畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述(DOC)

1、重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述重慶理工大學(xué)文 獻(xiàn)綜述二級(jí)學(xué)院光電信息學(xué)院班 級(jí) 112160101學(xué)生姓名陳珊珊學(xué) 號(hào) 11216010101重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述太陽能電池表面減反膜的研究陳珊珊摘要在太陽能電池表面形成一層減反射薄膜是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較可行且降低成本的方法。減反膜能減少太陽電池表面反射，提高電池效率，因此近年 來得到了極大的關(guān)注。本文結(jié)合國內(nèi)外對太陽能減反膜的研究現(xiàn)狀， 概括了減反膜的 基本原理，敘述了幾種目前常用的減反膜的制備方法及其工藝特點(diǎn)， 針對目前的研究 狀況展望太陽能電池減反膜的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：減反膜 原理制備方法及工藝發(fā)展前景1. 引言隨著世界

2、傳統(tǒng)能源供應(yīng)短缺的危機(jī)日益嚴(yán)重，太陽能作為“取之不盡、用之不竭”的清潔、可再生能源愈發(fā)得到重視，太陽能的開發(fā)與利用具有巨大的發(fā)展空間和 潛力。太陽能電池就是利用太陽能的光電轉(zhuǎn)化效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，影響電池效率的一個(gè)重要因素是電池對入射光的利用率。根據(jù)菲涅爾反射原理，在電池表面制備 減反射膜，可以減小入射光反射，增加光子有效吸收1。如果能夠提高太陽能電池及其組件的光利用率，則可以提高太陽能電池組件的發(fā)電量， 而太陽能電池減反膜能 有效地減少光的反射，對提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率具有重要意義刀。減反射膜必須具備較強(qiáng)的耐磨性，才能在長期使用過程中，保持較高的光透過率，獲得理想的 光電轉(zhuǎn)換效果。目

3、前的研究和應(yīng)用主要集中在太陽能電池硅表面制備減反膜，降低對光的反射，以及在太陽能電池組件的超白玻璃上鍍減反膜，增加太陽光的透過率，從而提高轉(zhuǎn)化效率。2. 太陽電池減反膜的原理及設(shè)計(jì)策略減反膜設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)就是薄膜的干涉 ：3,4：。如圖1a所示，對于理想均勻單層減反膜的ni必須滿足以下兩條件：(1)n 1=(nons)1/2，no和ns分別是空氣和基底的折ii重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述射率。(2)nid =入/4，d是薄膜厚度，入是入射光波長。對于多層薄膜，它的數(shù)學(xué)模 型有很大差異，如圖1b所示。對于玻璃基底(ns= 1.5)，減反膜材料的ni理論值等 于1. 22。然而具有如此低折射率的天

4、然材料極少，且獲得成本很高。因此，很多研 究都從以下兩個(gè)方面入手：一是通過制備方法改進(jìn)獲得多孔結(jié)構(gòu)薄膜，多孔薄膜的孔 隙率和薄膜折射率的關(guān)系為：5： : np2= (n2-1)(1 P/100)+1，式中nP和n分別是薄膜 和塊體材料折射率，P是孔隙率。要獲得理想折射率，必須控制好孔隙率大小。ACSS的滲入使孔隙率得到調(diào)節(jié)，使折射率調(diào)節(jié)至理想值1.23，從而達(dá)到理想減反射效果：5：0 通過對旋涂過程參數(shù)控制獲得的 P =27,薄膜折射率降低至1.352，峰值透過率提高 到95%i6 o二是利用多層薄膜原理，采用疊層技術(shù)(LBL)制備異質(zhì)多層膜或同質(zhì)多層 膜。采用LBL在玻璃基底上制備出具有寬波

5、長減反射性和超雙疏性薄膜，由三個(gè)不 同結(jié)構(gòu)(SiO2納米顆粒、空心納米微球和納米片)組成，在波長為530nm時(shí)透過率最 大能達(dá)到96.1%。采用水熱法得到TiO2納米棒結(jié)構(gòu)薄膜，在乙二醇熱處理的玻璃 基底上覆蓋的垂直導(dǎo)向的TiO2納米棒具有最好的減反性和親水性，如圖 2所示，這 開拓了一種制備自清潔減反射薄膜的新方法：8： 0a).200CK0卸40ZE?Suhsfrater詈負(fù) UF7200UP waterEthanol Ethylene glycg-1圖2三種前驅(qū)體溶液下生長的Ti02納米棒陣列的微觀形態(tài)及薄膜水接觸角圖1減反膜原理圖(a)單層膜(b)雙層膜3. 太陽電池減反膜的制備工藝近

