本文關(guān)鍵詞：梯度折射率減反射光伏玻璃的研究　出處：《中國海洋大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：當(dāng)前，在解決全球能源危機(jī)與實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的雙重難題下，清潔、環(huán)保、高效的新能源的利用面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)。太陽能作為一種取之不盡的清潔能源受到各國重視。利用太陽能最直接有效的方式是光伏轉(zhuǎn)換，即將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。在每個(gè)太陽電池器件中，光伏玻璃作為一種具有高透光率的玻璃基體對提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率具有重要作用。傳統(tǒng)的光伏玻璃表面至少會有8%的入射光被反射而無法利用(70度角入射時(shí)，反射率增至27%)。因此設(shè)計(jì)出具有減反射功能的光伏玻璃以避免這部分反射造成的入射能量損失，是很有意義的。目前的減反射技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，磁控濺射法特點(diǎn)是精確可控，但是成本很高，工藝上也限制了鍍制多層的寬帶減反射膜，雖然從科學(xué)研究的角度沒有問題，但是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)是不可行的；溶膠-凝膠法的優(yōu)勢是能夠相對簡單的實(shí)現(xiàn)大面積玻璃鍍膜，但是其膜層的折射率較為均勻，不能得到寬帶減反射的效果。通過對光學(xué)減反射理論、方法、玻璃減反射技術(shù)的調(diào)研分析，研究發(fā)現(xiàn)梯度折射率薄膜可以實(shí)現(xiàn)寬波段、大角度減反射等優(yōu)良的特性，而腐蝕法是可以實(shí)現(xiàn)這種特性并且可以產(chǎn)業(yè)化的光伏玻璃減反射技術(shù)。 本文采用分層等效的方法，用一個(gè)由均質(zhì)膜構(gòu)成的多層膜堆等效梯度折射率減反射膜層，構(gòu)造了多種折射率分布的梯度折射率減反射薄膜，使之能用現(xiàn)有的光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件對其進(jìn)行理論計(jì)算模擬研究。論文設(shè)計(jì)了不同的折射率曲線、層數(shù)、膜厚等參數(shù)，并將計(jì)算分為兩個(gè)階段：首先針對可見光波段，以110-880nm厚度、三種層數(shù)、五種類型折射率分布曲線為參數(shù)構(gòu)建減反射薄膜進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明：在此計(jì)算相應(yīng)參數(shù)條件下，200nm以上膜層厚度可以達(dá)到寬帶減反射的效果；第二階段，將研究擴(kuò)展到整個(gè)太陽光譜，根據(jù)腐蝕法的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)和第一部分的結(jié)論，重新修訂了300nm內(nèi)的六個(gè)厚度、100-300范圍內(nèi)的五種層數(shù)、四種減反射曲線等參數(shù)。結(jié)果表明：在300nm厚度內(nèi)100層以上層數(shù)變化的影響變得很小。在可見光波段和太陽光波段，余弦函數(shù)和直線函數(shù)分別具有最高的透過率分布，通過進(jìn)一步計(jì)算可見光透射比和太陽光直接透射比這兩個(gè)評價(jià)光伏效能的國標(biāo)參數(shù)，余弦函數(shù)結(jié)果要好于直線或其它函數(shù)。 另外，根據(jù)德魯?shù)�、洛侖�?洛倫茨、麥克勞德三種理論對折射率和密度的關(guān)系推導(dǎo)，得出了物質(zhì)密度和折射率的對應(yīng)關(guān)系，據(jù)此，提出通過腐蝕法控制玻璃材料表面層的密度使之逐漸變化得到折射率逐漸變化的梯度折射率薄膜，模擬了該梯度減反射薄膜的減反射特性，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。 本文采用新的二次腐蝕梯度折射率薄膜制備方法，分兩步對玻璃表層附近材料進(jìn)行選擇性脫除，第一步使用低濃度的酸液脫除表層的鈣、鈉等金屬離子；第二步使用濃度較大的HF等酸液進(jìn)一步脫除內(nèi)層的金屬離子，并且對光伏玻璃基體表層進(jìn)行了由外而內(nèi)的稀疏化處理，得到了一層厚度為200-300nm、具有漸變密度的多孔SiO2微結(jié)構(gòu)層。這種微結(jié)構(gòu)層的折射率呈梯度分布，，并且具有優(yōu)秀的減反射特性。在紫外到近紅外1200nm的波長帶寬內(nèi)，透過率都在96%以上；在350-1084nm的雙面總反射率小于1%(即單面反射率0.5%)，其中624-922nm的雙面反射率低于0.2%(單面反射率0.1%)；并且390-1000nm波長帶寬范圍的平均透過率達(dá)到了99.22%。 本文測試了該光伏玻璃透過率隨入射角度的變化，測試結(jié)果表明：梯度折射率減反射光伏玻璃在入射角為70°時(shí)的透過率達(dá)到了95.43%，比未做減反射的光伏玻璃透過率高出了約23%。本文對幾種不同折射率梯度輪廓膜層的減反射光譜進(jìn)行了模擬，并與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)余弦函數(shù)分布的折射率與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。 通過對壓花玻璃技術(shù)、溶膠-凝膠技術(shù)和腐蝕法技術(shù)三者的分析得知，壓花玻璃與溶膠-凝膠技術(shù)的結(jié)合會填隙花紋從而削弱減反射效果，而腐蝕法制備技術(shù)不破壞壓花玻璃表面微結(jié)構(gòu)的減反射效果。本文在壓花玻璃表面進(jìn)行二次腐蝕法減反射的處理，得到了非常理想的減反射效果，在350至1100nm波長范圍的透過率幾乎達(dá)到了100%，是目前所有該類研究中最好的結(jié)果。膜層硬度測試表明，光伏玻璃減反射膜層的鉛筆硬度達(dá)到2H以上，滿足減反射光伏玻璃應(yīng)用的基本要求。
