選擇性高吸收太陽能薄膜研究

【摘要】：太陽能是理想和潔凈的新能源和可再生能源，也是人類最值得開發(fā)利用的第一大替代能源。由于全球范圍內(nèi)的不可再生能源快速消耗，環(huán)境污染帶來的壓力逐年增加，太陽能利用技術(shù)必然會(huì)得到高速發(fā)展。 在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能集熱器是將太陽輻射轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿闹匾骷?。而太陽能選擇性吸收薄膜是太陽能集熱器的主要功能組件，是太陽能光熱轉(zhuǎn)換中最為關(guān)鍵的部分，也是獲得高光熱轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。 本文從太陽能選擇性吸收薄膜的基本原理出發(fā)，對(duì)材料選擇、吸收機(jī)理以及制備方法等方面進(jìn)行了介紹，對(duì)太陽能選擇性吸收薄膜的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了論述。選擇最合適的方法，提出了一種高吸收太陽能選擇性吸收薄膜的方案。 選擇自身性能優(yōu)良的金屬和介質(zhì)材料，設(shè)計(jì)了以Ti-Si3N4-Ti-Si3N4為膜系結(jié)構(gòu)的太陽能選擇性吸收薄膜，采用光學(xué)薄膜的導(dǎo)納圖解設(shè)計(jì)理論，利用介質(zhì)薄膜1/4法則算出介質(zhì)膜的厚度、MATLAB編程計(jì)算出半透明金屬吸收層的厚度，從而確定膜系各層薄膜的厚度。使用Essential Macleod模擬軟件計(jì)算出該膜系的反射率及光學(xué)導(dǎo)納，對(duì)膜系的光學(xué)性能進(jìn)行仿真模擬。模擬結(jié)果顯示：該膜系在可見光-近紅外光區(qū)的平均反射率在4%~5%之間，吸收率在95%~96%之間，滿足設(shè)計(jì)要求。 采用JGP560型磁控濺射鍍膜機(jī)在玻璃基底上鍍制Ti(100nm)-Si3N4(60~70nm)-Ti (10~20nm)-Si3N4(60~70nm)薄膜，驗(yàn)證薄膜設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果以及Essential Macleod軟件仿真結(jié)果的正確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Ti(100nm)-Si3N4(64nm)-Ti(15nm)-Si3N4(64nm)薄膜在可見光近紅外光區(qū)的平均反射率在5%~7%之間，其吸收率在93%~95%之間，滿足設(shè)計(jì)要求。 最后對(duì)該太陽能選擇性吸收薄膜性能分析做了總結(jié)，并對(duì)今后的研究發(fā)展進(jìn)行了展望。 【關(guān)鍵詞】：太陽能薄膜 選擇性吸收薄膜 吸熱薄膜
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TK513.1;TB383.2
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-12
• 插圖清單12-13
• 表格清單13-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 引言14
• 1.2 太陽能選擇性吸收薄膜的研究綜述14-20
• 1.2.1 選擇性吸收膜的基本原理14-15
• 1.2.2 材料選擇與吸收機(jī)理15-17
• 1.2.3 太陽能選擇性吸收薄膜的制備方法17-19
• 1.2.4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀19-20
• 1.3 課題的內(nèi)容和意義20-22
• 第二章 光學(xué)薄膜的理論計(jì)算22-33
• 2.1 光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)的基本理論22-29
• 2.1.1 光學(xué)薄膜的電磁場理論和光干涉理論22-23
• 2.1.2 單層介質(zhì)薄膜的理論計(jì)算23-28
• 2.1.3 多層薄膜的反射率、透射率計(jì)算28-29
• 2.2 光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)的導(dǎo)納圖解法29-33
• 2.2.1 介質(zhì)膜的導(dǎo)納圖30
• 2.2.2 金屬膜的導(dǎo)納圖30-33
• 第三章 太陽能選擇性吸收薄膜的設(shè)計(jì)及計(jì)算仿真33-54
• 3.1 太陽能選擇性吸收薄膜的膜系設(shè)計(jì)33-35
• 3.1.1 薄膜的結(jié)構(gòu)33-34
• 3.1.2 薄膜光學(xué)性能分析34-35
• 3.2 太陽能選擇性吸收薄膜各部分的材料選擇35-43
• 3.3 膜層厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算43-46
• 3.3.1 金屬不透明反射層薄膜厚度設(shè)計(jì)計(jì)算43-44
• 3.3.2 電介質(zhì)減反層薄膜厚度設(shè)計(jì)計(jì)算44-45
• 3.3.3 金屬吸收層薄膜厚度設(shè)計(jì)計(jì)算45-46
• 3.4 Essential Macleod 計(jì)算機(jī)模擬與分析46-53
• 3.4.1 Essential Macleod 軟件簡介46-48
• 3.4.2 膜系光學(xué)性能的仿真計(jì)算48-51
• 3.4.3 導(dǎo)納圖分析51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 實(shí)驗(yàn)及薄膜特性測量與分析54-70
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方案54-57
• 4.1.1 薄膜鍍制方法介紹54-56
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)鍍制方案選擇56-57
• 4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備57-59
• 4.2.1 鍍膜設(shè)備57
• 4.2.2 薄膜檢測設(shè)備57-59
• 4.3 實(shí)驗(yàn)材料59
• 4.4 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備59
• 4.5 薄膜厚度測量方法選擇59-60
• 4.6 薄膜各層的鍍制及厚度測量60-63
• 4.6.1 Ti 膜的鍍制及厚度測量60-61
• 4.6.2 Si3N4膜的鍍制及厚度測量61-63
• 4.7 實(shí)驗(yàn)樣品鍍制操作過程63-65
• 4.8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析65-69
• 4.8.1 吸收率的測量方法選擇65-67
• 4.8.2 吸收率的結(jié)果分析67-68
• 4.8.3 發(fā)射率的測量方法選擇68-69
• 4.9 本章小結(jié)69-70
• 第五章 結(jié)論與展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文75-76

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