6、兩個(gè)世紀(jì)以來，研究人員一直致力于尋找新的方法來增強(qiáng)光透性，消除不必要 的反射。同時(shí)，高效制造具有耐久性自清潔減反膜的技術(shù)在太陽能電池板和玻璃領(lǐng)域 的研究得到了越來越多關(guān)注。到目前為止，人們主要是在設(shè)備表面和基片上制備薄膜，相應(yīng)的制備順序可分為“自下而上”和“自上而下”模式?！跋?上”模式通常是用納米粒子作為基礎(chǔ)材料，通過溶膠凝膠法、化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法等 方法來合成減反膜?！吧?下”模式就是在已制備好的薄膜上采用一些帶或不帶遮罩 的刻蝕技術(shù)獲得不平整結(jié)構(gòu)等。3.1 :溶膠-凝膠法（Sol-gel）溶膠凝膠法是制備納米結(jié)構(gòu)材料的特殊工藝，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如化學(xué)均勻性好、純度高、合

7、成溫度低等，而且溶膠凝膠還具有流變特性，可控制孔隙度，可 以制備大尺寸及在各種形狀不規(guī)則的基底上鍍膜，因而具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。特別是Sol-gel制得的Si02減反膜結(jié)構(gòu)可控、折射率可調(diào)、材料易于獲取而被廣泛應(yīng)用。近 年來很多研究將Sol-gel與其他方法結(jié)合對該法進(jìn)行了很多改進(jìn)。對Ti0 2溶膠進(jìn)行 Si02復(fù)合改性，得到了粒徑變小粗糙度大的復(fù)合薄膜，最終水接觸角低至0°，比起未經(jīng)Si0 2復(fù)合的薄膜，復(fù)合薄膜展現(xiàn)了更優(yōu)的自清潔性能：19。制備了一種中空結(jié) 構(gòu)的Si0 2納米復(fù)合材料薄膜，透過率接近于理論值97.72%，薄膜具有超親水性和防霧性，可用于實(shí)際生產(chǎn)中，特別是用于極端氣候

8、及潮濕環(huán)境下的戶外能量收集器和光 學(xué)儀器等：5：，制備過程如圖3所示。TEOS+Eihanol +HC1+H±OinTF.OS . _單逹.Silicailica nunocumpositoSolrifSilica jianosphercs containing PAAHollcw silica-silica nanocompositc SI.AR coating圖3 新型中空納米薄膜制備示意圖3.2 :氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法（CVD）具有薄膜形成方向性小、致密性好、薄膜純度高、殘余 應(yīng)力小、延展性強(qiáng)、可制備多成分、結(jié)晶良好的薄膜，與其它工藝具有良好的相容性 等優(yōu)點(diǎn)。目前工業(yè)沉積多

9、種材料應(yīng)用最廣泛的方法PECVD該方法可以大大降低沉積溫度，從而不使基板發(fā)生相變或變形，而且成膜質(zhì)量高。展示了一種直流電弧噴射化 學(xué)氣相沉積工藝，它不需要復(fù)雜和昂貴的真空設(shè)備，能生產(chǎn)高能等離子體，在大面積 低成本技術(shù)薄膜沉積方面具有很大潛力，非常適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)線：20： o目前物理 氣相沉積（PVD）多采用磁控濺射法，利用不同傾斜角度獲得不同結(jié)構(gòu)薄膜，展示了211薄膜微觀結(jié)構(gòu)從平面到柱狀的轉(zhuǎn)變。也有最新一些研究采用電子束物理氣相沉積法在聚合物太陽電池上成功制備了超寬帶減反膜，相比聚合物電池目前僅用的有毒材料LiF、昂貴材料MoO，該研究采用經(jīng)濟(jì)性高的SiO2和TiO2為材料，使電池效率提

