庞永江[1]2001年在《地面实验室模拟空间等离子体环境及太阳能电池片效应初步实验研究》文中指出航天器的带电会给航天活动带来非常大的影响。直接的空间飞行实验研究是研究这些现象的最有效的方式，但是代价昂贵。在地面实验室模拟空间等离子体环境中来完成这些研究是非常有效的手段之一。本研究利用ECR等离子体源在一个大型真空装置中来实现模拟低地球轨道空间等离子体环境。对这个模拟环境测试的结果表明得到在模拟环境中的等离子体参数的分布是比较均匀、稳定的，在此环境中进行等离子体效应模拟实验研究是能够反映实际过程的。本文利用这一模拟环境对太阳电池在空间等离子体环境中的性能做了初步的实验研究，得到了关于太阳电池的一些初步带电特性结果，为以后的深入研究做好了必要的准备。
谢鹏敏[2]2016年在《基于空间充放电效应的航天器功率传输结构电场特性研究》文中研究表明航天器运行于空间环境中,将遭遇多种空间环境因素的影响,其中具有重要影响的是空间带电粒子,由此产生的空间充放电效应是造成卫星故障的重要原因之一。功率传输结构作为卫星能源系统重要部件,极易成为充放电效应侵害的对象,其一旦故障,则整星失效。近年来,随着高电压大功率航天器能源系统的广泛应用,对能源系统的设计、制造及防护要求也日益提高。本文针对功率传输结构的充放电效应问题,采用数值模拟及实验研究相结合的方法,从材料级和结构件级两个方面展开研究,并在设计制造及防护方面提出优化措施。空间充放电效应的本质是空间带电粒子与航天器材料之间的相互作用。本文基于带电粒子衰减机理及蒙特卡罗统计方法,针对功率传输结构常用材料-铝和聚酰亚胺,采用GEANT4等粒子输运模拟软件,对带电粒子在材料中的输运特性、沉积特性及能量衰减情况等进行了模拟分析,并基于深层充电模型及辐射诱导电导率模型等经验公式,对材料内辐射诱导电导率特性及电场分布特性进行了理论分析。航天器功率传输结构复杂,包括高功率导电环组件及绝缘介质材料,存在较大充放电效应风险。本文针对功率传输通道简化结构,采用基于GEANT4的二次开发软件,模拟了电子束辐射下结构内电场特性分布,并分析了入射粒子能量、结构件自身几何参数等因素对充电结果的影响；后搭建深层充电实验平台,采用电子束辐射功率传输结构表面,在接地、接高压及悬浮等叁种不同工况下对绝缘材料表面充电电位进行测量,分析表面充电电位随辐射时间的变化规律,并验证几何参数对充电结果的影响。研究结果表明,绝缘材料电导率是决定材料是否发生放电的重要因素；空间粒子能量大小、结构件自身几何参数等因素对于功率传输结构充电结果影响明显；功率传输结构自身工作电压对充电电位起到抵销作用;尽量使功率传输结构内绝缘材料接地,这有助于减小充放电效应风险。
葛华云[3]2013年在《基于光伏组件的电位诱发功率衰减的研究》文中提出随着太阳能光伏行业的进一步发展，光伏组件的大规模投入使用，特别是越来越多的投入运营的大型光伏电站运营叁四年后，某些地区某些电站出现大面积的发电量减少的现象，在高温潮湿的地方尤为明显；从光伏组件的外观上看，有些组件出现被腐蚀的迹象，但是有相当部分组件的外观无任何异常；从功率衰减方面考察，功率的减少超出了自然的光学衰减，且衰减趋势也无规律可循；从电性能测试的EL图片上可以看出，有部分电池片呈现黑片现象，黑片现象在组件边缘区域尤为严重。通过业界专家及工程技术人员的对该失效模式的长期试验及现场追踪研究，该不良现象的神秘面纱被慢慢揭开，业内人员称之为电位诱发衰减效应（PID，Potential Induced Degradation）。随着PID现象越来越多的发生，业界的电池、组件生产商，电站系统的安装商及客户对PID的越来越关注。PID原因引发光伏电站在工作叁、四年后发生大幅衰减的不断报道，大家开始对电站工作几年后就发生明显衰减现象的原因进行了种种推测，光伏行业开始对PID的原因和预防方法进行讨论探究。