太阳能用稀土掺杂磷酸盐玻璃组成、结构、性能的研究

【摘要】：随着能源危机的不断加重,太阳能发电越来越受到人们的重视。但硅太阳能电池作为使用得最广泛的一种太阳能电池,其最高转化效率一直在20%左右。玻璃盖板作为太阳能电池的一个必要部件,其性能直接影响到硅太阳能电池的转化效率。磷酸盐玻璃具有声子能量低,稀土离子溶解度高,发光性能较好等优点。磷酸盐玻璃作为激光玻璃已经被广泛的利用到了各个领域。为了提高太阳能电池的转化效率,本文总结了现阶段硅太阳能电池以及磷酸盐玻璃的研究现状,研究了通过掺杂稀土离子下转换来提高光电转化效率,比较了掺杂不同组分稀土的磷酸盐玻璃,提出了研究太阳能用下转换稀土掺杂磷酸盐玻璃的必要性。 本文研究了磷酸盐玻璃的基础组分,掺杂稀土,采用熔融法制备太阳能用下转换磷酸盐玻璃。研究了组分和工艺制度对热膨胀系数、化学稳定性、透过率、发光性能的影响；研究了玻璃的激发光谱和发射光谱的规律。通过以上的实验和理论分析可以得到如下结论： 1.探讨了PAB玻璃的形成区,确定了PAB玻璃的形成范围。PAB三元玻璃的形成区域偏向P205和BaO一侧,玻璃组成中A1203的摩尔含量不能超过22.5%。 2.以摩尔组成65P2O5-15Al2O3-20BaO为组分的PAB磷酸盐热膨胀系数、化学稳定性、透过率、发光性能最好。 3.在PAB系统的玻璃中,Y3+、Sm3+、Nd3+因其外层电子结构的特点,不能起到转换光子以提高太阳能电池效率的作用。 4.当Ce3+作为敏化剂与Tb3+双掺的时候,通过交叉弛豫的作用传递能量,可以使一个波长小于300nm的光子转化为两个波长(5Hi→5D4和5D4→7Fi)较长的光子,且当Ce3+含量为1%mol时,Tb3+/Ce3+比值越高,玻璃的下转化效率越高。 【关键词】：磷酸盐玻璃 太阳能 下转化 稀土掺杂
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 引言9-10
• 1.2 光伏发电原理10-14
• 1.3 发光原理、磷酸盐玻璃、稀土概况14-24
• 1.3.1 发光基本原理14-17
• 1.3.2 下转化及其原理17-19
• 1.3.3 磷酸盐玻璃19-21
• 1.3.4 稀土的光谱能级21-24
• 1.4 本课题的研究目的和内容及路线24-26
• 第二章 太阳能用下转换稀土掺杂磷酸盐玻璃的制备和测试26-31
• 2.1 实验流程26-27
• 2.2 磷酸盐基质玻璃制备工艺的选择和确定27-28
• 2.3 磷酸盐基质玻璃组分的选择和确定28
• 2.4 掺杂稀土离子的组成的选择和确定28-29
• 2.5 性能测试29-31
• 2.5.1 热膨胀系数29
• 2.5.2 紫外红外分光计29
• 2.5.3 激发和发射光谱测试29
• 2.5.4 失重法测试玻璃的化学稳定性29-30
• 2.5.5 超景深显微镜30
• 2.5.6 红外吸收光谱30
• 2.5.7 密度测试30-31
• 第三章 磷酸盐基质玻璃制备工艺和玻璃形成区的研究31-36
• 3.1 磷酸盐基质玻璃的配合料的制备及加料工艺31-33
• 3.1.1 磷酸盐基质玻璃配合料的制备31-32
• 3.1.2 磷酸盐基质玻璃的加料工艺32-33
• 3.2 磷酸盐基质玻璃的升温工艺及出料和退火33-34
• 3.2.1 磷酸盐基质玻璃的升温工艺33
• 3.2.2 磷酸盐基质玻璃的出料和退火工艺33-34
• 3.3 P_2O_5-Al_2O_3-BaO玻璃的形成区34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 磷酸盐玻璃基质组分的选择和确定36-48
• 4.1 组分对磷酸盐基质玻璃热膨胀系数和化稳定性的影响36-41
• 4.1.1 Al_2O_3对磷酸盐基质玻璃热膨胀系数和化稳性的影响36-39
• 4.1.2 BaO对磷酸盐基质玻璃密度和化稳性的影响39-41
• 4.2 不同组分对磷酸盐基质玻璃透过率的影响41-43
• 4.3 不同组分对掺杂Ce~(3+)磷酸盐玻璃发光强度的影响43-47
• 4.3.1 碱金属和碱土金属对掺杂Ce~(3+)玻璃发光强度的影响43-45
• 4.3.2 不同PAB组分对掺杂Ce~(3+)磷酸盐发光强度的影响45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 掺杂稀土离子的组成的选择和确定48-62
• 5.1 掺杂Y~(3+)和Ce~(3+)稀土离子PAB玻璃的光谱的研究49-50
• 5.2 掺杂Sm~(3+)和Ce~(3+)稀土离子PAB玻璃的光谱的研究50-52
• 5.3 掺杂Nd~(3+)和Ce~(3+)稀土离子PAB玻璃的光谱的研究52-54
• 5.4 掺杂Tb~(3+)和Ce~(3+)稀土离子PAB玻璃的光谱的研究54-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 结论62-63
• 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

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