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.pdf

1、單晶硅太陽能電池是空間環(huán)境中應(yīng)用廣泛的太陽能電池，染料敏化太陽能電池是繼單晶硅電池之后的新一代太陽能電池，因其制備工藝相對(duì)簡單、理論轉(zhuǎn)換效率高等獨(dú)特優(yōu)勢有望成為空間應(yīng)用中的新型電力來源。宇宙空間環(huán)境存在的強(qiáng)輻射場對(duì)太陽能電池會(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，開展了單晶硅太陽能電池和染料敏化太陽能電池的服役行為研究，主要研究內(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

2、劑量率下單晶硅太陽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程，確定了電子輻照實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測試了高、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

3、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測試表明納米二氧化鈦光陽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

4、速器產(chǎn)生的10 MeV電子，探討了不同電子輻照劑量對(duì)染料敏化太陽能電池的電子輻照損傷效應(yīng)。電池J-V曲線測試表明，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測試表明納米二氧化鈦光陽極在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