一些国家和地区已逐步开始把抗PID作为光伏组件的关键要求之一，甚至有很多日本用户明确要求把抗PID写入合同，并随机进行抽检；欧洲的买家也跃跃欲试提出同样的苛刻要求。此趋势也使得国内外越来越多的光伏电站业主单位、光伏电池和组件厂、测试单位和材料供应商对PID的研究越来越深入。此文结合光伏专业的理论知识，制造工厂的工艺技术以及光伏系统电站的实际运行情况，从太阳能光伏领域的理论基础，生产工艺技术，材料特性，PID的特征，原因分析，解决方案以及预防方法等方面对PID问题进行了系统的全面的阐述。
宋瑞海, 张书锋, 张明志, 佘咏梅[4]2014年在《微小碎片超高速撞击太阳电池阵的研究进展》文中指出概述了空间环境下微小碎片超高速撞击太阳电池阵的影响,不仅对太阳电池阵造成机械损伤,还诱发持久电弧放电,对其寿命和可靠性形成威胁。详细介绍了日本、欧洲、中国等一些国家在本领域的研究状态、研究特点,对实验中涉及的对瞬态等离子体诊断和等离子体诱发二次放电进行了重点介绍。提出了加快我国空间碎片超高速撞击特性研究的建议,这也是做好卫星太阳电池阵防护的重要途径。
于志强[5]2017年在《冶金法多晶硅及其光伏系统并网发电的生命周期评价研究》文中研究指明燃烧传统的化石燃料会带来气候变化、全球变暖、大气污染、酸雨等一系列的环境问题。在全球能源安全和气候变化问题日趋严峻的形势下,迫切需要发展可再生能源技术。太阳能发电已成为一种可以大规模发展和应用的可再生能源技术。太阳能级多晶硅是太阳能电池的核心材料,绿色太阳能背后的污染问题主要集中于多晶硅生产环节。工业硅不断提纯的过程不可避免会造成高能耗且产生环境污染物。生命周期评价是一种评价产品或过程在原材料采集、加工、生产、包装、运输、消费和回收以及最终处理等一个生命周期中所造成的环境影响的方法。国内外对硅光伏系统生命周期的能源和环境进行分析的相关研究越来越多,但研究对象多为改良西门子法或硅烷法多晶硅光伏系统,且没有完全涵盖全生命周期所有阶段。论文构建了比较冶金法和改良西门子法生产太阳能级多晶硅环境影响的生命周期评价模型,以及冶金法多晶硅光伏系统并网发电的全生命周期评价模型。确定了各类环境影响的分类方法、特征化方法和计算模型,计算了各类环境影响的权重系数。基于我国的环境状况,建立了本地化的影响评价方法和相关指标因子,加权计算了十二五节能减排综合指标(ECER-125)和专家调查法综合指标(ISCP2009)。对两种方法生产1kg太阳能级多晶硅锭的整个生产工艺中资源投入、能量消耗、环境排放和生命周期环境综合影响进行计算、分析和比较,得出二者影响环境的主要工序和环节,找出降低环境负荷的主要方向和途径。从光伏系统的生产、运输和安装,光伏电站的运行、维护和退役六个阶段对中国1MWp冶金法多晶硅光伏系统发电进行生命周期数据清单分析和环境影响评价。计算得到ECER-125综合指标为3.57×10~(-6),ISCP 2009综合指标为1.94×10~(-5)。在30年的生命周期内,总的一次能源消耗为1.41×10~7MJ,二氧化碳排放总量为913.8t,能量回收期3.06年。较全国平均电网电力共节约一次能源5.00×10~8MJ,节约工业用水1.20×10~8kg,减少CO_2等7类主要污染物总排放量4.23×10~7kg,节能减排环境效益非常明显。通过贡献分析,找出对综合环境影响贡献最大的过程阶段和环境影响类型,并追溯分析其产生的主要原因。通过清单数据质量分析,找出敏感性分析的侧重点。敏感性分析表明,铝制品的消耗导致最大的环境影响,光伏电站退役阶段通过重要材料的回收利用对结果有非常积极的影响。改进分析表明,光伏系统应采用更合理、更生态的优化设计。例如,应选择更节能环保的材料替代铝支架和铝边框,或设法增加铝的回收率。应竭力减少稀缺资源的使用量并设法增加其回收率。