Modeling the current-voltage characteristics of thin-film silicon solar cells based on photo-induced electron transfer processes

Power conversion efficiency of p-i-n type microcrystalline silicon (c-Si:H) solar cells has been analyzed in terms of sequential processes of photo-induced electron transfer. The effect of the excitonic state on the charged carrier generation has been studied compared to a conventional scheme in which only charged carriers are taken into account for the operation of the solar cells. A numerical model has been developed to calculate current-voltage characteristics of solar cells on the basis of two types of charged carrier generation processes (exciton process and charged carrier process). The light trapping effect due to a textured back surface reflector (BSR) was embedded in the numerical model by using the effective medium theory in combination with the matrix method in the field of the electromagnetic theory of light. As an application of this modeling, it was found that the reported data of the power conversion efficiency were not explained by the conventional charged carrier process model and that the combined model of the charged carrier process with the exciton process well explains the performance of the p-i-n type c-Si:H solar cells. In this way, the typical power conversion efficiencies were estimated to be 10.5% for the device (i-layer thickness: 1.8 m) with the BSR (period: 600 nm; height: 250 nm) and 8.6% for the device with the flat reflector under the condition that the fractions of the exciton process and charged carrier process were 60% and 40%, respectively.     

Modeling the current-voltage characteristics of thin-film silicon solar cells based on photo-induced electron transfer processes

Power conversion efficiency of p-i-n type macrocrystalline silicon (µc-Si:H) solar cells has been analyzed in terms of sequential processes of photo-induced electron transfer. The effect of the excitonic state on the charged carrier generation has been studied compared to a conventional scheme in which only charged carriers are taken into account for the operation of the solar cells. A numerical model has been developed to calculate current-voltage characteristics of solar cells on the basis of two types of charged carrier generation processes (exciton process and charged carrier process). The light trapping effect due to a textured back surface reflector (BSR) was embedded in the numerical model by using the effective medium theory in combination with the matrix method in the field of the electromagnetic theory of light. As an application of this modeling, it was found that the reported data of the power conversion efficiency were not explained by the conventional charged carrier process model and that the combined model of the charged carrier process with the exciton process well explains the performance of the p-i-n type μc-Si:H solar cells. In this way, the typical power conversion efficiencies were estimated to be 10.5% for the device (i-layer thickness: 1.8 μm) with the BSR (period: 600 nm; height: 250 nm) and 8.6% for the device with the flat reflector under the condition that the fractions of the exciton process and charged carrier process were 60% and 40%, respectively.     

页岩气开采钻井固体废物的污染特性

选取重庆某地区3个页岩气田作为研究对象,研究了5个钻井平台页岩气开采过程中废水基和油基钻井岩屑中重金属、多环芳烃（PAHs）和石油烃的污染特性.结果表明,两类钻井岩屑中Ba元素平均含量明显高于其他重金属,废水基钻井岩屑的重金属以Zn、Ba、Cr、Ni、Cu、Pb为主,废油基钻井岩屑中的重金属以Ni、Cu、Zn、Pb、Ba、As、Cr为主且Ni、Cu、Zn、Pb平均含量超过《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》（GB5085.6-2007）标准限值.废水基和油基钻井岩屑中PAHs的范围分别为1.74~14.8mg/kg和302~595mg/kg,均未超过GB5085.6-2007标准限值.废油基钻井岩屑石油烃含量为112~213g/kg,远超GB5085.6-2007标准限值.同时,废水基和油基钻井岩屑中BaP超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）标准限值;废油基钻井岩屑中部分PAHs（BaP、BbF、BkF、DahA）浓度超过《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）中筛选值,岩屑中石油烃含量远超管制值.     

Experimental study on combustion characteristics of municipal solid waste

As incineration provides a relatively safe means of disposal, significant reduclaon ot welglat anti volume, ana energy recovery from the waste, it was adopted by many countries. For the experimental investigation on the combustion characteristics of municipal solid waste( MSW),a lab scale fluldized bed facility was constructed. Many kinds of combustion runs were conducted in this fluidized bed combustion facility. The examined parameters were bed temperature(773 to 1143K), form of fuels ( scrap or whole), moisture of fuels and so on. Concentration of CO2,CO,SO2, O2 and NOx in the flue gas were monitored and recorded every 5 seconds. The temperatttres along the reactor are recorded every 10 seconds. Experimental. results were given and analyzed.     

