溅射光谱选择性吸收表面的进一步改善

采用直流圆柱形磁控反应溅射研制了α-C:H(丁烷),Al-O、Si-O与Al-C-F等薄膜。在波长为0.5微米时,这些薄膜的折射率n分别为1.85、1.70、1.50与1.40,消光系数k都很低。Al-C-F薄膜是比较理想的减反射膜,不仅折射率低,而且沉积速率高,约为SiO_x的四倍,AlO_x的十五倍。 Al-O膜(60nm)、Si-O膜(70nm)或Al-C-F膜(70nm)溅射沉积在以铜为基底的渐变不锈钢-碳涂层上,构成新的选择性吸收涂层,其太阳吸收率α_s(AM2)均达0.96(真空500℃烘烤1小时),室温发射率ε分别约为0.04、0.04与0.05,α_s/ε约19—24。 研制了具有Al-C-F/α-C:H/SS-C/Cu吸收涂层的全玻璃真空集热管。在100℃时这种吸收涂层的发射率约为0.055。     

新型太阳光谱选择性吸收涂层的热稳定性

利用铝合金靶 (LY13) 在氩气和空气气氛中进行直流反应溅射 ,可以得到渐变型或干涉型太阳光谱选择性吸收涂层。当氩气与空气之比大于 0 14～ 0 16时得到由AlxOy 和AlNx 组成的纯介质膜 (AlxOy AlNx)其折射率 (n)和消光系数 (k)分别为 1 6 5～ 1 88和 0 0 0 2～ 0 .0 0 5。将AlxOy AlNx 膜和纯AlN膜作为减反射膜分别沉积在具有相同吸收层的样品上 ,在真空压强 4 5× 10 3 Pa,4 0 0℃下烘烤 30min ,AlxOy AlNx 比AlN更稳定。在高硼硅玻璃和抛光不锈钢上 ,沉积了厚度约为 2 5 0nm的吸收涂层 (AlxOy AlNx Al)和 6 0nm厚的减反射层 (AlxOy AlNx)构成太阳光谱选择性表面。真空中 4 0 0℃、5 0 0℃、6 0 0℃ ,烘烤 30min后 ,其α/ε反而由 11 4升高至 14 4 6 ;5 5 0℃烘烤4 0h与 4 5 0℃烘烤 10h相比仅仅发射率稍微有点升高 ,其吸收比不变。试样在空气中 35 0℃烘烤 10h与真空中4 5 0℃烘烤 10h的结果相当接近 ,它们的α/ε分别是 13 0和 13 2 9。     

Al-C-F/渐变SS-C/Al选择性吸收表面

建立了铝与不锈钢两个平面磁控靶溅射系统。反应溅射沉积了一组SS-C复合材料、α-C:H与Al-C-F均匀薄膜。运用椭偏仪-分光光度计法确定了上述薄膜在太阳光谱范围(0.35—2.5μm)内的光学常数谱值(?)(λ)=n(λ)-ik(λ)。 对多层膜系的模型用计算机进行优化设计与计算。实验表明,溅射沉积Al-C-F/变渐SS-C/Al选择性吸收表面,其反射率谱值与计算出的最佳谱值基本一致,太阳吸收率α≈0.96,法向发射率ε_n≈0.06(80℃)。经真空中450℃烘烤1小时,该表面的光学性能基本没有变化。这种优质表面用于玻璃真空集热管有良好的前景。     

阳极氧化铝电解着色选择性吸收涂层：钴盐电解着色

本文报道了在铝底材上采用磷酸溶液阳极氧化,钴盐电解着色方法制备的太阳能选择性吸收层。该吸收层的吸收率α_s=0.92—0.94,法向发射率ε_n=0.10—0.17。着色层经200℃加速试验及室外曝晒试验,光学性能无明显变化。氯化钠溶液内长期浸泡试验和磨损试验表明,该着色膜具有良好的耐蚀性和耐磨性。AES分析和X射线衍射分析表明,着色吸收膜是由多孔氧化铝、氢氧化铝和沉积在孔底的α钻构成。     

直流磁控溅射制备太阳光谱选择性吸收TiN薄膜

以直流反应磁控溅射方法作为制备手段,选择Ti为靶材,以氩气作为工作气体、氮气为反应气体,在Si(111)基底上制备太阳光谱选择性吸收薄膜TiN,使之具有较好的光谱选择吸收特性。研究发现:在其它工艺参数保持不变的情况下,溅射气压在0.35～1.50Pa范围内,都能制备出(200)择优取向的立方相TiN。而当溅射气压为0.35Pa时沉积的薄膜致密、均匀,色泽金黄,膜厚为132nm,结晶性最好,电阻率最低为33.8μΩ·cm(接近块体氮化钛电阻率)。在可见-近红外光区(波长400～1000nm)的平均吸收率α=0.83,最高红外反射率R=0.90。通过对膜层结构、膜厚、吸收率及反射率的分析,制备的TiN薄膜光谱选择性吸收特性良好,具有很高的应用价值。可用于太阳集热器的吸热表面,并可直接作为光热转换建筑材料。     