对比了太阳能级多晶硅两种生产方法的综合环境影响,与改良西门子法相比,冶金法具有明显的环境优势;比较了各种能源发电技术及国内外光伏发电的生命周期环境影响,在可再生能源中,本文冶金法多晶硅光伏系统发电的ECER-125综合环境影响最小,只占燃煤发电的3.33%,是其他几个国家非冶金法多晶硅光伏系统发电的56%～66%。研究所用数据主要来源于"十二五"时期的文献资料、相关实验和工厂实际生产,代表中国当时的技术水平,因此,研究结果是在特定时期的技术条件下得到的,具有历史阶段性。就现在而言,由于科学技术突飞猛进,相关数据一直在动态变化更新,相应的综合环境影响日新月异,节能减排指标也会愈加优异。
韩先伟[6]2002年在《微波等离子推力器真空实验研究与卫星应用探索》文中研究表明电推进(EP)具有比冲高、寿命长、控制精度高等优点，可完成多种空间任务。经过五十多年的研究，EP在航天器上的应用已越来越广泛。微波等离子推力器(MPT)是一种电热型推力器。本文在MPT地面原理样机的基础上，进行了MPT真空实验系统建设、真空试验和卫星应用探索。具体叙述如下： 1．完成了MPT真空实验系统的设计、加工、安装和调试。系统包括真空子系统、虚拟仪器测控子系统、小推力测量子系统、推进剂贮存供应子系统和MPT实验样机。本人主持完成了真空子系统建设，参与了其它子系统建设，完成了全系统调试。真空实验系统工作稳定，工作真空度为1.0Pa～10.0Pa，基本实现了MPT真空实验的自动化、信息化和数字化，为MPT真空实验研究提供了基础。 2．在MPT地面实验的基础上，在国内首次进行了MPT在真空条件下的启动、稳定工作特性研究，并进行了性能估算。研究了影响MPT启动和稳定工作的主要因素和规律。实验研究表明，在真空环境下，对于推进剂工质Ar、He、N_2、H_2和空气启动可靠。Ar最容易启动，N_2次之，He最难；微波功率越大，越容易启动；并且在一定真空度范围内最容易启动。Ar最佳工作比功率为4.0MJ／kg，He为30MJ／kg。在设计状态下，对于He，100W MPT的比冲为5758.3m／s，效率为55.4％；1kW MPT的比冲为6107.6m／s，效率为57.1％。对于Ar和He，在长时间稳定工作过程中各项参数(P_(in)、q_m、F、p_(res))稳定。 3．通过GEO卫星轨道动力学分析，建立了卫星总体和各子系统的数学模型。采用遗传算法(GA)对MPT用于GEO的OT和NSSK进行了系统和任务优化计算。优化方法具有通用性，对使用EP的GEO卫星的OT和NSSK也能应用。这种探索在国内为首次，对MPT进行这样详细的探索，在国外资料中也未发现。优化计算表明，当采用4台1000W MPT实施OT，4台100W MPT完成NSSK，推力弧段η=60°时，变轨时间为165d，1kW MPT累计工作1322h，有效载荷可增加86％，即转发器的个数可由24个增加到44个，增加83％。 通过研究表明，MPT具有比冲适中、效率高、寿命长、羽流污染小、结构简单和重量轻的特点。与其它EP相比，MPT实现GEO卫星的OT和NSSK具有自身优势，是一种具有竞争潜力的电推进之一。同时，MPT也可用于低轨道(300～500km)航天器的大气阻力补偿，星际航行航天器的主推进，以及星座和小型卫星的编队飞行和精确定位等，具有广阔的应用前景。
