具有梯度渐变折射率的超疏水减反膜的制备及其性能

具有梯度折射率的减反膜可以在更宽光谱波段和更大入射光角度实现减反射性能。本研究利用溶胶-凝胶和溶剂热法分别合成实心氧化硅(SiO₂)、空心氧化硅(H-SiO₂)和空心氟化镁(MgF₂)溶胶, 利用浸渍-提拉法在玻璃双面镀制SiO₂/H-SiO₂/MgF₂梯度折射率薄膜。结果表明, 在380~1600 nm波长, 镀膜基片在光垂直入射时透光率高达99.88%, 当光以0°~45°入射时, 平均透光率均高于97.85%, 即使光以75°入射时, 最高透光率仍达95.51%。同时发现, 经十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMOS)修饰, 薄膜疏水角达到150.6°, 显示出良好的疏水自清洁效果。     

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%。     

硅异质结太阳能电池用透明导电氧化物薄膜的研究现状及发展趋势

硅异质结(SHJ)太阳能电池是目前光伏产业中的重要组成部分,其由于具有高开路电压(V_oc)等优点而引起了广泛的关注。在硅异质结太阳能电池中,透明导电氧化物(TCO)薄膜层的光学性能和电学性能分别影响着电池的短路电流(J_sc)、填充因子(FF),进而影响电池的转换效率。近年来,SHJ电池中TCO层的研究主要集中于掺杂的In₂O₃和ZnO体系。本文从硅异质结太阳能电池的不同结构出发,概述了TCO薄膜的光电性能(透过率、禁带宽度、方块电阻、载流子浓度、迁移率和功函数)以及与相邻层的接触对电池性能的影响,介绍了不同体系的透明导电氧化物薄膜在硅异质结太阳能电池中的应用及研究现状,并展望其未来的发展趋势。     

基于金属网的叠层染料敏化太阳能电池

本文提出了一种新型染料敏化太阳能电池的叠层结构设计, 其中光阳极由导电玻璃上的第一层TiO₂纳米薄膜和不锈钢网上的第二层TiO₂纳米薄膜组成, 不同染料间的负反应相比混染共敏方式少. 此结构中引入的金属网, 减少了导电玻璃的使用片数, 从而减少入射光的损失; 同时也解决了两层不同TiO₂薄膜间的电连接性问题, 并提高电子传输和收集效率. 此叠层电池的光电转换效率达1.96%, 短路电流为8.4mA/cm², 相比相同电池厚度的单层电池, 效率提高约62%. 通过阻抗谱分析了叠层电池内部的电子传输, 给出叠层电池的等效电路图. 此外, 还发现电池厚度的增加及电子在不锈钢网表面的复合对光电性能有显著影响.     

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%。     

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。     

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。     

碳掺杂TiO2纳米管电极的简易制备及其光电化学性能

通过阳极氧化方法制备了TiO₂纳米管薄膜, 在NaHCO₃存在下对该薄膜进行热处理得到碳掺杂TiO₂(C-TiO₂)纳米管薄膜, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和Mott-Schottky等方法对得到的薄膜进行表征。XRD结果表明C-TiO₂纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型; SEM结果显示薄膜存在纳米管结构; XPS分析表明C-TiO₂纳米管薄膜中的C以替代型掺杂形式进入到TiO₂晶格中; 光电化学性能测试显示, 相对于TiO₂纳米薄膜, C-TiO₂阻抗减小, 平带电位由-0.28 V负移至-0.38 V, 具有更好的紫外-可见光和可见光响应, 紫外-可见光下的光电流是未掺杂的1.7倍。利用阳极氧化的Ti丝作为光阳极和Pt丝作为对电极组装了染料敏化太阳能电池并进行了性能测试, 结果表明, 经过碳掺杂的Ti /TiO₂丝为光阳极电池的短路电流密度和电池效率分别达到0.17 mA/cm²和3.8%, 较未掺杂的Ti/TiO₂丝为光阳极的电池的短路电流密度和电池效率均增大, 表明适量的碳掺杂有利于提高电池效率。     

