晶粒大小更均匀, 实现了9.63%的光电转换效率。通过对采用不同旋涂方式制备的器件的性能参数进行统计分析, 得出新的旋涂方式可以提高CZTSSe薄膜太阳电池的可重复性, 为将来可能的大规模商业化应用做铺垫。

为提升n型叉指背接触(IBC)太阳电池的光电转换效率, 采用丝网印刷硼浆和高温扩散的方式形成选择性发射极结构, 研究了硼扩散和硼浆印刷工艺对电池发射极钝化性能和接触性能的影响。实验结果表明, 在硼扩散沉积时间和退火时间一定的条件下, 硼扩散通源(BBr3)流量为100 mL/min, 沉积温度为830 ℃, 退火温度为920 ℃时, 发射极轻掺杂(p+)区域的隐开路电压达到710 mV, 暗饱和电流密度为12.2 fA/cm2。发射极局部印刷硼浆湿重为220 mg时, 经过高温硼扩散退火, 重掺杂(p++)区域的隐开路电压保持在683 mV左右, 该区域方块电阻仅46 Ω/□, 金属接触电阻为2.3 mΩ·cm2. 采用该工艺方案制备的IBC电池最高光电转换效率达到24.40%, 平均光电转换效率达到24.32%, 相比现有IBC电池转换效率提升了0.28个百分点。

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注，但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅，但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解，性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜，并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn2+氧化为Sn4+，达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL-1增加至6 mg·mL-1，器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现，当添加量为4 mg·mL-1时，薄膜相稳定性最好，与不添加水杨酸的器件相比，其短路电流密度(Jsc)从14.7 mA·cm-2显著提高至15.1 mA·cm-2，光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外，最优器件在空气环境中存放5 d后，初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％，进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。

为克服TiO2纳米管在光电转换时电子-空穴复合率高和吸收光谱范围窄的缺陷,利用多酸H4SiW12O40(SiW12)和CsPbI3量子点对其协同修饰,采用电沉积法将SiW12沉积在TiO2纳米管上,制备了SiW12/TiO2纳米管复合薄膜; 使用高温热注射法合成出CsPbI3量子点,再通过化学浴沉积法沉积CsPbI3量子点到复合薄膜上,得到SiW12/CsPbI3/TiO2纳米管复合薄膜,探究SiW12沉积时间、CsPbI3沉积次数对TiO2纳米管光电性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、红外分光光度计(FT-IR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对薄膜进行表征,使用电化学工作站测试薄膜的光电化学性能。结果表明: TiO2纳米管沉积多酸SiW12和CsPbI3量子点后,光吸收范围扩大、电荷转移电阻降低,光电转换效率得到显著提升,最高达到0.52%。说明SiW12和CsPbI3的协同作用很好地抑制了TiO2纳米管电子-空穴的复合,并拓宽了吸收光谱范围,提高了TiO2纳米管的光电转换效率。

太阳电池的光电转换效率随着组件温度升高而降低, 适当冷却可以改善电池效率, 延长使用寿命, 因此人们对运行中太阳电池的冷却问题越来越关注。相比主动冷却, 太阳电池的被动冷却具有自我维持和无额外能耗等优势, 近年来被广泛研究。其中基于光谱选择的被动冷却主要包括两个方面: 一是选择性地屏蔽太阳辐射(0.3~2.5 μm)中的亚带隙光, 减小吸收热, 但保持光电响应波段光的高透射率; 二是提高光伏表面中红外波段(4~25 μm)的发射率, 提升寄生热的辐射散热能力。本文从光谱选择的角度出发, 对促进太阳电池降温的太阳光谱选择、辐射制冷及全光谱选择的材料和结构进行了归纳和总结。通过刻蚀、溅射、辊涂等方法在玻璃表面制备的光谱选择材料可以屏蔽太阳光谱中不激发光电效应的波段, 增强中红外辐射制冷能力, 从而有效降低光伏温度和提高光电转换效率。此外, 文章还对被动式制冷材料的产业化潜力进行了展望, 为相关的开发提供参考。

由于在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)中存在染料弛豫、半导体薄膜中电子与氧化态染料分子发生反应和电子在电解质中与氧化态离子复合等不利反应, 利用一个更完善的DSSC载流子传输模型对电池的光电性能进行模拟就显得非常重要。为此, 本文基于由多重俘获理论建立的DSSC中的包括电子、染料阳离子、碘化物和三碘化物在内的载流子传输模型, 数值模拟得到了不同TiO2薄膜厚度、不同入射光强度与不同染料分子吸收系数下DSSC的J-V曲线。结果表明, 随着TiO2薄膜厚度的增加, 太阳能电池的短路电流密度增大, 开路电压减小, 光电转换效率先增大后减小。当DSSC的TiO2薄膜厚度为20 μm时, 光电转换效率达到最大值7.41%, 同时光电转换效率随入射光强度与染料分子吸收系数的增大均有一定程度提高, 其中在吸收系数为4 500 cm-1时, 光电转换效率为6.73%。以上结果可以为改进DSSC的光电性能提供理论指导。

钙钛矿太阳能电池作为一种新型的低廉高效的光伏材料在近年来备受关注。铅基钙钛矿太阳能电池有光电转换效率高、成本低、易制备等优点，然而由于铅的毒性以及由此带来的环境污染问题在很大程度上限制了其进一步商业化应用。因此人们开发出一系列新型无毒或低毒钙钛矿材料用于制备环境友好的少铅/无铅钙钛矿太阳能电池。本文简明扼要地介绍了钙钛矿材料的结构和形成条件，着重回顾了Sn基钙钛矿太阳能电池的发展历程,对ⅣA族元素Ge，ⅡA族元素Mg、Ca、Sr和Ba，ⅤA族元素Bi和Sb，ⅢA族元素In以及过渡金属元素Cu等取代或部分取代Pb，以及通过调节卤素X与正离子A的组成及配比来调控少铅或无铅钙钛矿材料性能进行了总结，对少铅/无铅钙钛矿太阳能电池器件研究进展进行了综述，并对其未来的发展方向进行了展望。