95%高双面率异质结太阳电池的叠层减反射研究

本文通过PV Lighthouse模拟了硅片厚度(从50μm至200μm)对晶硅异质结(SHJ)太阳电池的光学吸收及光生电流密度的影响,剖析了电池柔性化面临的瓶颈问题,并模拟了不同厚度的TCO/MgF₂与TCO/SiO₂减反射结构,获得了最佳光生电流密度。通过热蒸发制备了MgF₂薄膜,射频磁控溅射制备了SiO₂薄膜,经过优化构建了具有高透过率(92.56%)的MgF₂/SiO₂叠层减反射结构,将器件入光面反射率从6.70%降低至5.46%。在SHJ电池背面应用MgF₂/SiO₂叠层减反射结构,正面辅以单层SiO₂或MgF₂减反射薄膜,背面入光时的外部量子效率(EQE)显著提高了2.35%,使短路电流密度提升1.10 mA/cm²以上。该叠层减反射方案实现了95.16%的超高双面率,对提升双玻组件的发电量具有重要意义。     

SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜的制备及力学性能

采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO₂填充量为35wt%、厚度为50 μm的聚四氟乙烯（PTFE）基复合薄膜。系统研究了SiO₂颗粒粒径对SiO₂/PTFE薄膜复合材料的孔洞缺陷和力学性能等的影响,并研究了SiO₂在PTFE中的分散情况及分子间相互作用对其性能变化的影响机制。结果表明,随SiO₂粒径的逐渐增大,其在PTFE中的分散趋于均匀,同时PTFE能更好地包覆粒子,因此SiO₂/PTFE薄膜孔洞缺陷逐渐减少,力学性能逐渐增强;当SiO₂的粒径D₅₀为12 μm时,其在PTFE中的分散均匀性最佳,SiO₂/PTFE复合薄膜孔洞缺陷最少,具有较好的力学性能,断裂伸长率达19.5%,拉伸强度达9.2 MPa。      

SiO2表面改性对高填充SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜性能的影响

选用三种具有不同疏水官能团的硅烷偶联剂,即含苯基的偶联剂1(Ph-1)、含氟基的偶联剂2(F-2)和含环氧丙氧基的偶联剂3(GP-3)对SiO₂进行表面改性,并采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO₂填充量为35wt%、厚度为50 μm的SiO₂/聚四氟乙烯(PTFE)复合薄膜。改性后SiO₂在PTFE中分散均匀。研究了不同含量F-2对SiO₂/PTFE复合薄膜性能的影响,发现当含氟基的硅烷偶联剂F-2用量(与SiO₂质量比)为0.3%时,SiO₂/PTFE复合薄膜的针孔缺陷最少,拉伸强度由9.2 MPa提高至16.2 MPa;在10 GHz下,SiO₂/PTFE复合薄膜的介电常数由2.475降低至2.416,介电损耗由2.66×10?3降低至2.01×10?3,SiO₂/PTFE复合薄膜显示出优异的综合性能。      

基于AZO的光谱选择性反射膜制备及其在聚光器中的应用研究

铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜在红外波段具有高反射率的特性。设计了SiO₂/AZO/Al₂O₃/Glass/SiO₂光谱选择性反射膜。通过软件仿真和实验研究，探究了SiO₂、AZO、Al₂O₃薄膜的光学常数以及物理厚度对SiO₂/AZO/Al₂O₃/Glass/SiO₂薄膜光谱特性的影响，确定了光谱选择性反射薄膜的制备工艺参数。根据工艺制得了对可见光平均透射率接近90%、红外(2.5～20μm)平均反射率大于85%的光谱选择性反射膜，薄膜的辐射率为0.08～0.12。以表面镀有光谱选择性反射膜的玻璃作为线性菲涅尔式聚光系统中的二次聚光器窗口，设计了新型二次聚光器。光谱选择性反射玻璃有效阻挡了集热管的热辐射，使聚光器辐射热损失降低约66%。     

