室内光伏：高效柔性组件驱动无线传感器网络室内能量收集

随着物联网设备激增，无线传感器网络（WSN）的持续供能需求催生了对室内光能收集技术的革新。基于聚酰亚胺（PI）基底的高效柔性非晶硅（a-Si:H）薄膜光伏组件，其在室内弱光环境下实现9.1%的孔径效率突破。美能稳态光衰老化试验箱可以为薄膜光伏组件质量控制提供相应的环境模拟和加速试验。经高光强下1000小时老化后，最大功率衰减低于10%，为电子设备的自供能系统提供了全新解决方案。

PECVD工艺

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使用标准PECVD系统在190°C下沉积a-Si:H层。关键参数氢稀释比（R = H?/SiH?）在2~40间变化。研究表明，R值略低于微晶硅相形成的阈值时，可获得高性能的非晶硅材料。R值变化显著影响薄膜应力：R=2时呈+1.8 GPa张应力，R=5时转为-4.33 GPa压应力，这与SiH?/SiH键合浓度相关。

电池结构

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(a) 柔性硅组件设计；(b) 聚酰亚胺箔上的制备结构

p-i-n电池采用三甲基硼烷（TMB）和PH?进行原位掺杂。重点优化了背接触材料：对比了SnO?:F（TCO）和钼（Mo）。研究发现，Mo作为背接触与p型a-SiF，其内建电压（Vbi）高出约20 mV。

柔性组件结构

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(a) 组件布局；(b) 聚酰亚胺基底柔性组件实物图

最终优化的组件结构为在聚酰亚胺基板上依次沉积Mo背接触层、a-Si:H p-i-n层和ZnO:Al (AZO)透明前接触层。多个电池在基板上单片集成串联6×5 cm?组件。

室内光伏组件性能

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柔性光伏组件I-V曲线及电气参数表（300 lx, F12光谱）

在模拟室内环境（F12荧光灯光谱，300 lx）下测试，面积为5 cm x 6 cm的柔性组件实现了8.7%的总面积效率，有效面积效率高达9.1%，相比之前结果（6%）有显著提升，这得益于a-Si:H沉积工艺（特别是氢稀释比R）的优化。

柔性光伏组件效率随照度变化：(a)100-1000 lx，(b)1000-5000 lx

组件在100 lx至5000 lx的宽光强范围内表现出稳定的效率，表明工艺在低光下无明显损失。

可靠性与机械性能

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不同氢硅烷比（R）组件在3000 lx下1000小时的最大功率衰减

光致衰减：优化氢稀释比R有效抑制了Staebler-Wronski效应。经高光强（3000 lx, F12光谱含UV）下1000小时老化后，最大功率衰减低于10%。

(a)弯折测试装置及(b)1.9cm半径800次弯折后性能变化

机械柔性：组件展现出卓越的机械柔韧性。在远小于行业标准（5 cm弯曲半径）的约2 cm弯曲半径下，经过超过800次反复弯曲后，其光伏性能未出现明显下降。

成功开发聚酰亚胺基柔性a-Si:H光伏组件，通过PECVD低温沉积与Mo接触优化，在300 lx室内光下实现9.1%孔径效率。组件兼具宽照度适应性、抗弯折性及低光衰特性，为无线传感器网络提供高效能源解决方案。

美能稳态光衰老化试验箱

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美能稳态光衰试验箱采用能摸拟全光谱光源的金卤灯，来再现不同环境下存在的破坏性光波，可以为光伏组件产品开发和质量控制提供相应的环境模拟和加速试验。

光照试验执行标准按IEC61215标准中MQT08、MQT09条款规定的稳定性测试

辐照面积可做到6040×2560mm

光照等级满足BBA标准

美能稳态光衰试验箱用于评估光伏组件在长期光照下的稳定性，通过测试室内光伏组件在高光照强度下的性能衰减，验证优化工艺的有效性。

原文参考：Efficient flexible thin film silicon module on plastics for indoor energy harvesting

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