溅射功率对磁控溅射法制备MgF2薄膜组织和性能的影响

为了减少磁控溅射法沉积MgF₂薄膜的F贫乏缺陷, 在工作气体Ar₂中加入SF₆作为反应气体, 在石英玻璃衬底上用射频磁控溅射法制备了MgF₂薄膜, 研究了溅射功率对MgF₂薄膜化学成分、微观结构和光学性能的影响。结果表明, 随着溅射功率从115 W增加到220 W, F: Mg的原子比不断增加, 185 W时达到2.02, 最接近理想化学计量比2 : 1;薄膜的结晶度先提高后降低, 最后转变为非晶态; MgF₂薄膜的颗粒尺寸先是有所增加, 轮廓也变得更加清晰, 最后又变得模糊。MgF₂薄膜的折射率先减小后增大, 在185 W时获得最低值, 550 nm波长的折射率1.384非常接近MgF₂块体晶体;镀膜玻璃在300~1100 nm范围内的透光率(以下简称薄膜透光率)先增大后减小, 185 W时达到94.99%, 比玻璃基底的透光率高出1.79%。     

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。      

TiO2纳米晶空洞光阳极在染料敏化太阳能电池中的光电增效性能研究

以含炭微球作为模板,制备了TiO₂纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明：基于TiO₂纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm²)辐照下,最佳的短路电流密度(J_sc)可以达到18.31mA/cm²,开路电压(V_oc)为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO₂纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_sc的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。     

SiO2-SiNx体系光学谐振腔中Ti超导薄膜特性的研究

设计良好的光学谐振腔是提高超导转变边沿传感器(TES)光学效率的有效手段，光学谐振腔结构厚度的变化，不仅对TES的光学效率有影响，而且会产生不同的残余应力进而影响TES的超导特性。研究了以超导Ti膜为TES功能层材料，同时选用SiO₂-SiN_x体系作为光学谐振腔薄膜。通过对数值仿真，确定了SiO₂-SiN_x体系光学谐振腔薄膜厚度变化对Ti-TES光学吸收效率的影响。分析了SiO₂-SiN_x体系光学谐振腔不同薄膜厚度的变化自身应力随之变化的趋势，最后制备了不同厚度SiO₂-SiN_x光学谐振腔的TES,并进行光学吸收效率的测试，验证了SiO₂-SiN_x体系光学谐振腔薄膜厚度对Ti-TES光学吸收效率变化的规律。     

石墨烯/纳米减反结构复合透明导电薄膜的研究

石墨烯具有较高的透过率及良好的电导率, 作为透明导电薄膜具有潜在的应用价值。首先在石英基底上引入SiO₂纳米球阵列结构作为光学减反射层, 使石英基底可见光区光学透过率从93.2%增加到99.0%。然后利用常压化学气相沉积方法, 通过基底表面铜颗粒远程催化碳源, 直接在减反层上可控制备具有石墨烯/纳米减反结构的新型复合透明导电薄膜。通过去除SiO₂纳米球阵列结构形成反相复制的石墨烯空心球阵列结构, 且生长时间10 min时, 对应半高宽约40 cm^-1, I_2D/I_G = 2.31, I_D/I_G = 0.77, 证明在SiO₂纳米球阵列减反结构上制备了低缺陷且连续的全包覆少层石墨烯薄膜。引入SiO₂纳米球阵列减反结构后, 其在可见光区光学550 nm波长处的透过率平均提高了5.5%, 方块电阻相对无减反射层基底平均降低了20.09%。本研究方法避免了复杂的转移工序, 减少了对石墨烯的损失与破坏, 同时实现了高透光性及高导电性的功能协同, 在光伏器件、平板显示等领域展示出更大的应用前景。     

模板法制备高比表面积的氟化镁及其在HFC-152a脱HF反应中的应用

镁基固体酸催化剂在含氟化学品的合成中具有优异的性能。利用模板法制备了高表面积的氟化镁,并考察了SiO₂模板剂的用量对其结构及催化性能的影响。通过N₂物理吸附、X射线衍射、NH₃-程序升温脱附、透射电镜和X射线光电子能谱等表征手段进行了表征, 以1,1-二氟乙烷(HFC-152a, CH₃CHF₂)脱HF制备氯乙烯(VF,CH₂=CHF)为探针对其催化性能进行了研究。结果表明, SiO₂模板剂用量对氟化镁的比表面积、晶粒度和酸性有较大影响。当SiO₂模板剂用量为14mol%时, 氟化镁比表面积可达304 m²/g, 是不添加SiO₂模板剂的2.5倍, 而且Mg晶粒度更小, 配位数更多。随着Mg配位数增多, MgF₂的酸性位急剧增多, 在以Lewis酸为活性位的1,1-二氟乙烷脱HF反应中, MgF₂的催化活性迅速升高。因此, 以SiO₂为模板是制备高活性MgF₂催化剂的有效方法。     

