太阳能电池用减反射转光薄膜的制备及应用

【摘要】：本论文采用了简单易操作的溶胶-凝胶法分别合成了两种不同结构的二氧化硅胶体：纳米颗粒SiO_2胶体和纳米SiO_2空心球胶体，并将这两种不同结构的胶体通过旋涂法在玻璃基底上制备了不同的减反射薄膜。采用溶胶-凝胶法制备了YVO_4:Yb~(3+)近红外发光薄膜与SiO_2/YVO_4:0.01Yb~(3+)多功能膜。应用X-射线衍射（XRD）、荧光光谱（PL）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）、透射电子扫描显微镜（TEM）、紫外-可见-近红外分光光度计（UV-Vis-NIR Spectrophotometer）等测试手段分别对材料的结构、形貌和性能进行表征，研究了不同制备条件对所得材料的结构、形貌以及光学性能的影响，得到了最佳制备工艺条件，并对相关合成机理和发光机理进行了解释和讨论。主要研究内容叙述如下： 1、通过简单的溶胶-凝胶方法制备了球状纳米二氧化硅胶体，通过简单的模板法和旋涂法制备了纳米多孔二氧化硅减反射薄膜。通过TEM与FESEM等测试手段，得到纳米多孔二氧化硅减反射薄膜为平整，光滑，均匀的薄膜，且薄膜里面布满无规则的孔隙。通过透过光谱发现，相对于玻璃基底，涂有减反射薄膜的玻璃透过率明显增加，最高增加率可达3.6%。分别讨论了二氧化硅粒径大小、膜厚、薄膜孔隙率等因素对减反射薄膜透过性能的影响，发现粒径为8纳米的二氧化硅所制薄膜透过性能更好；薄膜越厚，透过光谱向长波方向移动；薄膜的孔隙率增加，透过性能更好。根据以上结论，通过调节各项参数，可得到最佳的减反射效果。 2、通过简单的溶胶-凝胶方法和模板法制备了纳米二氧化硅空心球胶体，通过简单的旋涂法制备了纳米二氧化硅空心球减反射薄膜。通过TEM、FESEM与AFM等测试手段，得到粒径可控、壁厚可调的二氧化硅空心球；所制备的二氧化硅空心球减反射膜为连续，平整的薄膜。通过透过光谱发现，相对于玻璃基底，涂有减反射薄膜的玻璃透过率明显增加，最高增加率可达4.3%。分别讨论了二氧化硅空心球粒径、形貌、膜厚、孔隙率等因素对减反射薄膜透过性能的影响，发现粒径不均一的纳米空心球所制薄膜为宽带减反射，性能更好；薄膜越厚，透过光谱向长波方向移动；薄膜的孔隙率增加，透过性能更好。 3、通过简单的溶胶-凝胶方法和旋涂法制备了一种双层的多功能纳米多孔SiO_2/YVO_4:0.01Yb~(3+)薄膜。通过表面及断面FESEM、AFM、XRD等测试手段，得到光滑、平整、连续且厚度可调的双层薄膜，底部为YVO_4:0.01Yb~(3+)发光膜，顶部为纳米多孔SiO2减反射膜，它既有很好减反射性能，又能吸收紫外光发射近红外光。SiO_2/YVO_4:0.01Yb~(3+)双层膜涂敷的玻璃基底在500到800纳米宽带区透过率最大增加了约3.7%。在320nm紫外光的激发下，得到从950纳米到1100纳米（主峰在983纳米）的强的宽带Yb~(3+)离子发射，此发射可以归结于Yb~(3+)的~2F_(5/2)→~2F_(7/2)电子跃迁。这种简单直接的方法可以应用于其它转光材料的制备，从而开辟了一条应用于晶体硅太阳能电池增效的“光收集器”的新方法。 【关键词】：纳米多孔SiO_2 SiO_2空心球 减反射薄膜 YVO_4薄膜 近红外发光 硅太阳能电池
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-20
• 1.1 太阳能电池概况10-13
• 1.1.1 太阳能电池工作的基本原理10-11
• 1.1.2 太阳能电池的分类及应用11-13
• 1.1.3 太阳能电池增效概况13
• 1.2 减反射薄膜在太阳能电池增效的应用13-15
• 1.3 转光材料在太阳能电池增效的应用15-18
• 1.4 本文研究的内容和意义18-20
• 第二章 纳米多孔 SiO_2减反射膜的制备及其光学性能20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 主要原料和仪器21
• 2.2.2 主要仪器21-22
• 2.2.3 实验步骤22-23
• 2.2.4 结构与性能表征仪器23-24
• 2.3 结果与讨论24-30
• 2.3.1 二氧化硅胶体的制备及形貌与组成分析24-25
• 2.3.2 二氧化硅粒径大小对薄膜减反射性能的影响25-26
• 2.3.3 厚度对薄膜减反射性能的影响26-27
• 2.3.4 孔隙率对薄膜减反射性能的影响27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 SiO_2空心球减反射膜的制备及其光学性能31-41
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 主要原料和仪器32
• 3.2.2 主要仪器32-33
• 3.2.3 实验步骤33
• 3.2.4 结构与性能表征仪器33-34
• 3.3 结果与讨论34-39
• 3.3.1 形貌与组成分析34-36
• 3.3.2 二氧化硅粒径大小及形貌对薄膜减反射性能的影响36-38
• 3.3.3 厚度对薄膜减反射性能的影响38-39
• 3.3.4 孔隙率对薄膜减反射性能的影响39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 SiO_2/YVO_4:Yb~(3+)复合薄膜的制备及其性能研究41-51
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验部分42-45
• 4.2.1 主要原料和仪器42
• 4.2.2 主要仪器42-43
• 4.2.3 实验步骤43-44
• 4.2.4 结构与性能表征仪器44-45
• 4.3 结果与讨论45-50
• 4.3.1 形貌与组成分析45-47
• 4.3.2 薄膜厚度对 YVO_4:Yb~(3+)透过率的影响47-48
• 4.3.3 薄膜厚度对 SiO_2/YVO_4:Yb~(3+)膜透过率的影响48-49
• 4.3.4 SiO_2/YVO_4:Yb~(3+)膜荧光光谱分析49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 全文总结51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-61
• 硕士期间的主要研究成果61-62

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