城市生活垃圾填埋场中抗生素残留特征研究

为研究城市生活垃圾填埋场中抗生素的残留及其浓度特征,采集上海市老港填埋场中固体废弃物和渗滤液样本,采用超高效液相色谱三重四级杆质谱联用技术(UPLC-3Q-MS)检测抗生素浓度.结果显示,固体废弃物和渗滤液中四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内脂类及β-内酰胺类抗生素的检出浓度范围分别为0.1~4.9μg·kg~(-1),nd~3245.0 ng·L~(-1)、nd~16.3μg·kg~(-1),nd~1360.0 ng·L~(-1)、0.2~367.5μg·kg~(-1),nd~6950.0ng·L~(-1)、LOQ~8.4μg·kg~(-1),0.3~9450.0 ng·L~(-1)及nd~2.8μg·kg~(-1),nd~293.5 ng·L~(-1).抗生素浓度在垃圾填埋场中的分布存在时空差异,填埋场1.5 m处固体废弃物中抗生素的浓度高于0.5 m处,新鲜渗滤液中抗生素浓度大于老龄渗滤液.研究结果为可今后垃圾填埋场中残留抗生素的治理提供理论依据.     

垃圾焚烧飞灰冶金性能研究

垃圾焚烧飞灰是危险废物因而必须进行处理.用冶金高温熔融分离来处理飞灰是一个新的无害化处理方法.在了解飞灰特性的基础上,研究了飞灰的冶金性能.对飞灰进行冷固结造球,并分析了球团的强度和浸出毒性;测试了球团的粘度和熔化性温度;进行了飞灰球团高温熔融分离实验,分析了熔渣中的重金属和浸出毒性.实验结果表明,飞灰的矿物组成主要是CaO、SiO2等氧化物;选择7%消石灰,添加1%糖浆进行飞灰冷固结,并养护18d,单个球团平均抗压强度可达到1005 N,球团的浸出毒性没有超标.飞灰的熔化性温度范围为1250～1290℃,此时的熔渣粘度较低;飞灰高温熔融分离的适宜工艺参数为:熔融温度1400℃,熔融时问10min,球团碱度1.8,金属熔池与飞灰球团配比为5:4,金属熔融分离效果很好;飞灰经过1300℃以上的高温熔融,熔渣远远低于浸出毒性标准.     

珠三角地区生活垃圾焚烧厂汞的排放特征

利用OH法对珠三角8家垃圾焚烧厂(6家采用炉排炉工艺,2家采用流化床工艺)进行烟气采样,同时采集飞灰、底渣、煤炭样品进行分析.研究结果表明,珠三角炉排炉焚烧烟气平均总汞(THg)排放浓度为(51.4±28.3) μg·Nm^-3,流化床为(19.5±13.6) μg·Nm^-3.炉排炉飞灰THg含量为6674 μg·kg^-1,流化床飞灰THg含量为2135 μg·kg^-1,底渣中炉排炉THg含量为70 μg·kg^-1,流化床为30 μg·kg^-1.飞灰中的汞含量要远远高于底渣.垃圾焚烧过程中炉排炉70.8%的汞由烟气排放,26.3%存在飞灰中,底渣中的汞仅占2.9%.流化床工艺烟气汞排放占总汞排放的33.2%.利用质量平衡法计算珠三角垃圾中汞含量平均值为0.293 mg·kg^-1,流化床工艺因添加燃煤所产生的汞排放占到垃圾焚烧总汞排放的31.6%.     