纯钛TA2表面阳极氧化法制备太阳能吸收涂层

以TA2为基体,利用阳极氧化法在硫酸溶液中制备太阳能吸收涂层,研究反应电压和反应时间对膜层组成结构及性能的影响。结果表明,阳极氧化膜层晶相组成主要为锐钛矿型TiO_2,当氧化电压为140 V,氧化时间为10 min时,膜层性能最佳,此时膜层吸收率α为0.759,发射率ε为0.19。膜层的微孔数量及孔径随电压的增长而逐渐增加,而随时间的延长而逐渐减小。膜层的太阳吸收率和发射率均随氧化电压的增长而增加,而在随时间延长上没有明显变化。     

多级离子注入法制备太阳选择性吸收膜

尝试采用离子注入法制备太阳选择性吸收膜层.利用多级离子注入后纵向浓度分布呈梯度分布的原理,对纯铝表面溅射Ti膜后进行了3种方案的多级N离子注入.测试了样品的吸收率和发射率,对各方案制备的样品进行了性能比较,并用x射线衍射仪分析了物相组成,用俄歇扫描系统分析了纵向元素的分布,用弯折法测试了膜层结合力.结果发现,膜层吸收率均在0.94以上,但发射率普遍偏大.太阳选择吸收性最好的样品吸收率a为0.95、发射率e为0.21,膜层中含有TiN0.76、TiN0.6O0.4、TiO、Al2、Ti、Al3、Ti等物相,氮元素在纵向由最表面到铝基体梯度递减,膜层与基底结合力良好.     

太阳光谱选择性吸收涂层制备工艺探讨

探讨粘结层、吸收层、减反射层的制备工艺及基底粗糙度状态对太阳选择性吸收涂层性能的影响。采用磁控溅射法,以SS/AlN涂层为例,制备太阳光谱选择性吸收涂层,并测试性能。结果表明：合适的制备工艺可以提高膜层的结合力和涂层的整体性能,胶带粘贴无脱落,吸收比96%,500℃发射比10.5%,并证实基底的粗糙度对涂层的发射率基本无影响。     

TiO_x/Ti及AIN_x/Al太阳光控制膜

本文报道了利用单靶磁控非反应及反应溅射技术在玻璃或塑料上制备TiO_x/Ti及AlNx/Al控光膜的试验结果。在0.35-2.5微米波长范围内测定了TiO_x/Ti/玻璃及AlN_x/Al/玻璃控光膜的透过率和反射率,结果与理论计算基本一致。由实验结果计算了控光膜系的太阳光透过率T_s、遮荫系数SC、可见光区平均透过率T_v、可见光区的最大透过率T_(vmax)及膜的室温发射率ε。结果表明,TiO_x/Ti膜系的透过率没有明显的选择性,它能抑制太阳光的进入,可用于交通工具。AlN_x/Al膜系有较好的光谱选择性和低的室温发射率,适于作建筑上的控光膜。     

阳极化铝电解着色选择性吸收涂层

本文报道了在铝底材上采用阳极氧化、电解着色方法制备的太阳能选择性吸收涂层。其太阳吸收率α_s=0.92-0.96,法向发射率ε_n=0.1-0.2。镀层经200℃加速试验及室外曝露试验,光学性能无明显变化。最后讨论了影响涂层光学性能的因素,并对薄膜结构进行了分析。     

氧化铁光谱选择性吸收表面的研制

将低碳钢板浸渍在化学溶液内可形成氧化铁涂层,其太阳吸收率α≥0.9,热发射率ε≤0.3,α/ε≥3。涂层表面涂敷有机透明保护层,显示相当好的耐湿、耐热、耐紫外辐射特性,使用寿命较长,而且容易制备,成本低廉。     

黑镍涂层的制备与光学性能研究

研究了以玻璃为基材，用电镀的方式制备Black Nickel-Cu-Glass选择性吸收涂层的方法，该涂层获得了α=0.93-0.95,ε=0.05-0.06,α/ε=15的光学性能，论述了制备条件和膜层厚度及基材表面光洁度对光学性能的影响。由实验结果得出双层黑镍的最佳厚度为0.048-0.063mg/cm^3，意志支黑镍的最佳厚度为0.040-0.052mg/cm^2以及涂层组成的主要成分的比例范围，用图示法详细说明了镀液温度对涂层光学性能的影响。     

