光伏玻璃增透膜的制备及其性能

【摘要】：光伏玻璃增透膜的设计是提高太阳能电池光电转换效率的关键因素之一，但高透过射率薄膜存在的表面硬度低、附着力小、耐候性差等缺点，使其在工业生产中的应用受到限制。本实验采用溶胶凝胶法制备纳米减反射镀膜溶胶，以提拉方式在K9光学玻璃表面镀膜，经不同工艺后获得表面硬度高、耐划伤能力好、耐候性好、具有多孔结构的纳米二氧化硅膜层。 应用紫外－可见－近红外分光光度计、铅笔硬度划痕试验机、漆膜划格仪等测试手段研究了不同制备工艺对薄膜透射性能、力学性能的影响规律。研究表明，不同催化条件下的溶胶，其陈化时间对薄膜的增透效果影响程度不同，制备的薄膜透射性能和力学性能也有很大区别。碱催化法所得薄膜的透射率高但附着力极差，酸催化法所得薄膜的力学性能好但透射率低，模板剂－酸催化法所得薄膜则兼具了碱催化薄膜的高透过率和酸催化薄膜的良好力学性能。 通过正交实验确定了模板剂－酸催化溶胶的配方设计，并在此基础上，研究了模板剂CTAB的用量和煅烧时间对薄膜性能的影响，讨论了CTAB-SiO_2溶胶的稳定机理，得出了合理的配比：n(TEOS): n(H_2O): n(EtOH): n(HCl): n(CTAB)=1:12:23:0.004:0.2，采用煅烧时间4小时，该方案所得薄膜的最高透射率达到99.8%，较玻璃基片提高了7.2%，铅笔硬度和附着力分别为5H、5B。 为了满足玻璃与薄膜生产一体化要求，本课题尝试对模板剂－酸催化采用低温煅烧、高温钢化的工艺。TG-DTA曲线、Raman光谱测试表明，180℃下预热处理、720℃高温钢化能够有效地脱除薄膜中的吸附水、酒精和模板剂CTAB，大大缩短了模板剂的脱除时间。分光光度计测试显示，SiO_2薄膜的透射率随着钢化时间的延长而降低。钢化1分钟的薄膜最高透射率达97.7%，较玻璃基片提高了6.0%，薄膜的铅笔硬度和附着力分别为3H、5B。 为了提高薄膜的耐候性，实验利用表面活性剂HMDS对SiO_2薄膜进行后期改性，借助表面接触角测试仪、分光光度计和PCT实验等测试，分析了HMDS对薄膜疏水性、透射性及耐候性的影响。测试结果表明，HMDS改性处理后薄膜的疏水性和耐候性有所提高，但透射率有一定程度的衰减。经实验得到适宜的HMDS改性处理方案：浸泡时间30分钟、热处理温度160℃、热处理时间3分钟。该方案所得薄膜平均透射率虽然从改性前的97.1%下降到96%，但PCT实验后的平均透射率衰减从改性前的3.4%下降到0.7%。 【关键词】：溶胶-凝胶法 SiO_2增透膜 CTAB 钢化 HMDS改性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 前言13-16
• 1.1.1 光伏产业的发展及趋势13
• 1.1.2 太阳能电池13-15
• 1.1.3 光伏玻璃15-16
• 1.2 光伏玻璃增透膜16-18
• 1.2.1 增透膜的应用16
• 1.2.2 增透膜的原理16-18
• 1.3 溶胶－凝胶法18-20
• 1.3.1 溶胶凝胶法原理18-19
• 1.3.2 溶胶凝胶法制备增透膜的影响参数19-20
• 1.4 课题的提出20-25
• 1.4.1 研究现状20-23
• 1.4.2 研究内容23-25
• 第二章 实验原料、仪器设备和测试方法表征25-29
• 2.1 原料的选择25
• 2.2 实验原料及仪器25-26
• 2.2.1 实验所用化学试剂25
• 2.2.2 实验所用基板材料25-26
• 2.2.3 仪器设备26
• 2.3 样品的测试与表征26-29
• 2.3.1 紫外－可见－近红外分光光度计26
• 2.3.2 声波粒度仪26
• 2.3.3 热重－差热分析仪 (TG-DTA)26-27
• 2.3.4 椭圆偏振光谱仪27
• 2.3.5 显微激光拉曼光谱仪 (Raman)27
• 2.3.6 表面接触角测试仪27
• 2.3.7 原子力显微镜 (AFM)27
• 2.3.8 扫描电子显微镜 (SEM)27
• 2.3.9 便携式铅笔硬度划痕试验机27
• 2.3.10 漆膜划格仪27-28
• 2.3.11 PCT 高压高湿测试仪28-29
• 第三章 溶胶－凝胶法制备 SiO2增透膜29-39
• 3.1 前言29
• 3.2 实验过程29-32
• 3.2.1 溶胶的制备29-31
• 3.2.2 薄膜的制备31-32
• 3.2.3 性能测试32
• 3.3 实验结果与讨论32-37
• 3.3.1 透射率分析32-34
• 3.3.2 AFM 分析34-37
• 3.3.3 硬度与附着力分析37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 CTAB-SiO2增透膜的制备39-48
• 4.1 前言39-41
• 4.2 实验过程41
• 4.2.1 溶胶的配制41
• 4.2.2 薄膜的制备41
• 4.2.3 性能测试41
• 4.3 实验结果与讨论41-47
• 4.3.1 正交实验与分析41-43
• 4.3.2 模板剂 CTAB 的影响43-46
• 4.3.3 煅烧时间的影响46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 钢化对 CTAB-SiO2增透膜的影响48-56
• 5.1 前言48
• 5.2 实验部分48-49
• 5.2.1 溶胶的配制48-49
• 5.2.2 薄膜的制备及钢化49
• 5.2.3 性能测试49
• 5.3 实验结果49-55
• 5.3.1 TG-DTA 分析49-51
• 5.3.2 Raman 分析51-52
• 5.3.3 分光光度计分析52-53
• 5.3.4 力学性能测试53
• 5.3.5 溶胶粒径分析53-54
• 5.3.6 形貌分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 HMDS 对 CTAB-SiO2增透膜改性56-63
• 6.1 前言56
• 6.2 实验过程56-57
• 6.2.1 溶胶的配制56
• 6.2.2 薄膜的制备56
• 6.2.3 薄膜的表面改性56-57
• 6.2.4 性能测试57
• 6.3 实验结果57-62
• 6.3.1 HMDS 对薄膜接触角的影响57-60
• 6.3.2 HMDS 对薄膜透射率的影响60-61
• 6.3.3 HMDS 对薄膜耐候性的影响61-62
• 6.4 本章小结62-63
• 第七章 结论63-65
• 7.1 工作总结63-64
• 7.2 工作建议64-65
• 参考文献65-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72-73
• 致谢73-74
• 附件74

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