薄膜太阳能电池柔性不锈钢衬底的电化学机械抛光研究

发布时间：2017-12-23 07:01

本文关键词：薄膜太阳能电池柔性不锈钢衬底的电化学机械抛光研究　出处：《浙江师范大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：薄膜太阳能电池作为新一代太阳能电池在国际上已经得到大规模生产并且发展趋势强劲和前景深远。相对传统太阳能电池具有质量轻、可弯曲和制造成本低廉的优势,能应用在光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaics, BIPVs)、大规模发电站、空间站等场合中,意义重大。其柔性衬底以不锈钢薄片为最佳选择,而现有的柔性不锈钢衬底薄膜太阳能电池由于不锈钢表面粗糙度较高和Fe、Cr元素的影响导致其在光电转化效率上要比纳米级别粗糙度的玻璃衬底低,因此本文旨在对不锈钢表面进行抛光使其表面粗糙度达到10 nm左右水平以减少上述缺陷对不锈钢衬底太阳能电池性能的影响。针对上述研究目的：研究了一种电化学机械复合抛光薄膜太阳能电池柔性不锈钢衬底工艺方法,该方法旨在能够克服单一电化学加工钝化导致的加工不续稳定性和表面光亮效果不是很明显问题,同时实现高效抛光。基于此,论文主要研究内容和工作如下：(1)复合抛光机理分析与材料去除模型的建立对电化学机械复合抛光的机理进行了理论分析：从单一电化学加工和机械研抛的材料去除机理(法拉第、泊松方程和单个磨粒作用)出发,确定了复合加工的主要影响因素并建立材料去除模型。(2)实验装置建立,复合阴极设计和制造搭建的实验装置主要组件包括电化学电源、电解液循环单元、导电绝缘结构、工装结构、数控本体和控制单元：此外,根据不锈钢衬底特点设计制造了一种复合阴极工具,其材料为黄铜,精密磨具弹性连接均匀嵌入阴极,直接与机床主轴连接,运动规律由数控单元控制。(3)关键工艺参数分析与加工实验通过理论分析、文献经验值并结合ECM (Electrochemical Machining)和机械研抛(Mechanical Polishing. MP)正交实验分析的工艺参数规律确定复合抛光工艺参数取值范围为：电源电压(5V-9V)、初始加工间隙为3mm、抛光时间(5 min～10min)、磨具正压力(2.7KPa～13.5KPa)、主轴转速(800 rpm～2000 rpm)和进给速度(20mm/min～100 mm/min)。(4)Ra和MRR的回归模型建立及抛光结果分析二次正交旋转组合实验方法设计安排复合抛光实验表,对加工后表面进行一系列检测包括表面粗糙度和形貌(leica光学显微镜,德国),光反射率(UV visible-NIR spectrophotometer,可见光分光光度计,美国),表层物相(x-ray diffractometer, Philips PW 3040/60 XRD,荷兰)；对实验指标Ra与MRR的进行拟合得到回归模型(拟合优度均达到97%),结合回归模型通过MATLAB可视化分析工艺参数的主效应和交互作用。结果显示：在1700 rpm转速、8V电压、0.2mmz向进给(此时正压力P=5.4 KPa)、80mm/min进给速度的工艺条件下,柔性不锈钢衬底表面粗糙度Ra从124nm降低至13 nm(测量面积127.32×95.45 μm2),镜面效果显著提高；光反射率从56.8%提高到62.4%,表层主要物相位为Fe、Cr、Fe2O3和Cr2O3；材料去除率MRR为0.026 g/min。因此,本文所提电化学机械复合抛光方式能够实现柔性不锈钢表面10 nm的粗糙度水平。
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.42

【参考文献】