垃圾筛上物热解特性的实验研究

在小型外热式固定床热解炉实验台上,开展了垃圾筛上物在550℃至750℃范围内热解特性的实验研究,并进行系统能量的分析．得到了热解炉内不同部位物料的温度变化和不同热解终温下的热解产气速度、产气量及其它产物产量．结果表明．热解炉内各部位温度先升高后趋于稳定．产气速度在20min左右达到最大,且最大产气速度、热解液体量、产气量随终温升高而增加,残炭量则随终温升高而减少．其中750℃下热解得到产物：127.765g热解液,102．101L热解气和220．18g残炭．700℃下能量平衡分析表明：热解气和残炭的热值较高．垃圾热解产物经过处理后作为燃料应用在热解过程中可以减少外界能量的消耗．提高系统运行的经济性．     

藻细胞在固体表面附着特性的初步研究

针对平板式光生物反应器,以补充有碳源的SE(Brostol's solution)培养基作为普通小球藻生长的水环境,研究了载体表面粗糙度、藻细胞接种量、培养液pH值和液体流量对小球藻细胞在固体基质表面吸附特性的影响.结果表明:藻细胞在各载体表面的吸附密度均随时间进行呈现先快速增大再逐渐趋于平缓的变化趋势;在实验条件下,随载体表面粗糙度和藻液中藻细胞接种量增大,载体表面对小球藻细胞的吸附率均增大,吸附密度也增大;当藻液pH值为6左右时,小球藻在载体表面的吸附密度达到最大;液体流量为0.65 mL·min-1时,载体表面对小球藻细胞的吸附能力最强.各参数对藻细胞吸附密度影响的重要程度依次为藻细胞接种量、培养基pH值、液体流量.     

北京市城市生活垃圾处理温室气体排放特征及减排策略

根据《IPCC国家温室气体清单指南》和《省级温室气体清单编制指南》方法,建立北京市3种生活垃圾处理方式温室气体排放清单,测算2010—2019年不同生活垃圾处理方式下温室气体CH₄、CO₂、N₂O排放量,分析CO₂排放量随时间变化特征,并基于此提出碳减排策略。结果表明：1）2010—2019年北京市生活垃圾处理温室气体的排放量总体呈先增后减的趋势,且变动幅度减缓,2019年达到最低水平,这主要与近年来北京市生活垃圾处理方式从以卫生填埋为主转变为以焚烧为主有关。2）2018年北京市生活垃圾焚烧量已超过填埋量,而垃圾焚烧处理CO₂排放量远低于填埋处理,表明焚烧处理方式CO₂排放强度低于填埋处理。3）生活垃圾处理温室气体排放量与垃圾处理方式及处理量密切相关,随着生活垃圾产生量的日益增加,建议在生活垃圾管理全过程加强垃圾精细化分类,推进源头减量;合理开展垃圾处理设施的建设,优化垃圾收运系统,防止垃圾处理二次污染,探索适合我国城市生活垃圾处理低碳优化模式。

     

固态胺SO2吸附-解吸循环特性

采用新的固态胺吸附材料研究其对SO₂的吸附性能.针对几种不同种类及孔径的分子筛嫁接胺基合成固态胺吸附材料,研究了其对SO₂吸附规律,特别是研究了固态胺解吸再生的特性.研究结果表明固态胺具有较高的SO₂吸附量,经20次吸附-解吸循环,留在固态胺中的残余量较低.结果还表明,分子筛结构的种类和孔径对固态胺吸附SO₂的效果有重大影响,通常孔径较小的分子筛,吸附效果较差.但分子筛中SiO₂/Al₂O₃的提高可降低解吸后的残余量.研究CO₂,NO_x对固态胺吸附剂的影响规律,结果表明,CO₂对固态胺SO₂吸附基本无影响,NO_x则会干扰SO₂的吸附.通过对解吸残余量化学成分的研究表明,解吸残余量具有与液态胺热稳定物类似的组分.由于固态胺可以有较高的工作温度,因此固态胺将更易于循环再生.     

城市生活垃圾滚筒筛分选特性研究

滚筒筛筛分是生活垃圾分选中常用的工艺,国内目前有关滚筒筛分选生活垃圾的研究尚不多见.因此,本实验通过自行设计的一台处理能力为150kg.h-1的滚筒筛,采用实际生活垃圾进行分选实验,确定最佳运行参数范围.结果表明,当滚筒筛孔径为120mm时,在V实测/V极限（V实测为滚筒转动时实时测定转速,V极限为物料与滚筒一起转动时...     

