仿蝶翅微纳结构在太阳能电池表面的应用基础研究

发布时间：2017-05-11 12:12

  本文关键词：仿蝶翅微纳结构在太阳能电池表面的应用基础研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于传统化石能源接近枯竭及使用它们给环境带来的巨大污染,人类有了寻求可再生新能源的强大动力。太阳能电池作为将光能转换为电能最直接的方式,成为近年来研究的热点,广泛应用于航天航空等特殊领域,然而较低的光电转换效率和较短的使用寿命成为其发展的桎梏。自然界生物经过亿万年的自然选择和物种进化,能够适应复杂多变的自然环境,研究发现,蝶翅表面鳞片结构具有超强的疏水性和自清洁性。本文针对太阳能电池表面结构性能要求,借鉴蝶翅表面三维微纳结构优异的宽波段光吸收特性、自清洁特性,开展具有兼容性的应用基础研究,为太阳能电池覆膜设计提供科学理论支持和技术手段,推动太阳能技术的应用提供新方法和新技术手段。本文从实验研究和理论分析两个角度,探索蝶翅鳞片自清洁特性和光吸收特性。对天堂凤蝶、绿带翠凤蝶、玫瑰青凤蝶和异形紫斑蝶四种典型蝴蝶鳞片表面微观形态和结构进行系统分析,发现微米级鳞片的瓦状排列结构,纳米级的脊状结构和脊脉间的凸起、孔状结构构成了蝶翅鳞片多级粗糙,结合杨氏方程分析,这种多级结构形成了蝶翅表面疏水能力,从而确保自身清洁;依据其微观结构建立鳞片三维结构模型。设计光学实验,研究蝶翅在可见光波段对光的反射性能,揭示了蝶翅表面光学性能与其结构和微观形态的关系。根据鳞翅微观结构、形态和反射性能,建立了简化平行多层膜结构和错层塔状结构仿生模型,借助薄膜减反射理论分析,利用RSOFT软件,对模型在可见光范围内进行了模拟实验,模拟实验数据与实际测试较为吻合。结果表明,薄膜折射率小于基底折射率时,薄膜具有较好的透射性能,减反效果较好;改变薄膜的厚度时,光谱峰值会向波长较大方向偏移。上述结论揭示了蝶翅微结构应用于太阳能电池表面覆膜结构的设计是可行的,为设计制备兼具宽波段广角度高吸收特性、自清洁特性太阳能电池减反射薄膜提供理论支持和技术手段,为提高太阳能电池光电转换效率和稳定性提供新的理论、方法和工具,推动太阳能技术的发展。
【关键词】：太阳能电池 吸收特性 自清洁特性 微结构 仿生
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题来源8
• 1.2 选题目的及意义8-9
• 1.3 仿生与仿生耦合9-10
• 1.4 国内外研究现状10-14
• 1.5 本文主要研究内容和方法14-16
• 第2章 薄膜太阳能电池与仿蝶翅微结构16-33
• 2.1 仿蝶翅微结构与薄膜太阳能电池的联系16-17
• 2.2 蝴蝶鳞翅表面形态及微观结构17-25
• 2.2.1 蝴蝶鳞片微结构光学显微镜分析19-21
• 2.2.2 蝴蝶鳞片微结构扫描电镜分析21-23
• 2.2.3 蝴蝶鳞片微结构透射电镜分析23-25
• 2.3 蝴蝶鳞片结构模型建立25-26
• 2.4 蝶翅鳞片疏水自清洁性26-31
• 2.4.1 疏水自清洁性机理26-28
• 2.4.2 实验分析28-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 仿蝶翅微纳结构光学测量反射光谱分析33-48
• 3.1 薄膜减反射原理33-38
• 3.2 测试平台38-39
• 3.3 蝶翅鳞片光学性能测试39-46
• 3.3.1 测试过程40-41
• 3.3.2 数据处理41-43
• 3.3.3 结果分析43-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 仿蝶翅微纳结构模型测试与分析48-54
• 4.1 模型结构48-49
• 4.2 反射率与折射率的关系49-51
• 4.3 反射率与薄膜厚度的关系51-52
• 4.4 反射率与薄膜层数的关系52
• 4.5 本章小结52-54
• 第5章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 附录60

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本文编号：357232