张鹏[7]2012年在《多晶硅太阳能电池预处理及退火工艺研究》文中研究指明¨前太阳能电池行业多用管式PECVD法沉积氮化硅减反射钝化膜,然而管式设备对于实现薄膜沉积的均匀性有一定的局限,其原因在于反应腔室内部反应气体分布不均匀。这会对薄膜的表观质量造成很大的影响,形成色差片。不断出现返工片,将会阻碍产品生产效率的提高。本论文通过大量的产线实验发现,通过总的气体流量、反应时腔室压强以及射频功率的调节,会对成膜的均匀性有很大帮助。研究表明,对于管径380mm,.管长2075mm的常用反应腔室,气体总流量在5000sccm,反应时腔室内压强在220pa,射频功率4500w左右时,仅就成膜的均匀性来讲是最佳的,几乎没有返工片,而且也不会对薄膜的其它参量造成很大的影响。研究还发现,除了以上叁个工艺参量能较大的影响薄膜的表观质量外,石墨舟的间距大小,也会对薄膜均匀性造成影响,对比发现13mm间距石墨舟的成膜质量要明显优于11mm间距石墨舟。另外,钝化工艺在晶体硅太阳电池上的应用已经十分广泛。我们在沉积氮化硅薄膜之前采用氨气电离出氢等离子体,先对硅片进行氢等离子体预处理,通过数值分析和实验的方法分别研究了预处理时间,功率,温度,压力各参数对钝化效果以及电学性能的影响。在预处理温度450℃,时间200s,射频功率4000w,气体压强200Pa,氨气流量为4000sccm时,表现出短路电流提高较为明显。然后采用等离子体增强型的化学气象沉积(PECVD)法,在电池表面镀上一层氮化硅膜,实验证实氢等离子体会透过氮化硅膜进入到硅基体内,具体表现为少子寿命提高7μs左右。之后的低温退火实验表明,430-440℃左右为最优温度,随着时间的增加,短路电流会有明显提升,光电转换效率也有提高。
何堂贵[8]2009年在《晶体硅太阳电池制作中的扩散工艺研究》文中研究指明对已经取得较普遍应用的晶体硅太阳电池来说,开发新技术和优化制造工艺以降低电池的制造成本是目前该领域最重要的努力方向之一。本文所研究的主要问题是低成本晶体硅太阳电池在工业化生产中的扩散制作p-n结工艺。通过研究不同扩散工艺条件与电池的相关性能参数的关系,得出适合于高转换效率大规模制作的最佳扩散工艺条件。在扩散这方面的理论虽然比较成熟,但是对工业化生产涉及的具体工艺的系统研究在国内还没有相关报导。为了能够便于了解扩散制作p-n结理论及其工艺,本文对生产晶体硅太阳电池的基本工作原理及其主要的制造工艺流程进行了描述。在理论方面,本文对扩散制作p-n结、电极制作及应用在晶体硅太阳电池p-n结烧结过程中所关联的因素进行了分析。然后,论文从工艺流程对扩散方块电阻的阻值控制要求出发,结合正表面电极设计角度,利用扩散薄层电阻对栅线间隔设计的要求,分析了相关功率的损耗。太阳电池产业化所面临的重要问题之一是如何在保证电池高转换效率前提下提高产能。对于扩散工序而言,确保高效电池的高产能面临的最大问题在于如何保障扩散的均匀性,优化扩散的均匀性主要采取温区补偿技术。论文针对影响扩散均匀性的因素多且关联复杂等特点,重点对难于控制的气氛场因素进行系统实验研究,在气体流量、均流设计、炉内压强等方面提出了较好的优化实验方法,通过将实验方法应用于工业生产,扩散均匀性得到了非常好的控制;并首次提出建立扩散气氛场工程模型来分析扩散均匀性问题,同时论文给出了扩散气氛场工程模型的思路分析。该模型研究方法可改善太阳电池电性能并可对产业化生产起指导作用。从扩散均匀性对太阳电池电性能的影响角度,论文通过实验分析了电池表面不同扩散浓度分布对电池少子寿命、开路电压、短路电流及烧结条件的影响;同时,论文还分析了太阳电池表面余误差函数分布下不同扩散浓度对烧结工艺的要求及填充因子的影响和对电池少子寿命及开路电压的影响。通过生产线的实验验证,获得了一致的分析结果。经进一步的工艺优化与分析,扩散工艺具有低成本生产高效晶体硅太阳电池的广阔前景。
封国宝, 崔万照, 刘纯亮, 胡天存, 王瑞[9]2018年在《空间电子辐照介质材料带电效应研究进展》文中研究指明针对空间电子辐照对介质材料所产生的带电效应对在轨航天器的服役性能带来了巨大威胁,为深入理解和探究空间电子辐照带电效应的特性和规律,重点介绍了在电子辐照环境下,介质材料的表面电位特性、材料的总带电电荷量以及电子辐照介质内部的实时电荷分布以及动态演变特性,并进一步阐述了带电状态对二次电子发射的反馈动态影响研究。此外,概括了近年来国内外对电子辐照带电的理论数值模拟方法及发展情况。
