毕业设计(论文)文献综述讲解
8页1、重庆理工大学毕业论文 文献综述重 庆 理 工 大 学文 献 综 述二级学院 光电信息学院 班 级 112160101 学生姓名 陈珊珊 学 号 11216010101 太阳能电池表面减反膜的研究陈珊珊 摘要在太阳能电池表面形成一层减反射薄膜是提高太阳能电池的光电转换效率比较可行且降低成本的方法。减反膜能减少太阳电池表面反射,提高电池效率,因此近年来得到了极大的关注。本文结合国内外对太阳能减反膜的研究现状,概括了减反膜的基本原理,叙述了几种目前常用的减反膜的制备方法及其工艺特点,针对目前的研究状况展望太阳能电池减反膜的发展前景。关键词:减反膜 原理 制备方法及工艺 发展前景1. 引言随着世界传统能源供应短缺的危机 日益严重,太阳能作为“取之不尽、用之不竭”的清洁、可再生能源愈发得到重视,太阳能的开发与利用具有巨大的发展空间和潜力。太阳能电池就是利用太阳能的光电转化效应将太阳能转化为电能,影响电池效率的一个重要因素是电池对入射光的利用率。根据菲涅尔反射原理,在电池表面制备减反射膜,可以减小入射光反射,增加光子有效吸收1。如果能够提高太阳能电池及其组件的光利用率,则可以提高太阳能电池组件的发
2、电量,而太阳能电池减反膜能有效地减少光的反射,对提高太阳能电池光电转换效率具有重要意义2。减反射膜必须具备较强的耐磨性,才能在长期使用过程中,保持较高的光透过率,获得理想的光电转换效果。目前的研究和应用主要集中在太阳能电池硅表面制备减反膜,降低对光的反射,以及在太阳能电池组件的超白玻璃上镀减反膜,增加太阳光的透过率,从而提高转化效率。2.太阳电池减反膜的原理及设计策略减反膜设计的理论基础就是薄膜的干涉3,4。如图1a所示,对于理想均匀单层减反膜的n1必须满足以下两条件: (1)n1=(n0ns)1/2,n0和ns分别是空气和基底的折射率。(2)n1d =/4,d是薄膜厚度,是入射光波长。对于多层薄膜,它的数学模型有很大差异,如图1b所示。对于玻璃基底(ns= 15) ,减反膜材料的n1理论值等于122。然而具有如此低折射率的天然材料极少,且获得成本很高。因此,很多研究都从以下两个方面入手: 一是通过制备方法改进获得多孔结构薄膜,多孔薄膜的孔隙率和薄膜折射率的关系为5: nP2= (n21)(1P/100)+1,式中nP和n分别是薄膜和块体材料折射率,P是孔隙率。要获得理想折射率,必须控
3、制好孔隙率大小。ACSS 的渗入使孔隙率得到调节,使折射率调节至理想值1.23,从而达到理想减反射效果5。通过对旋涂过程参数控制获得的P =27,薄膜折射率降低至 1.352,峰值透过率提高到95%6。二是利用多层薄膜原理,采用叠层技术(LBL)制备异质多层膜或同质多层膜。采用 LBL在玻璃基底上制备出具有宽波长减反射性和超双疏性薄膜,由三个不同结构( SiO2纳米颗粒、空心纳米微球和纳米片) 组成,在波长为530nm时透过率最大能达到96.1%7。采用水热法得到 TiO2纳米棒结构薄膜,在乙二醇热处理的玻璃基底上覆盖的垂直导向的TiO2纳米棒具有最好的减反性和亲水性,如图2所示,这开拓了一种制备自清洁减反射薄膜的新方法8。 图1 减反膜原理图(a)单层膜(b)双层膜 图 2三种前驱体溶液下生长的 TiO2纳 米棒阵列的微观 形态及薄膜水接触角3.太阳电池减反膜的制备工艺近两个世纪以来,研究人员一直致力于寻找新的方法来增强光透性,消除不必要的反射。同时,高效制造具有耐久性自清洁减反膜的技术在太阳能电池板和玻璃领域的研究得到了越来越多关注。到目前为止,人们主要是在设备表面和基片上制备薄膜
4、,相应的制备顺序可分为“自下而上”和“自上而下”模式18。“下-上”模式通常是用纳米粒子作为基础材料,通过溶胶凝胶法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等方法来合成减反膜。“上-下”模式就是在已制备好的薄膜上采用一些带或不带遮罩的刻蚀技术获得不平整结构等。3.1:溶胶-凝胶法( Sol-gel)溶胶凝胶法是制备纳米结构材料的特殊工艺,具有许多独特的优点,例如化学均匀性好、纯度高、合成温度低等,而且溶胶凝胶还具有流变特性,可控制孔隙度,可以制备大尺寸及在各种形状不规则的基底上镀膜,因而具有很高的经济价值。特别是Sol-gel制得的SiO2减反膜结构可控、折射率可调、材料易于获取而被广泛应用。近年来很多研究将 Sol-gel 与其他方法结合对该法进行了很多改进。对 TiO2溶胶进行SiO2复合改性,得到了粒径变小粗糙度大的复合薄膜,最终水接触角低至0,比起未经 SiO2复合的薄膜,复合薄膜展现了更优的自清洁性能19。制备了一种中空结构的 SiO2纳米复合材料薄膜,透过率接近于理论值 97.72%,薄膜具有超亲水性和防雾性,可用于实际生产中,特别是用于极端气候及潮湿环境下的户外能量收集器和光学仪
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