天津市生活垃圾处理碳排放时间变化特征及影响因素

控制生活垃圾处理产生的温室气体已成为碳减排的重点方向之一。参考《省级温室气体清单编制指南（试行）》推荐方法核算了天津市2009—2018年生活垃圾处理碳排放量,分析碳排放时间变化特征,并采用改进Kaya恒等式和LMDI加和分解法的碳排放影响因素分解恒等式,分析天津市生活垃圾处理碳排放的影响因素。结果表明：2009—2018年天津市生活垃圾处理碳排放量呈现先降后增的趋势,碳排放量主要来自填埋处理;影响碳排放的因素中,经济产出效应（ΔY）对生活垃圾处理碳排放的驱动作用最大,碳排放强度效应（ΔCF）次之,生活垃圾排放强度效应（ΔWI）和生活垃圾处理结构强度（ΔWS）对碳排放具有负向作用。控制生活垃圾产生量、增加垃圾焚烧处理占比以及提高填埋场甲烷回收率是未来主要的减排方向。

     

生活废弃物焚烧处置烟气中二(口恶)英排放特性研究

研究了某市10座生活垃圾焚烧炉烟气中二噁英的排放特性,对比了焚烧炉炉型、焚烧处理量、烟气净化系统对二噁英排放特性的影响.结果表明:10座生活垃圾焚烧炉二噁英的排放浓度为0.016~0.104 ng·Nm~(-3)(以I-TEQ计),9座垃圾焚烧炉二噁英排放满足国家相应的排放标准(0.1 ng·Nm~(-3)(以I-TEQ计)).根据二噁英排放浓度排序对应的烟气净化系统分别为SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)+半干法+活性炭喷射+布袋湿法+活性炭喷射+布袋半干法+活性炭喷射+布袋,表明安装SNCR装置有利于二噁英的减排.另外,不同垃圾焚烧炉排放的二噁英指纹特性不仅与烟气净化系统和炉型有关,还与垃圾来源有一定关联.     

退役工业固废填埋场地再利用的全寿命环境风险特征

通过现场采样和过程模型模拟等方法研究了典型退役工业固废填埋场地（DISWL）原位开发条件下的健康风险及长期演化规律.结果表明,经过近20a的浸出和降解,86%的废物浸出浓度依然处于有害水平,70%的废物不宜直接作为建设用地土壤.直接作为建筑用地开发利用条件下,由于DISWL的性能退化会导致有害组分的浸出和渗漏增加,由此导致地下水水质超标概率经历从无（短期）到有（中期,个别物质如总氰化物T-CN和易释放氰化物F-CN）,再到后期的较大概率超标（T-CN和F-CN）的渐变过程;同时,场地利用过程的健康风险也逐步增加,来自于As的致癌风险和自于T-CN的非致癌风险,分别超过风险可接受水平的81~179倍和55.32~224.3倍.上述结果提示DISWL场地开发再利用的风险评估和管控策略应重点考虑长期风险.对于长期风险不可接受的场地,通过降低废物中毒性物质的浸出浓度可实现长期风险可接受,并提出了相应浸出浓度限值的计算框架和方法.     

退役工业固废填埋场地再利用的全寿命环境风险特征

通过现场采样和过程模型模拟等方法研究了典型退役工业固废填埋场地（DISWL）原位开发条件下的健康风险及长期演化规律.结果表明,经过近20a的浸出和降解,86%的废物浸出浓度依然处于有害水平,70%的废物不宜直接作为建设用地土壤.直接作为建筑用地开发利用条件下,由于DISWL的性能退化会导致有害组分的浸出和渗漏增加,由此导致地下水水质超标概率经历从无（短期）到有（中期,个别物质如总氰化物T-CN和易释放氰化物F-CN）,再到后期的较大概率超标（T-CN和F-CN）的渐变过程;同时,场地利用过程的健康风险也逐步增加,来自于As的致癌风险和自于T-CN的非致癌风险,分别超过风险可接受水平的81~179倍和55.32~224.3倍.上述结果提示DISWL场地开发再利用的风险评估和管控策略应重点考虑长期风险.对于长期风险不可接受的场地,通过降低废物中毒性物质的浸出浓度可实现长期风险可接受,并提出了相应浸出浓度限值的计算框架和方法.     