席曦[10]2012年在《基于酞菁和富勒烯的有机太阳电池的研制及其相关系统与控制的研究》文中认为有机太阳电池作为一种新型的太阳能光伏器件，与无机太阳电池相比，具有原材料广泛、质量轻、成本低、可大面积制作、具有柔性等优点。在能源问题日益突出的当今世界，有机太阳电池作为一种低成本、轻薄型的光电转换器件，具有十分宽广的发展空间、非常重要的实际利用价值和光明的应用前景。本论文以酞菁铜和富勒烯组成的有机小分子太阳电池作为研究对象，重点研究了基于酞菁铜和碳60的双层异质结太阳电池有源层最佳厚度组合问题、LiF阴极修饰层的使用及其机理、阳极修饰层的工作机理及其改进、电子受主材料的改善、器件的稳定性与衰减情况等。本论文首先对CuPc/C60电池进行了内部光强分布的研究。在基于光学传输矩阵确定器件内部的光强分布函数后，本论文定义了一个新的参量“有效激子产生速率”——单位时间单位面积上施主/受主界面两侧各一个激子扩散长度内光生激子的产生总量；并且将AM1.5G标准光照下太阳光子流密度谱以及衬底的透射情况都引入到了有效激子产生速率的计算过程中，最终得到在实验中使用的ITO基底上制备的CuPc/C60双层异质结有机太阳电池的最佳有源层厚度组合。经过大量实验对该理论结果进行了验证，理论和实际之间的误差是在可接受的范围内的。故利用有效激子产生速率的方法对有机太阳电池有源层厚度的最佳组合的搜索是可以起到一定的指导作用的。这也是本论文的创新点之一。在得到最佳有源层厚度组合之后，通过在有机有源层与金属阴极之间插入一层极薄的LiF修饰层可以非常显着地改善有机太阳电池的电性能。本论文对LiF阴极修饰层的厚度进行了优化，发现本实验中LiF阴极修饰层的最优厚度为1.5nm。本论文同时又对LiF阴极修饰层的工作机理进行了分析。在总结文献中常见的LiF阴极修饰层工作机理分析的基础上运用了MIS机理来解释器件性能提高的原因，包括同时可以解释器件短路电流密度和开路电压均得到提高的原因。在阳极附近同样存在着相当多的缺陷。本论文经过对基于CuPc/C60的有机异质结小分子太阳电池的阳极界面进行多种改善工作，使得器件的性能得到了大幅度的提升。首先在阳极界面处引入LiF薄膜，器件的光电转换效率得到了一定的提升。模仿阴极LiF修饰层工作机理的分析方法，将MIS引入到阳极LiF修饰层工作机理的解释上，发现同样适用。说明MIS结构的解释具有一定的通用性。其次，在阳极界面处引入PEDOT:PSS修饰层，器件的光照特性，特别是短路电流密度得到了大幅度的提高。PEDOT:PSS修饰层的主要作用是平滑界面、改善载流子输出、降低接触电阻。再次，将PEDOT:PSS修饰层和LiF修饰层同时使用，构成PEDOT:PSS/LiF双阳极修饰层系统。该修饰层系统可以综合发挥两种修饰层材料的优势，使得器件的光电转换特性可以进一步得到提高。这是本论文的另一个创新点。本论文除了在电极界面处进行改进工作外，对器件的材料亦做了相应的改善工作。将富勒烯中的C70用于替换有机小分子太阳电池中的C60，与施主材料CuPc构成新的CuPc/C70异质结。实际结果发现，基于CuPc和C70的有机小分子太阳电池同样表现出光伏特性，并且其电性能比CuPc/C60电池更为优越。C70在可见光范围内具有更优越的吸收特性。同时经过分析在C60分子内部载流子复合几率较高；而且C70的电导率要高于C60两个数量级。这就使得使用C70的有机太阳电池在短路电流密度、开路电压以及填充因子等方面表现得更好。对CuPc/C60和CuPc/C70电池的系统全面的对比研究是本论文第叁个创新点。本论文除了对基于酞菁铜和富勒烯的有机小分子太阳电池的光电转换特性的提高进行改善工作的研究之外，还对论文中进行研究的所有结构的器件的稳定性进行了详细的研究，得出不同器件的稳定性及衰减情况，并对引起稳定性变化的因素进行了分析。