一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡及其制備方法技術(shù)

一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡，所述透鏡是由多層不同折射率的聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜按折射率由大到小的順序自下向上依次排列固化而成的上底面大，下底面小的圓臺(tái)或棱臺(tái)；本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)在高分子聚合物中填充納米硅顆粒，可以控制復(fù)合物的折射率在較大的范圍漸變，且復(fù)合膜層主要基于高可見(jiàn)光透過(guò)率的PDMS溶液組織，膜層光學(xué)透明度很高，接近100%，比基于玻璃材料的透鏡透過(guò)率更高，由此可以形成一種較為理想的以高透射光有效會(huì)聚為目的的梯度折射率透鏡，由本發(fā)明專利技術(shù)制備的梯度折射率透鏡，可以替代目前CPV技術(shù)中較為昂貴的對(duì)日跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非跟蹤聚光并高效發(fā)電的目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及聚光光伏發(fā)電
，即第三代太陽(yáng)能技術(shù)---CPV (ConcentratedPhotovoltaics)技術(shù),本專利技術(shù)涉及的一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡，可用于替代CPV技術(shù)中造價(jià)高昂的對(duì)日跟蹤系統(tǒng)，并能實(shí)現(xiàn)把各個(gè)入射方向的光線會(huì)聚在面積較小的III-V族化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池上，達(dá)到非跟蹤聚光并能高效發(fā)電的目的。
技術(shù)介紹
聚光光伏發(fā)電是通過(guò)采用廉價(jià)的聚光系統(tǒng)將太陽(yáng)光會(huì)聚到面積很小的高性能III-V族化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池上，從而大幅度地降低成本及昂貴的太陽(yáng)電池材料用量。這種高效的太陽(yáng)能電池，需要透鏡或鏡面將接收到的太陽(yáng)能放大成百上千倍，然后將放大的能量聚焦于其上。聚光倍數(shù)越高，所需太陽(yáng)電池面積越小，從而有效減少系統(tǒng)占地面積和降低電池成本，減少生產(chǎn)所需能耗；也可與太陽(yáng)能的熱利用系統(tǒng)結(jié)合使用，大大提高了對(duì)太陽(yáng)能的利用效率。但CPV技術(shù)的缺點(diǎn)也很突出，需要人們預(yù)先對(duì)當(dāng)?shù)氐墓庹諈?shù)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)由于聚光電池片面積小，為了更加充分地利用太陽(yáng)光，聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)必須輔以精確的對(duì)日跟蹤裝置。傳統(tǒng)對(duì)日跟蹤系統(tǒng)有一維跟蹤和二維跟蹤，都需要復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)，這就增加了系統(tǒng)重量，不易安裝且設(shè)計(jì)維護(hù)成本較高，跟蹤設(shè)備和以后的維護(hù)費(fèi)用在CPV系統(tǒng)中占據(jù)將近70%的成本。為達(dá)到高聚光比，跟蹤精度通常要求在±1。，這極大地限制了光伏發(fā)電效果，并成為束縛聚光光伏發(fā)展的主要瓶頸。為了解決這一難題，我們需要探索一種非跟蹤聚光技術(shù)，在降低成本的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高效聚光發(fā)電的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有跟蹤聚光發(fā)電技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)提供一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡，替代目前CPV技術(shù)中較為昂貴的對(duì)日跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非跟蹤聚光高效發(fā)電。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡，其特征在于，所述透鏡是由多層不同折射率的聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜按折射率由大到小的順序自下向上依次排列固化而成的上底面大，下底面小的圓臺(tái)或棱臺(tái)。所述透鏡包括5 15層厚度相同、折射率不同的聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜,聚二甲基娃氧燒/納米娃PDMS/nc-Si復(fù)合膜中納米娃顆粒濃度和粒徑自下向上依次逐層減小，每一層復(fù)合膜的厚度為100 1000微米。所述聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜中納米硅顆粒的直徑范圍為20 150納米。