【摘要】：用于光伏組件封裝玻璃或聚合物薄膜的減反射膜在提高組件發(fā)電效率上具有重要作用。光伏組件在地面和空間應(yīng)用中面臨復(fù)雜而惡劣的環(huán)境,這對(duì)減反射膜提出了諸如防潮、自清潔、防霧、防結(jié)冰、防刮擦、防塵抗污以及抗原子氧等多方面的功能需求。本論文以空心球SiO_2納米顆粒減反射膜為對(duì)象,系統(tǒng)研究了空心球SiO_2減反射膜的低溫制備及其在柔性聚合物襯底上的應(yīng)用,和空心球SiO_2減反射膜的在空間應(yīng)用時(shí)的抗原子氧特性以及地面應(yīng)用時(shí)的防潮、自清潔、防塵抗污等多功能特性,主要研究成果如下:一、提出了利用雙氧水氧化作用低溫去除空心球SiO_2減反射膜模板劑PAA的方法,實(shí)現(xiàn)了在不超過(guò)100℃的條件下制備空心球SiO_2減反射膜�；谠摰蜏刂苽涔に�,在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性襯底上制備了空心球SiO_2減反射膜,相比于空白PET襯底,在波長(zhǎng)300-1200 nm范圍的平均透過(guò)率提升7.59%。二、基于空心球SiO_2薄膜的低溫制備工藝,通過(guò)轉(zhuǎn)移法,實(shí)現(xiàn)了空心球SiO_2/PI復(fù)合薄膜的制備,有效地提升了PI的光學(xué)、力學(xué)以及抗原子氧特性:在400-1600 nm光波長(zhǎng)范圍的平均透過(guò)率從原始PI的90.80%提升至92.43%;楊氏模量和硬度從3.1 GPa和0.26 GPa分別提升至7.1 GPa和0.51 GPa;經(jīng)過(guò)6.05×10~(20)atoms/cm~2的原子氧刻蝕試驗(yàn)后,復(fù)合薄膜質(zhì)量損失僅為35μg/cm~2,相比于原始PI的質(zhì)量損失1129μg/cm~2低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。三、通過(guò)對(duì)雙硅源前驅(qū)體溶膠體系中化學(xué)修飾和雜化反應(yīng)過(guò)程的研究和調(diào)控,成功制備了具有高溫穩(wěn)定性的防潮耐刮擦空心球SiO_2減反射膜。經(jīng)400°C退火1小時(shí)的減反射膜,在400-1100 nm波長(zhǎng)平均透過(guò)率達(dá)到97.21%,相比空白玻璃提升5.96%,水接觸保持在105°;1000次往返洗刷對(duì)其透過(guò)率無(wú)影響,120小時(shí)高加速溫濕壓測(cè)試(約相當(dāng)于傳統(tǒng)5000小時(shí)雙85溫濕測(cè)試)平均透過(guò)率的相對(duì)衰減僅為0.6%,為目前所報(bào)道的最佳值。四、設(shè)計(jì)進(jìn)行兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn),一組為空心與實(shí)心SiO_2減反射膜,另一組為親水與氟基和甲基修飾的兩種疏水空心SiO_2減反射膜,系統(tǒng)研究了孔隙結(jié)構(gòu)、表面粗糙度以及表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)減反射膜自清潔、防塵特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:(1)具有空心封閉孔隙以及粗糙表面的相比于實(shí)心開(kāi)放孔隙表面平整的減反射膜具有更好的防塵特性;(2)親水減反射膜在寧波的氣候條件下顯示出自清潔特性,而兩種疏水減反射膜未表現(xiàn)出該特性;(3)氟基修飾的減反射膜表面存在-0.11至-0.15 kV的靜電勢(shì),致其容易通過(guò)靜電作用吸附環(huán)境中的粉塵。經(jīng)室內(nèi)粉塵試驗(yàn),其平均透過(guò)率衰減量為2.32%,明顯高于空白玻璃的1.72%,因而不具備防塵特性;而甲基修飾的減反射膜表面無(wú)靜電勢(shì),室內(nèi)粉塵試驗(yàn)顯示其平均透過(guò)率衰減僅為0.25%,比親水減反射膜0.5%的衰減量更低。上述研究成果均未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。所取得的研究成果,為空間太陽(yáng)電池陣列中所用的柔性透明PI提供了一種提高光學(xué)透過(guò)率和抗原子氧特性的新方法,為減反射膜在地面光伏組件應(yīng)用中與復(fù)雜環(huán)境因素相互作用的研究提供了實(shí)驗(yàn)支撐和解決方案。
【圖文】：