阳极氧化电解着色铝选择性吸收涂层的光学性能研究

本文报道了阳极氧化电解着色铝选择性吸收涂层的光学性能,其太阳吸收率α_s和热发射率ε_n分别为0.94(AM2)和0.10。给出了Ni粒子在多孔性Al_2O_2膜中浓度成梯度变化的结构模型。应用Bruggeman有效介质理论和多层膜系矩阵方法对涂层的光谱反射率进行了计算,讨论了表面形貌对涂层光学性能的影响。     

双层SiN_x∶H减反膜多晶硅太阳电池及其组件性能研究

利用管式PECVD在多晶硅片上获得钝化效果和减反性能优异的双层Si Nx∶H薄膜,其中底层和顶层Si Nx折射率分别为2.35和2.01,膜厚为17 nm和67 nm。薄膜的折射率通过改变反应气体的Si/N比进行调控,底层Si Nx制备时Si/N比越大,反射率越低,而电池Jsc先增加后下降。反射率曲线、外量子效率(EQE)和电学性能表明,和单层膜相比,双层膜的短波部分(300~650 nm)反射率远低于单层膜;其电池在680~950 nm波段光谱响应较单层膜稍好;电池Uoc和Isc均有较大提升,光电转换效率绝对值提高了0.193%。同时,双层膜电池组件的封装功率损失略低于单层膜电池组件。     

衬底温度对AZO/Cu/AZO多层薄膜结构及光电特性的影响

采用射频磁控溅射和离子束溅射联合设备在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的AZO/Cu/AZO多层薄膜.研究了衬底温度对薄膜的结构和光电特性影响.X射线衍射谱表明AZO/Cu/AZO多层薄膜是多晶膜,AZO层具有六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向,Cu层具有立方结构.当三层薄膜制备过程中,衬底始终加热,衬底温度为100%℃时,制备的薄膜具有最高的品质因子2.26×10-2Ω-1,其方块电阻为11Ω·□-1,在波长500-800nm范围内平均透过率达到了87%.当制备靠近衬底的AZO层,衬底才加热时,发现衬底温度为250℃时,制备的多层薄膜光电特性最优,其方块电阻为8Ω·□-1,平均透过率为86%.     

Al-AlN选择性吸收涂层性能分析及光学模拟

研究了双层Al-AlN吸收层加减反射层结构膜系,并对这种结构膜系涂层性能进行分析和模拟,在模拟得到单层Al-AlN层的膜厚和填充因子基础上,工艺优化制备得到的Al-AlN选择性吸收涂层吸收率达到0.942,100℃发射率为0.044,聚光比为1条件下,光热转换效率为0.89.     

Al-AlN选择性吸收涂层性能分析及光学模拟

研究了双层Al-AlN吸收层加减反射层结构膜系,并对这种结构膜系涂层性能进行分析和模拟,在模拟得到单层Al-AlN层的膜厚和填充因子基础上,工艺优化制备得到的Al-AlN选择性吸收涂层吸收率达到0.942,100℃发射率为0.044,聚光比为1条件下,光热转换效率为0.89。     

纳米Cu夹层ZnO透明导电膜

用射频磁控溅射ZnO陶瓷靶、直流磁控溅射Cu靶的方法在不同基底温度下制备了Cu纳米夹层结构ZnO透明导电膜。用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测量仪和原子力显微镜等测试手段对薄膜样品进行表征。室温制备的Cu夹层ZnO薄膜,随着Cu层厚度的增加,ZnO层结晶性变差,可见光区域光学透过率减小,透射曲线蓝移,电阻率先迅速下降后缓慢下降。基底温度对薄膜表面形貌和粗糙度影响显著,随着基底温度的增加,薄膜在可见光区域光学透过率增加,电阻率随基底温度增加而增加。     

基于光学理论的PERC太阳电池背面AlO_x/SiN_x叠层膜的研究

AlO_x/SiN_x叠层膜广泛应用于PERC(钝化发射极和背面局部接触)太阳电池中,以达到增强背反射和提高背表面钝化效果的作用。在先前的研究中,光学理论分析仅应用于正面单层Si Nx或Si Ox/Si Nx双层膜厚度优化分析,极少应用于背面AlO_x/SiN_x双层膜优化分析。本文采用Matlab软件,基于光学导纳矩阵理论,同时将AM 1.5G标准太阳光谱,Al Ox、Si Nx、Al在整个光谱范围内(280~1200 nm)的折射率系数n(λ)考虑在内,系统分析了AlO_x/SiN_x双层膜的背反射效果。另外,依据背面AlO_x/SiN_x不同膜厚组合下透射光反射回硅片本体的反射率曲线分布和平均反射率作为评估指标进行理论分析,结果表明:AlO_x/SiN_x优化后最佳膜厚组合为15 nm/80 nm,为PERC太阳电池背面膜厚优化提供理论支持。     

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双层膜有望在将来的生产中得到具体应用.