用于四结太阳电池的多对TiO_2/SiO_2减反膜系的研究

随着GaInP/GaInAs/GaInNAs/Ge四结太阳电池的快速发展,设计并镀制可与四结太阳电池更加匹配的光学减反膜系变得尤为重要。实验中通过TFCale软件理论模拟了3对TiO2/SiO2（6层）减反膜系,其中理论模拟膜系与实际镀制膜系反射率曲线重合性良好。实际制备并讨论了离子源功率、薄膜物理厚度等参数对减反膜系反射率的影响。发现得到优异反射率的关键在于对第二层SiO2薄膜物理厚度的控制,尤其是在400-1 000 nm波段内。实验中制备的3对TiO2/SiO2（6层）减反膜系在280-1 400 nm波段内其反射率均小于10%,特别是在影响四结太阳电池限流结的Ga In As/Ga In NAs两结波段（670-900 nm/900-1 100 nm）内,其反射率均在5%以下。

TiO_2/SiO_2双层减反膜在太阳电池上的应用

利用二氧化硅(SiO_2)对太阳电池表面的钝化作用,对传统的二氧化钛(TiO_2)单层减反膜进行了改良。基于理论模拟分析了光反射率随膜层(TiO_2/SiO_2)厚度变化规律,结合实验上SiO_2最佳厚度经验值,制备了晶体硅太阳电池(即TiO_2/SiO_2/Si),并和SiN_x/Si结构的晶体硅太阳电池相比较。分别测试了少子寿命、反射率、电性能参数等,结果表明这种改良后的TiO_2减反膜也可以取得很好的减反效果和钝化效果。镀有TiO_2/SiO_2双层膜与SiN_x减反膜绒面晶体硅片的积分反射率分别为4.9%和3.9%;使用以上两种不同减反膜制备的太阳电池的开路电压均可达到0.62V。可见这种TiO_2/SiO_2双层膜有望在将来的生产中得到具体应用。

干燥方式对SiO_2/TiO_2减反膜性能的影响

用溶胶-凝胶法在清洁的K9玻璃表面成功制备了均匀透明的纳米SiO2/TiO2复合减反射薄膜。分别采用远红外干燥、真空干燥、冷冻干燥、微波干燥等不同的干燥方式和不同干燥时间对同一薄膜进行热处理,系统地研究了不同干燥方式、温度、时间对薄膜的粗糙度、表面形貌及透射率的影响。结果表明,薄膜的最佳干燥条件为真空干燥箱160℃,干燥10h。

折射率可调SiO_2-TiO_2太阳能集热器减反膜设计的数值分析

针对折射率可调的无色透明TiO2涂层的最新研究进展,本文通过分析太阳能集热器真空管表面的由SiO2、折射率可调的TiO2组成的三层减反膜的反射损耗,得出了最优化的膜层组合。此SiO2-TiO2-TiO2三层减反膜结构在400～700nm的波段范围内,可见光的透过率可以达到99.5%以上。此结构减反膜以同种材质制备多层不同折射率薄膜,则各膜之间无膜间应力和工艺匹配的限制,为低成本地制备太阳能集热器真空管等的曲面多层减反膜提供了可能。

催化剂对制备SiO_2减反膜的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为有机硅源,乙醇为溶剂,NH3.H20和HCl为催化剂,采用溶胶-凝胶技术,通过调节催化剂控制SiO2纳米颗粒尺度,然后在玻璃上用旋涂法镀膜并对其进行热处理,制备低折射率SiO2减反膜.分别采用椭偏仪和扫描电镜对所制备减反膜的结构、物性进行研究,研究不同性质和剂量的催化剂对薄膜结构、折射率的影响.结果表明:通过控制适量的碱酸催化剂可以制备出低折射率多孔结构的SiO2太阳电池减反膜.

