氮化铝掺铁薄膜的制备及彩色太阳能选择性吸收薄膜的设计

【摘要】：随着石油、煤和天然气等不可再生资源的消耗,太阳能的开发和应用越来越引起人们的关注,而太阳能的光热应用是一个重要应用方向,高效率的彩色的太阳能选择性吸收薄膜具有光热转换效率高、红外热发射低,以及与现代化建筑外观相匹配等优点,也已成为当前的研究热点之一。因此,针对太阳能吸收膜的制备和设计,在本论文中,研究基片温度对氧化铋薄膜光学性质的影响,利用反应磁控溅射制备氮化铝掺铁薄膜,设计三层结构的彩色太阳能选择性吸收薄膜。主要内容有： 首先,研究基片温度对在玻璃基片上直流磁控溅射沉积氧化铋薄膜光学性能的影响。结果发现：随着基片温度的增加,样品中Bi203的(120)衍射峰强度增强,表面颗粒直径逐渐减小；基片温度为250℃和300℃样品出现了Bi202.75的(006)衍射峰。随基片温度的升高,折射率减小,消光系数在10-2-10-1数量级,光学带隙在3.51-3.04eV之间。 其次,研究不同氮气分压对直流磁控溅射在n型Si(100)和石英基片上沉积的氮化铝掺铁薄膜性质的影响。靶材是铝粉和铁粉按10：1的重量比混合压制而成。实验结果发现,不同氮气流速制备薄膜的结晶特性和表面形貌有很大的差别。流速小时,薄膜是非晶的；随着流速的升高,薄膜会出现AlN(100)、Fe3N(202)、AlN(103)和AIN(110)的衍射峰。随着氮气流速的增加,薄膜变得越来越透明,光学带隙增加。 最后,采用有效介质理论计算不同体积分数Fe掺杂A1N薄膜的光学常数。以玻璃基片上有200nm厚的Cu膜为基底,设计三层结构的彩色的太阳能选择性吸收薄膜,第一层、中间层和减反层薄膜中Fe的含量逐层递减。分析各膜层的厚度及中间层中Fe的含量对选择性吸收薄膜反射率的影响。设计的吸收薄膜的颜色有橙黄色、绿色、粉红偏紫色、紫色和粉红色,各彩色吸收薄膜的吸收率在0.90与0.96之间,发射率均小于0.1。对绿色吸收薄膜做进一步分析,发现随着光线入射角度从0度增加到50度,薄膜的颜色从绿色变为蓝色。 【关键词】：薄膜 太阳能 选择性吸收 结构 氮化铝 光学常数
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O484.41
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-7
• 目录7-9
• 绪论9-19
• 第一节 引言9
• 第二节 各种涂层9-11
• 第三节 AlN减反膜基本性质11
• 第四节 AlN薄膜的制备方法11-13
• 4.1 磁控溅射法11-12
• 4.2 脉冲激光沉积法12
• 4.3 分子束外延沉积12
• 4.4 化学气相沉积法12-13
• 第五节 太阳光谱选择性吸收膜系13-16
• 5.1 热辐射13-15
• 5.2 光学定律和吸收原理15
• 5.3 模型建立和光学常数的确定15-16
• 5.4 膜系的制备16
• 第六节 彩色太阳能吸收薄膜及应用16
• 第七节 本论文的研究内容16-19
• 第一章 基片温度对氧化铋薄膜光学性质的影响19-25
• 第一节 引言19
• 第二节 实验19-20
• 第三节 结果与讨论20-24
• 3.1 结构与表面形貌20-24
• 第四节 本章小结24-25
• 第二章 反应磁控溅射制备氮化铝掺铁薄膜的光学性质和结构25-31
• 第一节 引言25
• 第二节 实验25-26
• 第三节 结果与讨论26-30
• 3.1 X射线分析26-28
• 3.3 光学性质28-30
• 第四节 本章小结30-31
• 第三章 三层结构的彩色太阳能选择性吸收薄膜的设计与分析31-47
• 第一节 引言31
• 第二节 膜层光学常数31-34
• 第三节 理论设计与分析34-45
• 3.1. 改变各层厚度34-36
• 3.2. 改变中间层金属含量36-37
• 3.3. 单层到多层37-38
• 3.4. 彩色设计38-42
• 3.5 改变太阳光入射角度42-45
• 第四节 本章小结45-47
• 第四章 结论47-49
• 参考文献49-59
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果59-61
• 致谢61-63
• 个人简历63-64

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