五层纳米SiO2-Al2O3/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能

采用浸胶法制备了一系列SiO₂-Al₂O₃/聚酰亚胺（SiO₂-Al₂O₃/PI）五层耐电晕薄膜A_m A_n PA_n A_m,其中中间层（P）为纯PI薄膜,外层（A_m）、次外层（A_n）分别为SiO₂-Al₂O₃掺杂不同质量分数的纳米SiO₂-Al₂O₃/PI薄膜。采用TEM、FTIR、宽频介电谱仪、电导电流测试仪、耐电晕测试仪、介电强度测试仪和拉伸实验机对五层纳米复合PI耐电晕薄膜的微观结构、介电性能和力学性能进行了表征和测试。结果表明,SiO₂-Al₂O₃/PI复合薄膜掺杂层形成了分布均匀的有机/无机复合结构;SiO₂-Al₂O₃纳米粒子的保护作用是影响复合材料耐电晕性能的主要因素,复合薄膜A₃₂A₁₆PA₁₆A₃₂的耐电晕寿命最大,为23.4 h;外层掺杂量对五层SiO₂-Al₂O₃/PI复合材料的介电强度影响较大,复合薄膜A₂₀A₂₈PA₂₈A₂₀的介电强度最大,为302.3 kV/mm;通过对五层复合结构的设计,可以在兼顾材料力学性能的同时,提高其耐电晕寿命和介电强度。     

应力对蓝宝石衬底上生长二氧化钒薄膜结构和光电性能的调控

利用脉冲激光沉积技术在蓝宝石衬底上生长不同厚度的VO₂薄膜, 对薄膜的结构、表面形貌和光电性能进行研究。结果表明: 所沉积的VO₂薄膜为具有单晶性能、表面平整的单斜晶相的VO₂薄膜, 相变前后, 方块电阻的变化可达到3~4个数量级, 在波长为2500 nm的透过率变化最高可达56%, 优化的可视透过率(T_lum)和太阳能调节率( ∆T_sol )为43.2%和8.7%。薄膜受到的应力对VO₂薄膜有重要影响, 可以通过调节薄膜的厚度对VO₂薄膜光电性能实现调控。当VO₂薄膜厚度较小时, 薄膜受到拉应力, 拉应力能使相变温度显著降低, 金属-绝缘体转变性能(MIT)不但与载流子浓度的变化相关, 而且还受载流子迁移率变化的影响;当VO₂薄膜厚度较大时, 薄膜受到压应力, VO₂薄膜的相变温度接近块体VO₂的相变温度, MIT转变主要来自于载流子浓度在相变前后的变化, 其载流子迁移率几乎不变。     

二氧化硅/ 聚酰亚胺纳米杂化薄膜室温及低温力学性能

利用溶胶-凝胶技术制备了不同SiO₂ 含量的二氧化硅/ 聚酰亚胺(SiO₂ / PI) 纳米杂化薄膜。采用红外光谱( IR) 和扫描电镜(SEM) 手段对该体系的分子结构和断裂形貌进行了表征, 研究了聚酰亚胺薄膜室温和低温(77K) 力学性能。结果表明: 室温和低温(77 K) 下, SiO₂ / PI 杂化薄膜的拉伸强度开始时均随SiO₂ 含量的增加而增加, 在含量为3 %时达到最大值, 低温下杂化薄膜的拉伸强度明显高于室温。室温下, 杂化薄膜的断裂伸长率在含量为3 %时达到最大值, 而低温(77 K) 下, 薄膜的断裂伸长率的变化没有呈现明显的规律性。      

超导Nb膜表面减反膜技术研究

针对单光子探测芯片中超导Nb膜减反的问题,研究了磁控溅射Nb膜折射率光谱特性随Nb膜厚度变化的规律,同时研究了化学气相沉积法制备的SiO₂和SiN_x介质膜的折射率光谱特性。为降低超导Nb膜对633 nm光的反射比,在Nb膜表面设计和制备了SiO₂和SiN_x减反膜。测试结果表明:SiO₂和SiN_x使反射比明显减小,计算结果验证了这一趋势。     