对于无任何电极修饰层的CuPc/C60有机小分子太阳电池，在无封装的条件下，将器件置于洁净的、低湿度干燥的空气中时，器件除填充因子外，短路电流密度、开路电压以及光电转换效率都会先提升后衰减。当距离制备完成后一个小时左右，器件转换效率达到最高值。分析其中的原因，主要是在C60和Al的界面处由于氧气的侵入形成了一层Al2O3层。Al2O3层的作用与LiF层是一致的，起到了阴极修饰层的作用。在本论文中建议对于无任何电极修饰层的CuPc/C60有机小分子太阳电池，其最佳的封装时间是距离制备完成一个小时左右。这是本论文第四个创新点。其他添加了电极修饰层的电池，性能随时间并未提高，只是简单的衰减。其稳定性从优到差依次为：同时使用PEDOT:PSS/LiF阳极修饰层系统和LiF阴极修饰层的器件、同时使用LiF阳极修饰层和LiF阴极修饰层的器件、仅使用LiF阴极修饰层的器件、同时使用PEDOT:PSS阳极修饰层和LiF阴极修饰层的器件。本论文对引起器件衰减的原因以及引起衰减差异的原因进行了详细的分析并加以实验验证。最后，本论文还进行了CuPc/C60和CuPc/C70有机小分子太阳电池稳定性的对比研究。研究发现，使用C70作为电子受主材料的电池的稳定性要优于以C60为受主材料的器件。主要原因是C60和C70被氧气侵蚀的程度不同。因此C70相对于C60更合适于有机太阳电池的研究、开发以及制备。另外，本论文还做了一些与酞菁铜/富勒烯的有机小分子太阳电池相关系统与控制工作的初步研究。比如寻找了实验中材料真空蒸发膜厚监控的参数以及得到这些参数的方法，以实现今后的在线控制；设计了一台LED太阳光模拟器用于低成本检测；建立了有机太阳电池的等效模型，并使用两种方法对等效模型的参数进行辨识拟合，并且辨识出不同器件的模型参数与之前实验结果与分析是相一致的；最后分析了太阳电池组件匹配损失的影响因素，分析了有机太阳电池组件中电池分档的标准。本论文的重点在于解决电极与有源层界面处激子复合和载流子输运的问题；受主材料的改进问题，即两种富勒烯分子选择的问题；器件衰减机理问题等。论文侧重于对实验现象进行机理性的探索与分析，注重基础问题的研究。希望通过这些基础研究能够对基于酞菁铜/富勒烯的有机小分子太阳电池有更深刻的理解，对今后的研究工作能够提供某些指导性的建议。
参考文献：
[1]. 地面实验室模拟空间等离子体环境及太阳能电池片效应初步实验研究[D]. 庞永江. 中国科学院空间科学与应用研究中心. 2001
[2]. 基于空间充放电效应的航天器功率传输结构电场特性研究[D]. 谢鹏敏. 北京交通大学. 2016
[3]. 基于光伏组件的电位诱发功率衰减的研究[D]. 葛华云. 吉林大学. 2013
[4]. 微小碎片超高速撞击太阳电池阵的研究进展[J]. 宋瑞海, 张书锋, 张明志, 佘咏梅. 真空与低温. 2014
[5]. 冶金法多晶硅及其光伏系统并网发电的生命周期评价研究[D]. 于志强. 昆明理工大学. 2017
[6]. 微波等离子推力器真空实验研究与卫星应用探索[D]. 韩先伟. 西北工业大学. 2002
[7]. 多晶硅太阳能电池预处理及退火工艺研究[D]. 张鹏. 北京交通大学. 2012
[8]. 晶体硅太阳电池制作中的扩散工艺研究[D]. 何堂贵. 电子科技大学. 2009
[9]. 空间电子辐照介质材料带电效应研究进展[J]. 封国宝, 崔万照, 刘纯亮, 胡天存, 王瑞. 空间电子技术. 2018
[10]. 基于酞菁和富勒烯的有机太阳电池的研制及其相关系统与控制的研究[D]. 席曦. 江南大学. 2012
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