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。      

含Si-O-P键的减反膜结构及性能影响因素研究

采用SiO₂水溶胶(ACS)为硅源, H₃PO₄为桥联剂, H₂O₂为活化剂在玻璃表面成功制备了一种性能优异的新型减反膜。利用FTIR、XRD、FESEM、TEM、AFM对薄膜结构、形成机理及性能进行了研究, 结果表明, 在成胶过程中, H₂O₂的导入有效修复了SiO₂胶粒的表面羟基, 提高了SiO₂的反应活性; 而在焙烧过程中, H₃PO₄通过其自身脱水形成的偏磷酸链状体分别与SiO₂胶粒及玻璃基底表面的Si-OH进行了脱羟基缩聚, 构架了坚固的Si-O-P网络交联, 最终形成了稳定的磷硅酸盐凝胶网络结构, 提高了成膜质量。当n(H₃PO₄) : n(H₂O₂) : n(EtOH) : n(SiO₂)= 0.49: 0.52: 30: 1时, 制备的SiO₂减反膜在可见光区平均透光率高达98%, 硬度可达6H。     

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。     

宽波段减反膜实现23.9%效率的平面异质结构钙钛矿太阳能电池

虽然钙钛矿太阳能电池效率的发展令人鼓舞,但是由于光反射造成的器件基底界面的光子损失等问题仍然没有解决.光管理是降低反射损失并提高器件效率的有效途径.因此,我们设计了双层减反膜以涂敷在(FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x钙钛矿太阳能电池的玻璃基底外侧,以期达到增加光吸收和提高器件效率的目的.该研究中的减反膜底层由硅聚合物构成,上层由氟代硅聚合物和六甲基二硅氧烷/介孔二氧化硅纳米粒子复合而成.通过精确调控上下层的折射率及厚度,我们在宽波段范围内实现了玻璃基底透过率从最高约90%显著提升到95%.在电池器件的玻璃基底外侧溶液涂膜制备减反膜后,(FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x钙钛矿太阳能电池在保持填充因子和开路电压不变的情况下,短路电流和效率分别从25.5 mA cm^-2和22.7%提高到26.5 mA cm^-2和23.9%.本研究提出了一种简单、高效的通过双层减反膜的光管理提高太阳能电池效率的方法,且此方法可拓展到其他类型太阳能电池体系.     

a—Si／CIS叠层太阳能电池的光诱导性能衰退和稳定性分析

基于pin结构a-Si:H太阳能电池中的空间电荷效应，讨论a-Si/CIS叠层太阳能电池的稳定性。结果表明，光生空穴俘获造成的a-Si:H中正空间电荷密度增加改变了电池内部的电场分布，普遍抬高a-Si:H薄膜中电场强度。在光照射下，空间电荷效应不会给a-Si/CIS叠层结构中的a-Si:H薄膜带来准中性区（低场“死层”），因而没有发生a-Si/CIS叠层太阳能电池顶电池（p-i-n a-Si:H)的光诱导性能衰退，a-Si/CIS叠层结构太阳能电池具有较高的光稳定性。     

三层减反射膜的模拟及其在太阳电池中的应用

使用减反射膜层是提高太阳电池短路电流密度进而提高电池转换效率的有效手段之一。针对CdTe薄膜太阳电池的光谱响应范围,基于AM1.5辐照光谱,优化设计了MgF2/H4/Al2O3结构的减反射薄膜,使用电子束蒸发技术制备了该减反射膜,使用椭圆偏振仪、紫外/可见分光光度计、原子力显微镜分别测量了所制备薄膜的光学性质和表面形貌,对比分析了膜系结构理论模拟与实验测量结果。结果表明,使用该减反射薄膜后,电池的量子效率提高了7.3%;光电转换效率从12.5%提高到13.3%。