PVA对SiO_2减反膜表面结构的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为有机硅源,乙醇为溶剂,NH3.H2O为催化剂,采用溶胶-凝胶技术,加入PVA(聚乙烯醇)添加剂,在玻璃上用旋涂法制备减反膜,并对其进行热处理;分别采用椭偏仪和扫描电镜对所制备减反膜的结构、物性进行研究,研究PVA添加剂对减反膜结构、折射率的影响。结果表明:适量的PVA添加剂可以控制SiO2太阳电池减反膜的开裂。

高抗激光损伤阈值介孔SiO2减反射膜

用P123作模板剂,通过正硅酸乙酯的水解缩聚和溶剂蒸发自组装过程在K9玻璃上制备介孔SiO2膜。应用FT-IR,XRD,N2吸附-脱附,AFM和UV-Vis表征手段研究了薄膜的介孔结构和光学性能,并使用"R-on-1"模式,以Nd:YAG脉冲激光(9.2 ns,1 064 nm)测试了薄膜的激光损伤阈值。结果表明:所镀制单层介孔SiO2膜具有规整的2D p6 mm长周期结构,为SBA-15型,膜层表面比较平整(均方根粗糙度为2.923 nm),在1 064 nm处的透过率为99.5%,换算为激光脉宽为1 ns时,膜层的激光损伤阈值为21.6 J/cm2,显示出了较好的减反性能和抗激光损伤性能。

酸碱复合催化溶胶-凝胶法制备SiO_2减反膜及膜性能研究

采用酸催化法、碱催化法和酸碱复合催化法制备了SiO2溶胶,进而制得SiO2减反膜。表征了薄膜的表面形貌,测定了薄膜的透射率和硬度。结果表明,不同催化溶胶制得的膜层在表面形貌、减反效果和薄膜硬度等方面存在明显差异:酸催化得到的薄膜,孔隙率和透过率最低,但硬度和抗划伤性最好;碱催化得到的薄膜,孔隙率和透过率最高,但硬度和抗划伤性最差;酸碱复合催化得到的薄膜,孔隙率、透过率、硬度和抗划伤性能介于以上二者之间,性能与酸碱复合催化溶胶的制备工艺密切相关。

SiO_2空心球闭孔减反膜的制备及性能研究

目的在获得光伏/光热用SiO_2减反膜高透过率的同时,提高其抗划伤性能和耐候性。方法以聚丙烯酸(PAA,Mw^3000)为模板制备具有核壳结构的SiO_2,离心水洗去除PAA模板,形成SiO_2空心球,接着将空心球分散于无水乙醇中形成溶胶,然后将该溶胶与酸催化溶胶混合,形成复合溶胶,最后经浸渍提拉成膜、烧结后,在载玻片上制得SiO_2空心球闭孔减反膜。用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)分别表征了空心球的微观结构和减反膜的表面形貌,利用紫外-可见分光光度计测试了减反膜的透过率,采用铅笔硬度测试和耐湿热测试(HAST)试验,分别检测了减反膜的抗划伤性能和耐候性。结果 TEM测试结果显示,制备的SiO_2空心球结构完整,壁厚均匀。SEM图显示减反膜表面平坦。当SiO_2空心球溶胶与酸催化溶胶的用量比例为9∶1时,减反膜透过率的峰值为98.1%,抗划伤硬度为5 H,经HAST试验后,其透过率为初始值的98.1%。结论用离心水洗法去除PAA模板制备的空心球比烧结去除模板法的空心占比高,与酸催化溶胶混合后制得的SiO_2空心球减反膜空隙率高、折射率低,从而其透过率得到提高。同时,减反膜闭孔结构使其表面致密平整,比开孔结构减反膜具有更高的抗划伤性能和耐候性,在户外太阳能光伏/光热玻璃表面减反方面具有重要的应用价值。

