基于模板法制备太阳能电池减反射膜的性能研究

【摘要】：照射在太阳电池表面的光不能充分被吸收,而是很大一部分被反射掉,为了最大限度地减少表面反射造成的损失,在表面蒸镀减反射膜和表面制作陷光结构可以有效的减少入射光损失。随着纳米技术的蓬勃发展,将纳米技术运用到太阳能电池的设计中成为一个新的趋势。带有纳米阵列结构的减反射膜材料具有较高的透射率、较低的折射率等优点而得到广大科技工作者的青睐。考虑到用于封装太阳能电池的盖板过于沉重,表面易受到污染难清洁而导致太阳能电池效率下降,本文以聚酰亚胺材料为基底材料,以所制作的阳极氧化铝多孔结构为模板,采用纳米压印技术,制备出具有亚波长纳米杆阵列的陷光结构薄膜,并在其背面溅射Ti O2纳米薄膜,形成带有自清洁功能的聚酰亚胺减反射膜以替代厚重的玻璃盖板。基于严格耦合波理论、等效介质理论以及所采用的阳极氧化铝模板形成机理,利用tracepro光学仿真软件模拟设计纳米阵列结构尺寸参数对整个减反射系统的光通量的影响,确定纳米光栅结构高度理论上最佳值72nm,占空比为0.5,周期在300nm及440nm处可以获得较为理想的增强效果,其中440nm纳米光栅周期对入射光吸收的影响效果最好。利用二次阳极氧化法制备氧化铝多孔纳米阵列,在聚酰亚胺薄膜表面,280℃,800kg压力,10min条件下,采用热压印技术制备带有纳米阵列光栅结构的聚酰亚胺薄膜。利用射频磁控溅射工艺,在其背面制备一层Ti O2薄膜,经过200℃、2h等温退火工艺,令整个膜系表面的接触角约为44°,从而利用Ti O2薄膜的光催化作用,使减反射膜具备自清洁的功能。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜对所制备的减反射膜进行表面形貌分析,同时使用分光光度计、椭偏仪进行减反射膜的透光率及折射率测试。测试结果表明,在大气条件下,UV-VIS透射光谱从440nm到1000nm区域,具有纳米阵列结构的PI薄膜较原始PI膜的透过率提高2%~5%。进行太阳电池的封装测试,使太阳电池的填充因子提高了2%,电池整体性能优异。 【关键词】：阳极氧化铝 纳米阵列 减反射膜 聚酰亚胺
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.3 减反射膜简介13-19
• 1.3.1 减反射膜分类13-15
• 1.3.2 减反射膜制备工艺15-16
• 1.3.3 应用在太阳能电池的封装的减反射膜16-18
• 1.3.4 减反射膜面临的问题18-19
• 1.4 本课题研究目的与内容19-20
• 第2章 太阳能电池表面减反射膜基本理论20-26
• 2.1 严格耦合波理论20-23
• 2.2 等效介质理论23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 减反射膜的制备26-48
• 3.1 阳极氧化铝模板26-31
• 3.1.1 阳极氧化铝模板的形成机制26-27
• 3.1.2 阳极氧化铝模板的理论模型27-31
• 3.2 基于氧化铝纳米阵列的减反射结构设计与仿真31-35
• 3.2.1 理论分析32-33
• 3.2.2 仿真模型的建立33
• 3.2.3 结果与分析33-35
• 3.2.4 仿真小结35
• 3.3 阳极氧化铝模板的制备35-44
• 3.3.1 实验过程36-39
• 3.3.2 实验结果39-42
• 3.3.3 试验讨论42-44
• 3.3.4 阳极氧化铝工艺改进分析44
• 3.4 热压印44-46
• 3.5 溅射二氧化钛薄膜46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 纳米阵列减反射膜的性能测试与分析48-58
• 4.1 实验可行性验证48-49
• 4.2 不同高度纳米阵列模板对透射率的影响49-50
• 4.3 不同孔径大小的纳米阵列模板对透射率的影响50-51
• 4.4 减反射膜折射率测试分析51-52
• 4.5 减反射膜接触角分析52-53
• 4.6 减反射膜耐受性分析53-55
• 4.6.1 低温下减反射膜的工作性能分析53-54
• 4.6.2 高温下减反射膜的工作性能分析54
• 4.6.3 长时间工作的减反射膜工作性能分析54-55
• 4.7 减反射膜性能分析55-57
• 4.8 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

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