太陽能電池用減反射轉(zhuǎn)光薄膜的制備及應(yīng)用

【摘要】：本論文采用了簡單易操作的溶膠-凝膠法分別合成了兩種不同結(jié)構(gòu)的二氧化硅膠體：納米顆粒SiO_2膠體和納米SiO_2空心球膠體，并將這兩種不同結(jié)構(gòu)的膠體通過旋涂法在玻璃基底上制備了不同的減反射薄膜。采用溶膠-凝膠法制備了YVO_4:Yb~(3+)近紅外發(fā)光薄膜與SiO_2/YVO_4:0.01Yb~(3+)多功能膜。應(yīng)用X-射線衍射（XRD）、熒光光譜（PL）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、原子力顯微鏡（AFM）、透射電子掃描顯微鏡（TEM）、紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)（UV-Vis-NIR Spectrophotometer）等測試手段分別對材料的結(jié)構(gòu)、形貌和性能進(jìn)行表征，研究了不同制備條件對所得材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及光學(xué)性能的影響，得到了最佳制備工藝條件，并對相關(guān)合成機(jī)理和發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了解釋和討論。主要研究內(nèi)容敘述如下： 1、通過簡單的溶膠-凝膠方法制備了球狀納米二氧化硅膠體，通過簡單的模板法和旋涂法制備了納米多孔二氧化硅減反射薄膜。通過TEM與FESEM等測試手段，得到納米多孔二氧化硅減反射薄膜為平整，光滑，均勻的薄膜，且薄膜里面布滿無規(guī)則的孔隙。通過透過光譜發(fā)現(xiàn)，相對于玻璃基底，涂有減反射薄膜的玻璃透過率明顯增加，最高增加率可達(dá)3.6%。分別討論了二氧化硅粒徑大小、膜厚、薄膜孔隙率等因素對減反射薄膜透過性能的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑為8納米的二氧化硅所制薄膜透過性能更好；薄膜越厚，透過光譜向長波方向移動；薄膜的孔隙率增加，透過性能更好。根據(jù)以上結(jié)論，通過調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)，可得到最佳的減反射效果。 2、通過簡單的溶膠-凝膠方法和模板法制備了納米二氧化硅空心球膠體，通過簡單的旋涂法制備了納米二氧化硅空心球減反射薄膜。通過TEM、FESEM與AFM等測試手段，得到粒徑可控、壁厚可調(diào)的二氧化硅空心球；所制備的二氧化硅空心球減反射膜為連續(xù)，平整的薄膜。通過透過光譜發(fā)現(xiàn)，相對于玻璃基底，涂有減反射薄膜的玻璃透過率明顯增加，最高增加率可達(dá)4.3%。分別討論了二氧化硅空心球粒徑、形貌、膜厚、孔隙率等因素對減反射薄膜透過性能的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑不均一的納米空心球所制薄膜為寬帶減反射，性能更好；薄膜越厚，透過光譜向長波方向移動；薄膜的孔隙率增加，透過性能更好。 3、通過簡單的溶膠-凝膠方法和旋涂法制備了一種雙層的多功能納米多孔SiO_2/YVO_4:0.01Yb~(3+)薄膜。通過表面及斷面FESEM、AFM、XRD等測試手段，得到光滑、平整、連續(xù)且厚度可調(diào)的雙層薄膜，底部為YVO_4:0.01Yb~(3+)發(fā)光膜，頂部為納米多孔SiO2減反射膜，它既有很好減反射性能，又能吸收紫外光發(fā)射近紅外光。SiO_2/YVO_4:0.01Yb~(3+)雙層膜涂敷的玻璃基底在500到800納米寬帶區(qū)透過率最大增加了約3.7%。在320nm紫外光的激發(fā)下，得到從950納米到1100納米（主峰在983納米）的強(qiáng)的寬帶Yb~(3+)離子發(fā)射，此發(fā)射可以歸結(jié)于Yb~(3+)的~2F_(5/2)→~2F_(7/2)電子躍遷。這種簡單直接的方法可以應(yīng)用于其它轉(zhuǎn)光材料的制備，從而開辟了一條應(yīng)用于晶體硅太陽能電池增效的“光收集器”的新方法。 【關(guān)鍵詞】：納米多孔SiO_2 SiO_2空心球 減反射薄膜 YVO_4薄膜 近紅外發(fā)光 硅太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-20
• 1.1 太陽能電池概況10-13
• 1.1.1 太陽能電池工作的基本原理10-11
• 1.1.2 太陽能電池的分類及應(yīng)用11-13
• 1.1.3 太陽能電池增效概況13
• 1.2 減反射薄膜在太陽能電池增效的應(yīng)用13-15
• 1.3 轉(zhuǎn)光材料在太陽能電池增效的應(yīng)用15-18
• 1.4 本文研究的內(nèi)容和意義18-20
• 第二章 納米多孔 SiO_2減反射膜的制備及其光學(xué)性能20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分21-24
• 2.2.1 主要原料和儀器21
• 2.2.2 主要儀器21-22
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟22-23
• 2.2.4 結(jié)構(gòu)與性能表征儀器23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-30
• 2.3.1 二氧化硅膠體的制備及形貌與組成分析24-25
• 2.3.2 二氧化硅粒徑大小對薄膜減反射性能的影響25-26
• 2.3.3 厚度對薄膜減反射性能的影響26-27
• 2.3.4 孔隙率對薄膜減反射性能的影響27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 SiO_2空心球減反射膜的制備及其光學(xué)性能31-41
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 主要原料和儀器32
• 3.2.2 主要儀器32-33
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟33
• 3.2.4 結(jié)構(gòu)與性能表征儀器33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-39
• 3.3.1 形貌與組成分析34-36
• 3.3.2 二氧化硅粒徑大小及形貌對薄膜減反射性能的影響36-38
• 3.3.3 厚度對薄膜減反射性能的影響38-39
• 3.3.4 孔隙率對薄膜減反射性能的影響39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 SiO_2/YVO_4:Yb~(3+)復(fù)合薄膜的制備及其性能研究41-51
• 4.1 引言41-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-45
• 4.2.1 主要原料和儀器42
• 4.2.2 主要儀器42-43
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟43-44
• 4.2.4 結(jié)構(gòu)與性能表征儀器44-45
• 4.3 結(jié)果與討論45-50
• 4.3.1 形貌與組成分析45-47
• 4.3.2 薄膜厚度對 YVO_4:Yb~(3+)透過率的影響47-48
• 4.3.3 薄膜厚度對 SiO_2/YVO_4:Yb~(3+)膜透過率的影響48-49
• 4.3.4 SiO_2/YVO_4:Yb~(3+)膜熒光光譜分析49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 全文總結(jié)51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-61
• 碩士期間的主要研究成果61-62

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