10、高了 3.23%,該方法成為聚合物太陽電池陽極蒸鍍減反膜的新方法221。采用電子束真空鍍膜設(shè)備制備出具有憎水憎油抗污染能力、牢固性強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)的多功能薄 膜231 。3.3 :液相沉積法（LPD）液相沉積法是一種可控的水解過程， 能夠在低溫下獲得氧化物薄膜，常用該方法 來制備TiO2薄膜，如TiO2外殼復(fù)合粒子和TiO2中空微球。自從TiO2薄膜成功地在 微米和納米尺度的制備，它在超親水領(lǐng)域的應(yīng)用就更為廣泛。而且LPD法制備薄膜成本低、耗能小，操作簡單，并支持大面積的生產(chǎn)，是一種環(huán)境友好型方法。大面積 硅基底上沉積的TiO2薄膜，經(jīng)紫外光照射后薄膜展現(xiàn)出超親水性，當(dāng)硼酸濃度為0.5 M時(shí)，

11、LPD-TiQ薄膜的消光效率最高82.66%，薄膜平均反射率為5.3%24目前很 多研究團(tuán)隊(duì)把PLD法和LBL自組裝法結(jié)合，成功制備出了具有粗糙表面結(jié)構(gòu)的多孔 TiO2薄膜。由于薄膜表面復(fù)合形態(tài)的可擴(kuò)展性和高效性，不同技術(shù)的結(jié)合提高了它的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。3.4 :刻蝕技術(shù)刻蝕技術(shù)，是按照掩模圖形或設(shè)計(jì)要求對半導(dǎo)體襯底表面或表面覆蓋薄膜進(jìn)行選擇性腐蝕或剝離的技術(shù)。最普遍、成本最低的蝕刻方法就是濕法刻蝕，簡單來說就是 通過化學(xué)溶液精確的選擇性溶解。一個(gè)具有高選擇性的蝕刻系統(tǒng)，應(yīng)該只對被加工薄 膜有腐蝕作用，而不傷及蝕刻掩膜或其下的基板材料。目前有采用金屬輔助化學(xué)刻蝕 方法制備硅納米線，可通過調(diào)整刻蝕

12、時(shí)間來控制納米線長度，且隨納米線長度增加， 減反射性增強(qiáng)。還有采用離子刻蝕工藝在大面積硅表面形高密度納米金字塔結(jié)構(gòu)，該工藝使低反射率和高均勻性的大面積多晶硅表面得以重復(fù)實(shí)現(xiàn)的，這對提高光吸收率和提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率具有很大潛力。4. 太陽能電池減反膜展望隨著太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的增加、成本降低及世界各國對再生清潔能源的巨 大需求，太陽能電池必將為人類大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的空間。在目前多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換效率提高困難的情況下，減反膜的出現(xiàn)在低成本的情況下提高了太陽能 電池的效率，為太陽能電池與傳統(tǒng)能源 的競爭提供了有利的條件。國內(nèi)太陽能減反 膜應(yīng)用主要集中在太陽能電池組件上， 對超白玻璃進(jìn)

13、行鍍膜，提高透過率來獲得轉(zhuǎn)換 的效率。國內(nèi)太 陽能減反膜應(yīng)用 的企業(yè)如信義玻璃、常州亞瑪頓股份有限公司、河 南思可達(dá)能源公司等投人生產(chǎn)且獲得很好的經(jīng)濟(jì)利益。但目前的制備工藝還存在一定 的問題，如現(xiàn)在企業(yè)常用的溶膠一凝膠法，就存在鍍膜液的制備重復(fù)性、保存以及鍍 膜均勻性的問題。隨著太陽能電池需求量的增加及減反膜制備技術(shù)及生產(chǎn)的技術(shù)革 新，太陽能電池減反膜必然會(huì)在規(guī)模生產(chǎn)上獲得巨大的成功。5. 結(jié)論目前仍存在一些問題需要解決：第一，機(jī)械性。表面的機(jī)械磨損會(huì)破壞薄膜微觀 結(jié)構(gòu)，甚至能直接去除掉基底表面的薄膜。第二，耐久性。耐久性越好，薄膜的使用 壽命越長。第三，經(jīng)濟(jì)性。目前很多方法還僅限于實(shí)驗(yàn)室研究

