光学微透镜阵列曲面的精密镜面磨削及其光伏特性研究

【摘要】：微透镜阵列结构和宏观曲面的组合可以综合微光学和宏观光学的光学特性。因此,设想在薄膜太阳能电池的光伏玻璃表面加工出微透镜结构曲面,探索新的光伏性能。但是,脆性玻璃的微加工困难,所以提出了一种将精密修整的金刚石砂轮微型尖端复制到光伏玻璃基板上的塑性域去除的微磨削方法。首先,对微透镜阵列曲面的可见光吸收率进行微光学分析,优化微结构尺寸;其次,对光伏玻璃基板的塑性域去除以及微磨削参数对表面粗糙度的影响进行了实验分析;然后,建立了微透镜阵列曲面的检测模型,评价微结构微观尺度误差和宏观曲面误差;最后,对微透镜阵列曲面的光伏特性进行应用研究。实验结果表明,微结构的精密磨削和塑性域镜面磨削工艺依赖于精密修整的砂轮微型尖端及其表面分布的微金刚石磨粒颗粒。在微磨削中,进给速度和零磨削次数分别是影响微透镜阵列曲面的镜面加工和精密加工的主要因素。微结构误差和曲面误差分别达到为6.7?m和10.3?m;其表面粗糙度达到27 nm。在薄膜太阳能电池的光伏玻璃基板的应用中,微透镜阵列曲面可以在散射光条件下提高实验室测试的光电转换效率3.4?10.6%,而且,一个惊人的发现是,在晴天和多云下可以分别提高发电量约260%和419%,另外,阴天的发电能力比晴天的更强,这是因为微透镜阵列曲面吸收周围散射光然后均匀分散到电池薄膜上。 【关键词】：微透镜阵列曲面 光伏玻璃基板 微磨削 精密镜面磨削 光伏特性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ171.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 太阳能电池光电转换效率的研究10-12
• 1.2.2 微透镜阵列加工技术的研究12-13
• 1.2.3 微透镜阵列光学特性研究现状13
• 1.3 课题来源及主要研究内容13-14
• 1.4 本章小节14-16
• 第二章 微透镜阵列曲面设计16-23
• 2.1 曲面方程几何设计16-17
• 2.2 微透镜阵列的光学设计17-19
• 2.3 微透镜阵列曲面宏观光学特点19-22
• 2.4 本章小节22-23
• 第三章 微透镜阵列曲面光伏玻璃基板精密磨削23-44
• 3.1 光伏玻璃加工理论23-26
• 3.1.1 光伏玻璃的特点23-24
• 3.1.2 光伏玻璃去除机理24-25
• 3.1.3 光伏玻璃的加工特点25-26
• 3.2 设备与工具选择26-28
• 3.3 微型尖端金刚石砂轮工具精密修整28-33
• 3.3.1 修整路径设计28-31
• 3.3.2 金刚石砂轮微型尖端轮廓精度31-33
• 3.4 微透镜阵列曲面加工33-36
• 3.4.1 微透镜阵列曲面加工路径33-35
• 3.4.2 微透镜阵列曲面加工35-36
• 3.5 微透镜阵列曲面形状精度36-42
• 3.5.1 微透镜阵列曲面理论模型36-37
• 3.5.2 微透镜阵列曲面的设计误差37-39
• 3.5.3 微透镜阵列曲面的曲面误差39-41
• 3.5.4 微透镜阵列曲面的微透镜阵列误差41-42
• 3.6 本章小节42-44
• 第四章 微透镜阵列曲面光伏玻璃基板镜面磨削44-54
• 4.1 砂轮微型尖端金刚石颗粒出刃条件分析44-47
• 4.2 加工工艺参数设计47-52
• 4.3 表面精度检测52-53
• 4.4 本章小节53-54
• 第五章 微透镜阵列曲面太阳能电池光学特性54-60
• 5.1 理论微透镜阵列曲面对可见光的光吸收率54-56
• 5.2 理论微透镜阵列曲面对红外光的光吸收率56-57
• 5.3 检测微透镜阵列曲面的光反射率57-59
• 5.4 本章小节59-60
• 第六章 微透镜阵列曲面太阳能电池光伏特性60-73
• 6.1 微透镜阵列曲面太阳能电池光伏特性检测方法60-62
• 6.2 微透镜阵列曲面太阳能电池光电转换效率62-67
• 6.2.1 光照强度对太阳能电池光电转换效率的影响62-63
• 6.2.2 光入射角对太阳能电池光电转换效率的影响63-64
• 6.2.3 微透镜阵列曲面对太阳能电池光电转换效率的影响64-66
• 6.2.4 微透镜阵列曲面对太阳能电池填充因子的影响66-67
• 6.3 微透镜阵列曲面太阳能电池发电能力67-72
• 6.4 本章小节72-73
• 结论与展望73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-81
• 致谢81-82
• 附件82

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