太阳能用稀土掺杂磷酸盐玻璃组成、结构、性能的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光伏发电原理
• 1.3 发光原理、磷酸盐玻璃、稀土概况
• 1.3.1 发光基本原理
• 1.3.2 下转化及其原理
• 1.3.3 磷酸盐玻璃
• 1.3.4 稀土的光谱能级
• 1.4 本课题的研究目的和内容及路线
• 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
• 2.1 实验流程
• 2.2 磷酸盐基质玻璃制备工艺的选择和确定
• 2.3 磷酸盐基质玻璃组分的选择和确定
• 2.4 掺杂稀土离子的组成的选择和确定
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 热膨胀系数
• 2.5.2 紫外红外分光计
• 2.5.3 激发和发射光谱测试
• 2.5.4 失重法测试玻璃的化学稳定性
• 2.5.5 超景深显微镜
• 2.5.6 红外吸收光谱
• 2.5.7 密度测试
• 第三章 磷酸盐基质玻璃制备工艺和玻璃形成区的研究
• 3.1 磷酸盐基质玻璃的配合料的制备及加料工艺
• 3.1.1 磷酸盐基质玻璃配合料的制备
• 3.1.2 磷酸盐基质玻璃的加料工艺
• 3.2 磷酸盐基质玻璃的升温工艺及出料和退火
• 3.2.1 磷酸盐基质玻璃的升温工艺
• 3.2.2 磷酸盐基质玻璃的出料和退火工艺
• 2O₅-Al₂O₃-BaO玻璃的形成区'>3.3 P₂O₅-Al₂O₃-BaO玻璃的形成区
• 3.4 本章小结
• 第四章 磷酸盐玻璃基质组分的选择和确定
• 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
• 2O₃对磷酸盐基质玻璃热膨胀系数和化稳性的影响'>4.1.1 Al₂O₃对磷酸盐基质玻璃热膨胀系数和化稳性的影响
• 4.1.2 BaO对磷酸盐基质玻璃密度和化稳性的影响
• 4.2 不同组分对磷酸盐基质玻璃透过率的影响
• 3+磷酸盐玻璃发光强度的影响'>4.3 不同组分对掺杂Ce³⁺磷酸盐玻璃发光强度的影响
• 3+玻璃发光强度的影响'>4.3.1 碱金属和碱土金属对掺杂Ce³⁺玻璃发光强度的影响
• 3+磷酸盐发光强度的影响'>4.3.2 不同PAB组分对掺杂Ce³⁺磷酸盐发光强度的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 掺杂稀土离子的组成的选择和确定
• 3+和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究'>5.1 掺杂Y³⁺和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究
• 3+和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究'>5.2 掺杂Sm³⁺和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究
• 3+和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究'>5.3 掺杂Nd³⁺和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究
• 3+和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究'>5.4 掺杂Tb³⁺和Ce³⁺稀土离子PAB玻璃的光谱的研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