改性剂对旋转法SiO2减反膜均匀性的影响

分析了采用旋转涂膜法制备溶胶-凝胶SiO2减反膜过程中条纹缺陷产生的机理,利用含氟醇类试剂对减反膜溶胶进行改性,使溶胶链段柔顺性及流动性得到改善。在光学显微镜下对改性前后的膜层进行了对比和分析,对膜层的表面形貌、表面粗糙度以及透射比等特性进行了表征。结果表明:溶胶改性之后的膜层未出现条纹缺陷,表面粗糙度均方根值从4.55 nm下降到小于1.00 nm,膜层表面质量有了较大提高;改性前后膜层的增透性能相当,在熔石英基片上制备的膜层峰值透射比为99.60%～99.89%,膜层激光损伤阈值为21.0～25.3 J/cm2。

PAA为模板纳米SiO_2空心球及减反膜制备综述

纳米SiO_2空心球及其减反膜由于其独特的结构特点和优良的性能受到越来越多的关注,应用越来越广泛,纳米SiO_2空心球减反膜具有减反效果好、耐划伤、抗粘污、耐候性能优良等优点,使其在光学和太阳能光伏和光热等领域具有巨大的应用前景。文章简述了以PAA(聚丙烯酸)为模板的纳米SiO_2空心球的制备方法,从催化剂NH_3·H_2O(氨水)、模板PAA和SiO_2前驱体TEOS(正硅酸四乙酯)等3个方面分析了纳米SiO_2空心球制备过程中的影响因素,阐明了模板核PAA的去除原理及去除方法;阐述了纳米SiO_2空心球减反膜的制备技术,总结了纳米SiO_2空心球减反膜溶胶的制备方法和减反膜的镀膜方法,分析了烧结对减反膜的作用;并对纳米SiO_2空心球减反膜制备过程中存在的问题及其改善方法进行了展望。

以PAA5000为模板的纳米SiO2空心球减反膜的制备与研究

以PAA5000为模板,采用离心水洗的方法制备出大小均匀、性能优良的纳米SiO2空心球,通过与酸催化溶胶混合的方式提高了其减反膜的抗划伤性能。通过透射电子显微镜(TEM)观察到纳米SiO2空心球呈单分散状态且具有明显的核壳结构,通过扫描电子显微镜(SEM)观察到纳米SiO2空心球减反膜表面平整且具有高的孔隙率,这使得纳米SiO2空心球减反膜同时具备高透过率和优良的抗划伤性能,在用于户外使用的太阳能光伏/光热领域具有广阔的应用前景。

TiO2薄膜基底上制作多碱光电阴极的探索研究

在TiO2薄膜基底上制作多碱光电阴极,发现多碱光电阴极制作工艺无法正常进行,多碱光电阴极的颜色为暗黑色,并且阴极灵敏度非常低,而正常的多碱光电阴极应为红褐色。其中TiO2薄膜基底利用原子层沉积(ALD)工艺制备在玻璃窗上,并且具有锐钛矿晶体结构。X射线衍射仪(XRD)分析发现,制作多碱阴极后的TiO2薄膜样品锐钛矿衍射峰基本消失,另外X射线光电子能谱(XPS)分析发现该TiO2薄膜样品不同深度均存在Na元素,由此表明是Na元素渗透到TiO2薄膜中,破坏了薄膜的晶体结构,并且导致多碱光电阴极灵敏度非常低。为此提出了一种在制作多碱光电阴极之前,在TiO2薄膜上利用ALD工艺制作一层Al2O3钝化膜的方法。经过实验验证,证实该方法可以有效避免Na元素渗透到TiO2薄膜,同时多碱光电阴极制作过程可正常进行,多碱光电阴极的颜色为红褐色,阴极灵敏度超过800μA/lm。这为将来深入研究采用TiO2薄膜作为多碱光电阴极的减反膜打下了基础。