衍生T形槽干气密封稳态性能研究

目的 设计具备双向旋转特点的动压型干气密封端面结构,并展现良好的开启性能,以T形槽为优化对象,衍生出一种新型槽型结构。方法 借助有限元软件,计算并对比经典T形槽与衍生槽型在流场特性和稳态性能方面的差异,探讨不同参数对2种槽型干气密封稳态性能的影响规律,揭示衍生槽型的密封机理。结果 衍生槽型的开启力高于经典T形槽,泄漏率也会增加。随着工况参数的升高,2种槽型的稳态性能参数近似线性增加,且差异逐渐增大,最小差异达到6.6%。随着槽深的增加,泄漏率方面的差距在逐渐减小,为扩大衍生槽型的控漏效果,槽深应>5μm。开设有引流槽型结构的衍生槽型稳态性能顺序为发散型>直口型>收敛型,但在文中的工况下,数值差别较小,最大仅为1.2%。结论 相比于经典T形槽,衍生槽型具有更强的动压效应,开启性能明显提升。另外,通过开设不同形式的引流槽可以改变气膜的流动特性和干气密封性能。     

1979~2016年中国城市生活垃圾产生和处理时空特征

改革开放以来,随着我国社会经济发展、居民生活水平提高,城市生活垃圾与日俱增,其妥善处理是我国各级政府面临的重要环境管理问题之一.本文通过系统收集和整理1979~2016年我国城市生活垃圾产生和处理的政府统计及相关中英文文献数据,分析了我国城市生活垃圾产生和处理的时空演变特征,建立了全国与各地区城市生活垃圾物理组分数据清单.研究结果表明：1979~2016年我国城市生活垃圾产生量显著增长至2016年的2.04亿t,以厨余类为主要成分.全国城市生活垃圾无害化处理率达到96.6%,无害化处理方式逐渐转向为焚烧为主、填埋补充的技术格局.我国各地区城市生活垃圾产生量、产生量增速、物理组分、无害化处理率和处理能力等存在时空差异,各地区应因地制宜,结合国家专项规划,提高生活垃圾减量化和资源化水平,弥补无害化处理缺口.     

垃圾焚烧飞灰物理化学性质的实验研究

应用激光粒度粒形分析仪、灰熔融性测定仪、原子吸收光谱仪和XRD等仪器手段对国内2种垃圾焚烧飞灰的密度、颗粒特性、熔点、成分和晶相结构等物理化学性质进行了详细的研究。研究发现，2种灰样颗粒直径的数量积分分布非常接近，其中基本没有超过40／μm的颗粒。由于垃圾焚烧飞灰在化学成分上存在的差异导致了其熔点有很大的不同。此外，XRD结果显示不同来源的飞灰其晶相结构存在较大的差别，这可能与垃圾的来源和焚烧工艺以及烟气处理方法有关。实验结果为飞灰无害化低温烧结工艺的选择和运行参数的制定提供了依据。     

包装废弃物添加脱氯半焦制备SRF的热解及动力学特性

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对包装废弃物添加了4种不同比例脱氯半焦制备而成的固体衍生燃料(SRF)的热解特性及热反应动力学进行了研究分析.研究发现,4种燃料热解过程主要包括4个阶段,其中300~400℃和400~500℃为两个主要失重阶段.前一阶段,SRF-1失重显著高于SRF-2、SRF-3和SRF-4,而后一阶段失重分别呈2、3、4倍增加.4种燃料热解残余量的顺序为SRF-4SRF-3SRF-2SRF-1,即添加了脱氯半焦的燃料热解程度越高.FTIR分析表明,添加了脱氯半焦的SRF燃料第三失重峰处不产生氯代烃.随脱氯半焦添加量的增加,第二失重峰CO2产生的浓度减少;第三失重峰CH4析出浓度增加;第四失重峰CO2析出的浓度增加.采用DEAM分布活化能法得到,转化率α0.3时,SRF-2和SRF-3的活化能均高于SRF-1的活化能,0.3α0.9时(α为0.6时除外),SRF-2、SRF-3和SRF-4 3种燃料的活化能低于SRF-1,且SRF-1的活化能呈升高的趋势,而其他3种燃料呈相反趋势.脱氯半焦的添加有利于SRF燃料的热解.