14、，若用于工業(yè)生產(chǎn)，則 價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)性太低。在不久的將來，應(yīng)更多的考慮以下這些研究方向。（1）進(jìn)一步探索薄膜光電特性與材料及表面結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而提高薄膜透射率。（2）雨水、灰塵、有機(jī)污染物都可沉積在薄膜表面，并改變表面的光學(xué)和潤濕性能，因此具 備自清潔和自修復(fù)功能表面的研究勢在必行。（3）制備具有高機(jī)械強(qiáng)度和耐久性的 減反膜，這對大面積工業(yè)化生產(chǎn)具有顯著意義 25：。參考文獻(xiàn)：1 Debnath R, Greiner M T , Kramer I J , et al. Depleted-heterojunction colloidal quantum dot photovoltaics e

15、mploying low-cost electrical contacts J . Applied Physics Letters , 2010, 97: 023109 .2 Verma L K , Sakhuja M , Son J, et al. Self-cleaning and antireflective packaging glass for solar modules J. R enew En ergy, 2011, 36( 9) : 2489-2493 .:3 梁銓廷.物理光學(xué)M . 北京：電子工業(yè)出版社，2008: 10-21 .4 Raut H K , Ganesh V A

16、, Nair A S , et al. Anti-reflective coatings: A critical , in-depth reviewJ.En ergy & Environmental Scie nee, 2011, 4: 3779-3804 .5 Zhang X P , Lan P J, Lu Y H , et al. Multifunction antireflection coatings based on novel hollow silica-silica nan ocomposites J. ACS AppliedMaterials & In terf

17、aces, 2014, 6: 1415-1423 .:6馮成坤，劉 勇，沈輝，等.太陽電池組件上納米多孔SiO2減反射膜的制備和增透性能研究J.功能材料，2009, ( 12) : 121-124 .7 Geng Z , He J H, Xu L Q , et al.R ati onal desig n and elaborate con struct ion of surfacenano-structures toward highly an tireflective superamphiphobiccoat ings J.Jour nal of MaterialsChemistry A ,

18、 2013( 1) : 8721-8724 .8 Mu Q H , LI Y G , Wang H Z , et al. Self-organized TiO2nanorod arrays on glass substrate for self-clea ning an tireflecti on coati ngs J. Journal ofColloid and In terface Science, 2012, 365:308-313.:9周建萍，荊蒙蒙，羊 億，等.銳鈦礦型TiO2溶膠的微波法制備及其光催化性能研究J.功能材料，2013, 44( 3) : 329-336 .:10嚴(yán)淑

19、琴，胡 蕓，單文杰，等.超親水性介孔 SiO2/ Bi2O3/ TiO2分層薄膜的制備及其自潔凈性能研究J.硅酸鹽通報(bào)，2013, 32( 6) : 1110-1114.11 Guldi n S , Koh n P, Stefik M , et al. Self-clea ning an tireflective optical coat in gs J . Nano Letters , 2013, 13( 11) : 5329-5335 .12 LI X G , Gross M , Oreb B, et al.In creased laser-damage resista nee of so

20、l-gel silica coat ingby structure modificati on J.Journal of PhysicalChemistry C , 2012, 116( 34) : 18367-18371 .:13海南中航特玻材料有限公司.化學(xué)鋼化生產(chǎn)中在線去除硝酸鉀雜質(zhì)離子的方法P.中國，CN 102515491A .2012-6-27 .:14鄒世峰，姜 宏.玻璃中Al2O3含量對離子交換增強(qiáng)性能的影響J.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014, 32( 1) : 107-111 .:15石麗芬，湯李纓，程金樹.KOH對離子交換增強(qiáng)硼硅酸鹽玻璃性能的影響 J 玻璃與搪瓷，2008,

21、 36( 4) : 1-4 .:16許 杰，張保軍，霍永琛，等.熔鹽添加劑對玻璃離子交換和增強(qiáng)的影響J 硅酸鹽學(xué)報(bào)，2009, ( 5) : 851-854 .17 Li X , Yu X H , Han Y C . Polymer thin films for an tireflection coat in gs J.Journal ofMaterials Chemistry C , 2013, 12( 1) : 2266-2285 .18 Hawker C J,R ussell T P. Block copolymer lithography: merging " Bottom-Up" with " Top-Down" processes J . M R S Bulletin , 2005,30( 12) :952-966 . Solids, 1986, 80( 1-3) : 313-318 .:19樊新民，洪 洋.自清潔納米 TiO2/ SiO2復(fù)合薄膜的制備與性能J.人工晶體學(xué)報(bào).2013, 42( 9) : 1819-1825 .20 Wei Y, Z