多功能太阳电池减反膜研究进展

减反膜(ARCs)能减少太阳电池表面反射,提高电池效率,近年来得到了极大的关注。光伏器件常应用于户外环境,因此ARCs不仅要具有基本的减反射性能,还应具有自清洁性、耐磨损和耐久性等更多实际应用能力。本文概括了减反膜的基本原理,介绍了一些常用ARCs材料(SiO2、TiO2、SiNx等)和制备ARCs的方法,总结了目前的一些研究成果。最后,讨论了ARCs未来的发展趋势及挑战。

高功率激光宽光谱减反膜的溶胶-凝胶旋转法制备工艺

采用溶胶 凝胶法用旋转镀膜工艺在K9玻璃基片上制备出了SiO2和有机硅单层减反膜以及有机硅 SiO2双层减反膜。考察了旋转速度对SiO2和有机硅单层膜的中心透射波长、膜层折射率等基本光学性质的影响,实验确定了双层膜的涂敷工艺。透射光谱测量表明,采用本文工艺条件制备的有机硅 SiO2双层膜在430～800nm范围内透射率达99%以上。

含Si-O-P键的减反膜结构及性能影响因素研究

采用SiO2水溶胶(ACS)为硅源,H3PO4为桥联剂,H2O2为活化剂在玻璃表面成功制备了一种性能优异的新型减反膜。利用FTIR、XRD、FESEM、TEM、AFM对薄膜结构、形成机理及性能进行了研究,结果表明,在成胶过程中,H2O2的导入有效修复了SiO2胶粒的表面羟基,提高了SiO2的反应活性;而在焙烧过程中,H3PO4通过其自身脱水形成的偏磷酸链状体分别与SiO2胶粒及玻璃基底表面的Si-OH进行了脱羟基缩聚,构架了坚固的Si?O?P网络交联,最终形成了稳定的磷硅酸盐凝胶网络结构,提高了成膜质量。当n(H3PO4):n(H2O2):n(EtOH):n(SiO2)=0.49:0.52:30:1时,制备的SiO2减反膜在可见光区平均透光率高达98%,硬度可达6H。

多重分形谱研究溶胶-凝胶SiO_2疏水减反膜的激光预处理作用

采用溶胶-凝胶提拉技术制备了SiO2疏水减反膜.使用Nd:YAG激光(波长为1064nm,脉宽为7.5ns)采用“Ron1”方式对所得膜层进行了激光预处理.在预处理前后采用“1on1”方式考察了薄膜的激光损伤阈值的变化,使用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌的变化,并使用多重分形谱(MFS)方法分析了薄膜分形结构的变化.结果表明经过激光预处理后薄膜的抗激光损伤阈值有了明显提高,均方根表面粗糙度(Rq)稍有减小,膜面变平整,多重分形谱宽度收缩,分形区间的分布均匀性改善.这说明经过激光预处理后薄膜表面微结构趋向规整,使之能够承受更强的激光的辐照.同时也说明借助多重分形谱可以获得更多薄膜表面结构变化的信息,多重分形谱是探索强激光对光学薄膜辐照作用机理的一个十分有用的方法.

疏水性SiO_2基减反膜稳定性研究

在SiO2溶胶合成阶段进行化学改性,将六甲基二硅氮烷(HMDS)引入SiO2溶胶,制得稳定的胶体,胶体中SiO2纳米颗粒表面的亲水性Si-OH基团被疏水性的Si-O-Si(CH3)3基团取代。采用旋转法在磷酸二氢钾(KDP)晶体表面涂膜,涂膜晶体峰值透射率99%以上。膜层光学均匀性良好,表面粗糙度均方根值为0.94 nm。膜层疏水性能好,水接触角达到140°。涂制疏水性SiO2基减反膜的KDP晶体无需热处理就具有较好的疏水防潮性能,与目前激光器使用的防潮减反双层膜相比,在室温高湿度条件下涂膜晶体透射率下降情况大致相当。旋转涂膜可以有效解决三倍频晶体入光面与出光面共3个波段需减反的问题。

SiO_2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜,依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400～800nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。