自清洁SiO2/TiO2减反膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备了SiO₂溶胶和TiO₂溶胶，利用浸渍提拉法在光伏玻璃上制备了SiO₂/TiO₂减反膜。用光谱透射比测量仪和椭偏仪测定了薄膜的透光率和折射率，通过场发射扫描电子显微镜观察了薄膜的形貌结构，最后考察了薄膜的自洁性能和耐候性能。结果表明：随着溶胶中TiO₂浓度的升高，SiO₂/TiO₂减反膜的厚度不断增加，而透光率逐渐减小，折射率逐渐增大。在波长为600nm时，TiO₂浓度最低的减反膜(ST-300)的透光率为94.4%,折射率为1.33。ST-300减反膜的表面平整，结构致密。光催化2h后，ST-300减反膜可将10mg/L的甲基蓝溶液降解11.2%,经过耐候处理后，其透光率衰减值仅0.08%～0.15%。     

MBE技术蓝宝石衬底上生长VO2薄膜及其太赫兹和金属-绝缘体相变特性研究

采用分子束外延(MBE)技术在单晶蓝宝石衬底上生长了高质量化学计量比二氧化钒(VO₂)薄膜, 通过该技术实现薄膜厚度15~60 nm精确控制。对于优化条件下VO₂薄膜, 实现了电阻率变化超过4个数量级的优异金属-绝缘体相变, 近似于之前报道高质量单晶VO₂相变特性。特别是通过太赫兹时域光谱分析了不同厚度的VO₂薄膜在太赫兹波段的光学特性。结果表明: VO₂薄膜的厚度对其在太赫兹波段的光学特性有很大影响。因此, 为了获得更优的可靠性和重复性能, VO₂薄膜的厚度必须得到精确控制。本研究结果对于下一步VO₂基太赫兹器件研究具有重要意义。     

深度混炼对纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料分散性与直流电性能影响

利用同向平行双螺杆挤出机对纳米SiO₂/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料进行深度混炼,采用SEM、直流击穿强度试验及变温空间电荷试验研究了该工艺对纳米SiO₂/LDPE复合体系中纳米SiO₂颗粒分散性、直流击穿强度和空间电荷特性的影响,综合评估了纳米SiO₂颗粒分散性改善和纳米SiO₂/LDPE复合材料熔融状态下机械剪切降解对电性能的影响。结果表明,随着混炼次数的增加,纳米SiO₂颗粒在LDPE中分散的更加均匀;深度混炼与单次混炼相比,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料直流击穿强度上升,室温下达到433.1 kV/mm;随着混炼次数的增加,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料低温时抑制空间电荷能力变强,但60℃以上高温时抑制能力变差。混炼次数的增加改善了纳米SiO₂颗粒的分散性,使其与LDPE基体的界面增多,同时,纳米SiO₂颗粒还使SiO₂/低密度聚乙烯复合材料的片晶厚度增大,结晶度升高,界面区和力学性能都随着分散性改善而增加和增强,两者共同促进了SiO₂/低密度聚乙烯复合材料电学性能的改善。但是由于深度混炼引发了材料降解,结构缺陷的增多影响了纳米SiO₂/LDPE复合材料高温区的空间电荷抑制性能。     

基于MoS2/SiO2范德华异质结的VO2薄膜转移打印研究

近年来, 柔性电子器件由于在物联网、生物电子等领域的潜在应用引起了研究者的广泛关注。功能氧化物材料在柔性聚合物中的集成已被证明是实现高性能柔性电子器件的有效方式。由于功能氧化物薄膜通常需要高温制备, 直接在柔性聚合物基底上合成高质量的氧化物薄膜仍然是一个巨大的挑战。本研究提出了一种基于MoS₂/SiO₂范德华异质结转移打印大面积VO₂薄膜的方法, 即利用MoS₂和SiO₂薄膜亲疏水性能的不同, 可以仅使用去离子水解离MoS₂/SiO₂范德华异质结界面, 成功将Si/SiO₂/MoS₂/SiO₂/VO₂ 多层膜结构上的VO₂薄膜转印到Si、SiO₂/Si以及柔性基底上。X射线衍射(XRD)结果显示, 转印前后VO₂薄膜的晶体结构没有差异, 变温Raman光谱和变温红外反射光谱证明了转印前后VO₂薄膜良好的金属-绝缘体转变性能。本研究提供了一种有效的功能氧化物薄膜转印方法, 在不引入牺牲层和腐蚀性溶剂的条件下, 实现了VO₂薄膜在任意基底上的低温集成, 为柔性可穿戴电子器件的研制提供了一种新思路。     