[Abstract]:In every solar cell device , photovoltaic glass is used as a kind of glass matrix with high light transmittance to improve the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic cell . Therefore , it is very important to design photovoltaic glass with antireflection function to avoid the loss of incident energy caused by this reflection . In this paper , a multilayer film stack equivalent gradient refractive index antireflection film composed of a homogeneous film is adopted in this paper , and a plurality of parameters such as refractive index profile , number of layers , film thickness and the like are calculated by using a multilayer film stack equivalent gradient refractive index antireflection film composed of a homogeneous film . In addition , according to the relationship between the refractive index and the density of the three theories of Drude , Lorentz - Lorentz and McLauder , the corresponding relation between the material density and the refractive index is obtained . According to this , the gradient index thin film with the gradual change of the refractive index is obtained by controlling the density of the surface layer of the glass material by the etching method , the antireflection characteristic of the gradient antireflection film is simulated , and compared with the experimental results . In the first step , the metal ions of the inner layer are removed by using a low concentration of acid liquid , and a porous SiO2 microstructure layer with a thickness of 200 - 300 nm and a graded density is obtained . The surface layer of the photovoltaic glass substrate has a gradient distribution and has excellent antireflection characteristic . In this paper , the transmittance of the photovoltaic glass with the incident angle is tested . The results show that the transmittance of the gradient index antireflection photovoltaic glass is 95.43 % when the incident angle is 70 擄 , which is about 23 % higher than that of the non - reflecting photovoltaic glass . In this paper , the reflection spectra of several different refractive index gradient profile films are simulated and compared with the experimental results . Based on the analysis of the technology , sol - gel technique and corrosion method , it is known that the combination of the embossing glass and the sol - gel technology can fill the gap pattern to weaken the reflection effect . The reflection reduction effect is not destroyed by the etching method . The best results are obtained in all these studies . The hardness test of the film layer shows that the pencil hardness of the anti - reflection film layer of the photovoltaic glass reaches more than 2H , which meets the basic requirements of the application of the antireflection photovoltaic glass .

【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：1405794