氮化铝掺铁薄膜的制备及彩色太阳能选择性吸收薄膜的设计

论文摘要

随着石油、煤和天然气等不可再生资源的消耗,太阳能的开发和应用越来越引起人们的关注,而太阳能的光热应用是一个重要应用方向,高效率的彩色的太阳能选择性吸收薄膜具有光热转换效率高、红外热发射低,以及与现代化建筑外观相匹配等优点,也已成为当前的研究热点之一。因此,针对太阳能吸收膜的制备和设计,在本论文中,研究基片温度对氧化铋薄膜光学性质的影响,利用反应磁控溅射制备氮化铝掺铁薄膜,设计三层结构的彩色太阳能选择性吸收薄膜。主要内容有：首先,研究基片温度对在玻璃基片上直流磁控溅射沉积氧化铋薄膜光学性能的影响。结果发现：随着基片温度的增加,样品中Bi203的（120）衍射峰强度增强,表面颗粒直径逐渐减小；基片温度为250℃和300℃样品出现了Bi202.75的（006）衍射峰。随基片温度的升高,折射率减小,消光系数在10-2-10-1数量级,光学带隙在3.51-3.04eV之间。其次,研究不同氮气分压对直流磁控溅射在n型Si（100）和石英基片上沉积的氮化铝掺铁薄膜性质的影响。靶材是铝粉和铁粉按10：1的重量比混合压制而成。实验结果发现,不同氮气流速制备薄膜的结晶特性和表面形貌有很大的差别。流速小时,薄膜是非晶的；随着流速的升高,薄膜会出现AlN（100）、Fe3N（202）、AlN（103）和AIN（110）的衍射峰。随着氮气流速的增加,薄膜变得越来越透明,光学带隙增加。最后,采用有效介质理论计算不同体积分数Fe掺杂A1N薄膜的光学常数。以玻璃基片上有200nm厚的Cu膜为基底,设计三层结构的彩色的太阳能选择性吸收薄膜,第一层、中间层和减反层薄膜中Fe的含量逐层递减。分析各膜层的厚度及中间层中Fe的含量对选择性吸收薄膜反射率的影响。设计的吸收薄膜的颜色有橙黄色、绿色、粉红偏紫色、紫色和粉红色,各彩色吸收薄膜的吸收率在0.90与0.96之间,发射率均小于0.1。对绿色吸收薄膜做进一步分析,发现随着光线入射角度从0度增加到50度,薄膜的颜色从绿色变为蓝色。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 目录
• 绪论
• 第一节 引言
• 第二节 各种涂层
• 第三节 AlN减反膜基本性质
• 第四节 AlN薄膜的制备方法
• 4.1 磁控溅射法
• 4.2 脉冲激光沉积法
• 4.3 分子束外延沉积
• 4.4 化学气相沉积法
• 第五节 太阳光谱选择性吸收膜系
• 5.1 热辐射
• 5.2 光学定律和吸收原理
• 5.3 模型建立和光学常数的确定
• 5.4 膜系的制备
• 第六节 彩色太阳能吸收薄膜及应用
• 第七节 本论文的研究内容
• 第一章 基片温度对氧化铋薄膜光学性质的影响
• 第一节 引言
• 第二节 实验
• 第三节 结果与讨论
• 3.1 结构与表面形貌
• 第四节 本章小结
• 第二章 反应磁控溅射制备氮化铝掺铁薄膜的光学性质和结构
• 第一节 引言
• 第二节 实验
• 第三节 结果与讨论
• 3.1 X射线分析
• 3.3 光学性质
• 第四节 本章小结
• 第三章 三层结构的彩色太阳能选择性吸收薄膜的设计与分析
• 第一节 引言
• 第二节 膜层光学常数
• 第三节 理论设计与分析
• 3.1. 改变各层厚度
• 3.2. 改变中间层金属含量
• 3.3. 单层到多层
• 3.4. 彩色设计
• 3.5 改变太阳光入射角度
• 第四节 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历