如圖 1.1 a 中，R1和 R2是兩束反射光，當(dāng)滿足干涉相消的條件時(shí)，兩束光疊加，反射消除。要發(fā)生干涉相消，單層減反射膜的折射率（nc）厚度（d）需要滿足以下兩個(gè)條件：(1) = √ 0 s，其中 n0為空氣的折射率，ns為基底的折射率；(2) d=λ/4nc，其中 λ 為入射光波長(zhǎng)。對(duì)于多層減反射膜的數(shù)學(xué)模型，與單層有一些區(qū)別。如圖 1.1 b 所示，，在 ij層相鄰界面處產(chǎn)生的反射光為[40]: ij= mnexp[ 2( j)] ， 其 中 | = [( j) ( j)], =2π cos ( 為反射角， 為膜層的物理厚度)，對(duì)于整個(gè)薄膜，總反射為 = 01 12 23 34 通過(guò)調(diào)節(jié)每一層的厚度及折射率，即能獲得最小的總反射， ，這時(shí)多層減反射膜也確定了。

得到了在可見(jiàn)光區(qū)域反射僅為 0.1%的氮化鋁表面。并且該工作在實(shí)驗(yàn)上證明了這種多層漸變折射率減反射膜具有寬光譜，574-1010 nm 范圍的反射率均低于 0.5%，以及廣角減反特性，0-55°入射角范圍內(nèi)的 TE 以及 TM 兩種極化波的反射率均在 0.3%以下[45]。此外，Liu 等人[46]通過(guò)兩步法對(duì)光伏玻璃表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，形成了孔隙率及化學(xué)組成沿化學(xué)刻蝕方向變化，從而在玻璃表面形成了漸變折射率多孔結(jié)構(gòu)，其在接近空氣界面處的折射率約為 1.07，所制備的薄膜 SEM 截面形貌如圖 1.2 b 所示；這種漸變折射率多孔表面表現(xiàn)出寬光譜減反特性，經(jīng)過(guò)雙面刻蝕的玻璃，其在 400-1150nm 波長(zhǎng)范圍的太陽(yáng)光譜加權(quán)平均透過(guò)率高達(dá) 99.4%，比未刻蝕玻璃高出約 7.8%，基本接近光學(xué)減反~8%的極限，此外這種漸變折射率表面的減反特性也具有很好的廣角減反特性，其在入射角為40°時(shí)，透過(guò)率仍高達(dá) 99%，當(dāng)入射角達(dá)到 70°時(shí)，透過(guò)率為 95.4%，明顯高于未刻蝕玻璃的 73.1%。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.2;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐娟;劉永生;雷偉;杜文龍;司曉東;郭保智;高nI;林佳;;多功能太陽(yáng)電池減反膜研究進(jìn)展[J];硅酸鹽通報(bào);2015年02期

2 柳青;杜彥飛;張學(xué)建;;新型太陽(yáng)能電池封裝材料的研究進(jìn)展[J];信息記錄材料;2012年05期

3 王響;沈輝;舒碧芬;孫建偉;;太陽(yáng)電池封裝技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J];新材料產(chǎn)業(yè);2008年05期

本文編號(hào)：2588358