隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備激增，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的持續(xù)供能需求催生了對室內(nèi)光能收集技術(shù)的革新?；诰埘啺罚?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/pi/" target="_blank">PI）基底的高效柔性非晶硅（a-Si:H）薄膜光伏組件，其在室內(nèi)弱光環(huán)境下實(shí)現(xiàn)9.1%的孔徑效率突破。美能穩(wěn)態(tài)光衰老化試驗(yàn)箱可以為薄膜光伏組件質(zhì)量控制提供相應(yīng)的環(huán)境模擬和加速試驗(yàn)。經(jīng)高光強(qiáng)下1000小時老化后，最大功率衰減低于10%，為電子設(shè)備的自供能系統(tǒng)提供了全新解決方案。

PECVD工藝

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使用標(biāo)準(zhǔn)PECVD系統(tǒng)在190°C下沉積a-Si:H層。關(guān)鍵參數(shù)氫稀釋比（R = H?/SiH?）在2~40間變化。研究表明，R值略低于微晶硅相形成的閾值時，可獲得高性能的非晶硅材料。R值變化顯著影響薄膜應(yīng)力：R=2時呈+1.8 GPa張應(yīng)力，R=5時轉(zhuǎn)為-4.33 GPa壓應(yīng)力，這與SiH?/SiH鍵合濃度相關(guān)。

電池結(jié)構(gòu)

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(a) 柔性硅組件設(shè)計；(b) 聚酰亞胺箔上的制備結(jié)構(gòu)

p-i-n電池采用三甲基硼烷（TMB）和PH?進(jìn)行原位摻雜。重點(diǎn)優(yōu)化了背接觸材料：對比了SnO?:F（TCO）和鉬（Mo）。研究發(fā)現(xiàn)，Mo作為背接觸與p型a-SiF，其內(nèi)建電壓（Vbi）高出約20 mV。

柔性組件結(jié)構(gòu)

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(a) 組件布局；(b) 聚酰亞胺基底柔性組件實(shí)物圖

最終優(yōu)化的組件結(jié)構(gòu)為在聚酰亞胺基板上依次沉積Mo背接觸層、a-Si:H p-i-n層和ZnO:Al (AZO)透明前接觸層。多個電池在基板上單片集成串聯(lián)6×5 cm2組件。

室內(nèi)光伏組件性能

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柔性光伏組件I-V曲線及電氣參數(shù)表（300 lx, F12光譜）

在模擬室內(nèi)環(huán)境（F12熒光燈光譜，300 lx）下測試，面積為5 cm x 6 cm的柔性組件實(shí)現(xiàn)了8.7%的總面積效率，有效面積效率高達(dá)9.1%，相比之前結(jié)果（6%）有顯著提升，這得益于a-Si:H沉積工藝（特別是氫稀釋比R）的優(yōu)化。

柔性光伏組件效率隨照度變化：(a)100-1000 lx，(b)1000-5000 lx

組件在100 lx至5000 lx的寬光強(qiáng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定的效率，表明工藝在低光下無明顯損失。

可靠性與機(jī)械性能

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不同氫硅烷比（R）組件在3000 lx下1000小時的最大功率衰減

光致衰減：優(yōu)化氫稀釋比R有效抑制了Staebler-Wronski效應(yīng)。經(jīng)高光強(qiáng)（3000 lx, F12光譜含UV）下1000小時老化后，最大功率衰減低于10%。

(a)彎折測試裝置及(b)1.9cm半徑800次彎折后性能變化

機(jī)械柔性：組件展現(xiàn)出卓越的機(jī)械柔韌性。在遠(yuǎn)小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（5 cm彎曲半徑）的約2 cm彎曲半徑下，經(jīng)過超過800次反復(fù)彎曲后，其光伏性能未出現(xiàn)明顯下降。

成功開發(fā)聚酰亞胺基柔性a-Si:H光伏組件，通過PECVD低溫沉積與Mo接觸優(yōu)化，在300 lx室內(nèi)光下實(shí)現(xiàn)9.1%孔徑效率。組件兼具寬照度適應(yīng)性、抗彎折性及低光衰特性，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供高效能源解決方案。

美能穩(wěn)態(tài)光衰老化試驗(yàn)箱

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美能穩(wěn)態(tài)光衰試驗(yàn)箱采用能摸擬全光譜光源的金鹵燈，來再現(xiàn)不同環(huán)境下存在的破壞性光波，可以為光伏組件產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制提供相應(yīng)的環(huán)境模擬和加速試驗(yàn)。

光照試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按IEC61215標(biāo)準(zhǔn)中MQT08、MQT09條款規(guī)定的穩(wěn)定性測試

輻照面積可做到6040×2560mm

光照等級滿足BBA標(biāo)準(zhǔn)

美能穩(wěn)態(tài)光衰試驗(yàn)箱用于評估光伏組件在長期光照下的穩(wěn)定性，通過測試室內(nèi)光伏組件在高光照強(qiáng)度下的性能衰減，驗(yàn)證優(yōu)化工藝的有效性。

原文參考：Efficient flexible thin film silicon module on plastics for indoor energy harvesting

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