梯度折射率減反射光伏玻璃的研究.pdf

1、當前,在解決全球能源危機與實現社會可持續(xù)發(fā)展的雙重難題下,清潔、環(huán)保、高效的新能源的利用面臨機遇與挑戰(zhàn)。太陽能作為一種取之不盡的清潔能源受到各國重視。利用太陽能最直接有效的方式是光伏轉換,即將太陽能直接轉換為電能。在每個太陽電池器件中,光伏玻璃作為一種具有高透光率的玻璃基體對提高光伏電池的光電轉換效率具有重要作用。傳統(tǒng)的光伏玻璃表面至少會有8％的入射光被反射而無法利用(70度角入射時,反射率增至27%)。因此設計出具有減反射功能的光伏玻

2、璃以避免這部分反射造成的入射能量損失,是很有意義的。目前的減反射技術各有優(yōu)缺點,磁控濺射法特點是精確可控,但是成本很高,工藝上也限制了鍍制多層的寬帶減反射膜,雖然從科學研究的角度沒有問題,但是產業(yè)化生產是不可行的;溶膠-凝膠法的優(yōu)勢是能夠相對簡單的實現大面積玻璃鍍膜,但是其膜層的折射率較為均勻,不能得到寬帶減反射的效果。通過對光學減反射理論、方法、玻璃減反射技術的調研分析,研究發(fā)現梯度折射率薄膜可以實現寬波段、大角度減反射等優(yōu)良的特性,

3、而腐蝕法是可以實現這種特性并且可以產業(yè)化的光伏玻璃減反射技術。
　　本文采用分層等效的方法,用一個由均質膜構成的多層膜堆等效梯度折射率減反射膜層,構造了多種折射率分布的梯度折射率減反射薄膜,使之能用現有的光學薄膜設計軟件對其進行理論計算模擬研究。論文設計了不同的折射率曲線、層數、膜厚等參數,并將計算分為兩個階段:首先針對可見光波段,以110-880nm厚度、三種層數、五種類型折射率分布曲線為參數構建減反射薄膜進行計算,結果表明:在

4、此計算相應參數條件下,200nm以上膜層厚度可以達到寬帶減反射的效果;第二階段,將研究擴展到整個太陽光譜,根據腐蝕法的實驗特點和第一部分的結論,重新修訂了300nm內的六個厚度、100-300范圍內的五種層數、四種減反射曲線等參數。結果表明:在300nm厚度內100層以上層數變化的影響變得很小。在可見光波段和太陽光波段,余弦函數和直線函數分別具有最高的透過率分布,通過進一步計算可見光透射比和太陽光直接透射比這兩個評價光伏效能的國標參數,

5、余弦函數結果要好于直線或其它函數。
　　另外,根據德魯德、洛侖茲-洛倫茨、麥克勞德三種理論對折射率和密度的關系推導,得出了物質密度和折射率的對應關系,據此,提出通過腐蝕法控制玻璃材料表面層的密度使之逐漸變化得到折射率逐漸變化的梯度折射率薄膜,模擬了該梯度減反射薄膜的減反射特性,并與實驗結果進行了比較。
　　本文采用新的二次腐蝕梯度折射率薄膜制備方法,分兩步對玻璃表層附近材料進行選擇性脫除,第一步使用低濃度的酸液脫除表層的鈣、

6、鈉等金屬離子;第二步使用濃度較大的 HF等酸液進一步脫除內層的金屬離子,并且對光伏玻璃基體表層進行了由外而內的稀疏化處理,得到了一層厚度為200-300nm、具有漸變密度的多孔SiO2微結構層。這種微結構層的折射率呈梯度分布,并且具有優(yōu)秀的減反射特性。在紫外到近紅外1200nm的波長帶寬內,透過率都在96%以上;在350-1084nm的雙面總反射率小于1%(即單面反射率<0.5%),其中624-922nm的雙面反射率低于0.2%(單面反

7、射率<0.1%);并且390-1000nm波長帶寬范圍的平均透過率達到了99.22%。
　　本文測試了該光伏玻璃透過率隨入射角度的變化,測試結果表明:梯度折射率減反射光伏玻璃在入射角為70°時的透過率達到了95.43%,比未做減反射的光伏玻璃透過率高出了約23%。本文對幾種不同折射率梯度輪廓膜層的減反射光譜進行了模擬,并與實驗測試結果對比,發(fā)現余弦函數分布的折射率與實驗結果基本吻合。
　　通過對壓花玻璃技術、溶膠-凝膠技術和