SiO2或TiO2纳米粒子/含氟聚丙烯酸酯复合涂层的制备及其防腐蚀性能

通过在含氟聚丙烯酸酯(PFHI)溶液中添加固体纳米粒子,经涂覆热固化后得到了厚度约为1 μm的SiO₂或TiO₂纳米粒子/PFHI复合涂层,考察了SiO₂或TiO₂两种纳米粒子质量分数对复合涂层表面性质和防腐蚀性能的影响。利用Tafel极化曲线和电化学交流阻抗(EIS)测试研究了复合涂层在3.5wt% NaCl溶液中的电化学防腐蚀性能,并运用XPS、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、TG-DTA、SEM、光学接触角(OCA)手段对复合涂层进行表征。结果表明,添加SiO₂或TiO₂纳米粒子均可大幅提高PFHI涂层的电化学防腐蚀性能,SiO₂与PFHI质量比为0.3的SiO₂/PFHI复合涂层电荷转移阻抗值R_ct与PFHI涂层相比上升了2个数量级。SiO₂或TiO₂纳米粒子增大了涂层表面粗糙度,与PFHI紧密结合形成致密的复合涂层,提高了涂层的疏水性和致密性,从而改善了涂层的抗腐蚀性能。      

纳米SiO2接枝硬脂酸甘油酯型流滴剂/辐照聚乙烯复合材料的制备及其性能

通过表面接枝技术将硬脂酸甘油酯型流滴剂（B）接枝到纳米SiO₂（nano SiO₂）表面,制得了nano SiO₂接枝B的接枝物（nano SiO₂-g-B）;将nano SiO₂-g-B与预辐照聚乙烯（ir-LLDPE）熔融挤出接枝,制备了nano SiO₂-g-B/ir-LLDPE复合材料。利用FTIR、SEM、DSC和加速流滴等对材料的结构和性能进行了表征。结果表明：nano SiO₂-g-B/ir-LLDPE复合材料的熔融温度和结晶温度降低,其力学性能较ir-LLDPE没有较大的变化;与普通共混的方法相比,nano SiO₂接枝流滴剂方法制备的nano SiO₂-g-B/ir-LLDPE复合材料薄膜的流滴期最高可延长6天,达到25天,是相同条件下普通商用流滴剂薄膜的1.47倍。     

气体组分对大气压Ar/O2/SiH4放电影响的数值模拟研究

本文借助于二维流体力学模型对大气压下Ar/O₂/SiH₄放电进行了研究,重点关注了气体组分变化对前驱物粒子密度以及二氧化硅薄膜均匀性的影响。模拟结果表明：O₂含量在整个放电体系中起决定性作用。当SiH₄含量一定时,增加O₂含量可以在不改变电子密度的同时,较大程度提高薄膜的沉积速率、优化薄膜的均匀性。SiH₄含量主要对前驱物粒子SiH₃O密度有较大影响,对薄膜的贡献却很小。值得注意的是,当O₂含量与SiH₄相等时,SiH₃O粒子的生成通道占据主导地位,其密度较高;而当O₂含量大于SiH₄时,SiH₂O的生成通道会占据主导地位,其密度高于SiH₃O密度,同时SiO₂密度大幅提高,可以达到10¹⁷cm^-3。因此在实际工业制备大面积薄膜的过程中,提高O₂含量有助于获得较高的沉积速率和高质量薄膜。     

纳米SiO2/PUA-EA布拉格光栅传感器涂层耐热性能评估

对SiO₂/聚氨酯丙烯酸酯（PUA）-环氧丙烯酸酯（EA）复合材料及PUA-EA纯树脂体系进行热失重及热分解DSC对比分析。结果表明,SiO₂/PUA-EA热分解开始温度为143.8 ℃,在320 ℃出现大量失重现象,均高于PUA-EA体系。SiO₂/PUA-EA作为光栅涂层与裸纤和纯树脂涂层相比,更能准确监测复合材料固化过程,并且SiO₂/PUA-EA固化后残余应力约为128 kPa,低于之前报道。SEM显示,SiO₂/PUA-EA与光纤内核之间结合良好,未出现分层现象。     

宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用

以柱撑式环氧树脂大孔聚合物为模板,制备宏观尺寸的大孔-介孔SiO₂;以其为载体,通过钛酸四丁酯原位水解和高温焙烧制得大孔-介孔TiO₂纳米晶-SiO₂复合材料。应用SEM、TEM、XRD、FTIR和N₂吸附-脱附法对材料进行表征。以偶氮荧光桃红为模拟污染物,用氙灯模拟日光光源,考察了不同条件下大孔-介孔TiO₂-SiO₂的光催化性能。结果表明,大孔-介孔SiO₂具有三维连续贯通的大孔孔道,孔壁为连续的纳米SiO₂薄膜;TiO₂纳米晶以纳米薄膜的形式均匀地原位生长在SiO₂纳米薄膜的两侧,得到的复合材料孔壁上存在丰富的介孔。当焙烧温度为600℃、TiO₂的负载量为15.7wt%、染料溶液浓度为10 mgL-1且pH为3时,大孔-介孔TiO₂-SiO₂光催化剂对污染物的光催化降解效率最高,而且具有良好的重复使用性。      

WO3/BiVO4复合薄膜的制备及其光电化学性能

导电玻璃作为基底制备WO₃纳米片薄膜，通过改变旋涂BiVO₄次数，以WO₃纳米片薄膜为基底成功制得不同厚度的WO₃/BiVO₄复合薄膜样品。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对样品进行表征，并对WO₃/BiVO₄复合薄膜样品进行吸收光谱、光电流、光电催化和交流阻抗测试。结果表明：WO₃/BiVO₄复合薄膜样品的光电流密度和光电催化降解效率相较于单一WO₃纳米薄膜都得到了提高，具有更好的光电化学性能。且旋涂两次BiVO₄的WO₃/BiVO₄复合薄膜样品有最高的光电流密度值(1.79 mA/cm²)和光电催化降解效率(约为60.5%),比单一WO₃材料的光电流密度(1.30 mA/cm²)提高了27.4%,光电催化降...     

铁电相BiFeO3对多铁复合薄膜CoFe2O4-BiFeO3铁磁性能的影响

为了研究铁电相BiFeO₃对复合薄膜磁性能的影响,在LaNiO₃ (LNO)缓冲层的Si (100)衬底上旋涂制备了含有0、6、9、10层等不同厚度BiFeO₃的层状CoFe₂O₄-BiFeO₃ (CFO-BFO) 多铁复合薄膜。采用XRD、SEM以及TEM对其结构和形貌进行了表征,采用振动样品磁强计测量磁性,研究了不同厚度BFO对复合薄膜磁性的影响。结果表明: CFO和BFO在异质结构薄膜中共存。缓冲层LNO和铁磁相CFO薄膜具有精细微观结构及明显界面。铁电相BFO的厚度对CFO-BFO复合薄膜的磁性能产生了很大影响。在含有不同层数铁电相BFO的复合薄膜中,含有9层BFO复合薄膜的饱和磁化强度最大,达到了230 emu·cm^-3,相比无铁电相BFO的薄膜,饱和磁化强度提高了18.6%。初步讨论认为: 随着铁电相BFO厚度的增加,CFO与BFO之间的应力传导引起了复合薄膜饱和磁化强度的提高。     

疏水耐环境型SiO2/TiO2/SiO2-TiO2太阳能宽光谱增透膜的制备及性能研究

利用TFCcal设计软件构建膜系结构, 采用溶胶-凝胶工艺和提拉法在超白玻璃上制备出厚度精确可控的宽光谱、高增透型SiO₂/TiO₂/SiO₂-TiO₂减反膜, 同时结合甲基三乙氧基硅烷(MTES)改性碱催化的SiO₂溶胶, 通过提拉法一次制备出高透过率疏水型薄膜。研究表明, 高增透型三层宽光谱减反膜的理论膜层厚度依次为: 80.9 nm(内层SiO₂-TiO₂)、125.0 nm(中间层TiO₂)、95.5 nm(外层SiO₂), 其在400~700 nm可见光范围内平均透过率实际可高达97.03%以上。多层膜经过退火处理后, 膜面的水接触角高达131.5°, 同时陈化两个月以后的多层膜透过率仅下降0.143%, 表明制备的SiO₂/TiO₂/ SiO₂-TiO₂多层减反膜具有优良的疏水和耐环境性能。