所述聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜的折射率在I. 5 2. 5之間。所述透鏡的側(cè)面覆有鋁或銀或金反射膜。一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)以P型(100)單面拋光的單晶硅片作為激光脈沖液相燒蝕的硅靶，硅片厚度為300 350微米，電阻率為3 5歐姆·厘米，然后將硅片切割為2cmX2cm見(jiàn)方的規(guī)整方塊，并用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲清洗以待用； (2)將上述清洗好的硅片即硅靶分別置于5 15個(gè)盛有聚二甲基硅氧烷PDMS的燒杯中，硅靶完全置于溶液中，溶液深度為4 8毫米，然后用XeCl準(zhǔn)分子激光器輻射硅靶，激光束的焦點(diǎn)大小為2 6mm2，激光束的能量密度為20 40MW/cm2，輻照時(shí)間為30 300分鐘；然后取出硅靶，即得到納米硅顆粒懸浮于聚二甲基硅氧烷PDMS組織中的聚二甲基硅氧 烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合溶液； (3)選擇上底面大，下底面小的圓臺(tái)形或棱臺(tái)形模具，將上述5 15種經(jīng)不同激光輻照強(qiáng)度和時(shí)間的聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合溶液按納米硅顆粒濃度和粒徑從大到小的順序自模具底部向上依次涂膜，每一膜層的厚度保持一致，為100 1000微米，涂膜中納米硅顆粒濃度和粒徑自底層向頂層依次逐級(jí)減小，底層納米硅顆粒濃度和粒徑最大，頂層納米硅顆粒濃度和粒徑最小，從而底層折射率大，頂層折射率小，涂層完成后的模具放在真空干燥箱中，加熱至80 120°C并調(diào)節(jié)壓強(qiáng)為50 lOOOPa，以使聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜固化成型； (4)在固化好聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜的模具的外壁濺射一層鋁膜或銀膜或金膜，用以對(duì)光線的反射，鋁膜或銀膜或金膜的厚度為I 5微米。PDMS,即聚二甲基硅氧烷，無(wú)色透明液體,透光率 100%，折射率I. 4，化學(xué)式為CH3[Si (CH3)2OLSi (CH3)3，與硅不發(fā)生反應(yīng)，穩(wěn)定性好。納米硅顆粒，折射率為3. 5，通過(guò)在PDMS溶液中填充特定濃度與尺寸的納米娃顆粒,形成PDMS/nc-Si復(fù)合膜,并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)折射率的控制，可達(dá)到I. 5 2. 5，由此制作一種折射率梯度漸變的透鏡,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光線由小折射率區(qū)域向大折射率區(qū)域的偏轉(zhuǎn)，達(dá)到對(duì)各個(gè)方向的入射光線都能較好地會(huì)聚的目的。本專利技術(shù)的有益效果 (I)本專利技術(shù)通過(guò)在高分子聚合物中填充納米硅顆粒，可以較好地控制復(fù)合物的折射率在較大的范圍漸變，復(fù)合膜層主要基于高可見(jiàn)光透過(guò)率的PDMS溶液組織，膜層光學(xué)透明度很高，接近100%，比基于玻璃材料的透鏡透過(guò)率更高，由此可以形成一種較為理想的以高透射光有效會(huì)聚為目的的梯度折射率透鏡；由本專利技術(shù)制備的梯度折射率透鏡，可以替代目前CPV技術(shù)中較為昂貴的對(duì)日跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非跟蹤聚光并高效發(fā)電的目的。(2)由高分子聚合物形成的梯度折射率透鏡，可以免去傳統(tǒng)玻璃基透鏡繁瑣的制備工序，無(wú)需研磨、拋光等過(guò)程，節(jié)約生產(chǎn)成本，是一種較為理想的梯度折射率透鏡。附圖說(shuō)明圖I為本專利技術(shù)梯度折射率透鏡的結(jié)構(gòu)示意 圖中1_聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜，2-反射膜。具體實(shí)施例方式如圖I所示，一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡包括10層不同折射率的聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜I按折射率由大到小的順序自下向上依次排列固化而成的上底面大，下底面小的圓臺(tái)或棱臺(tái)，聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜中納米硅顆粒的直徑范圍為20 150納米，聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜中納米硅顆粒濃度和粒徑自下向上依次逐層減小，每一層復(fù)合膜的厚度為100 1000微米，聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc-Si復(fù)合膜的折射率在I. 5 2. 5之間，透鏡的側(cè)面覆有鋁或銀或金反射膜2。本專利技術(shù)所提供基于高分子聚合物 的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡的制備步驟包括 1、將2cmX2cm見(jiàn)方的硅片在2%濃度的氫氟酸水溶中浸泡60秒，用以去除表面氧化物，然后用丙酮和無(wú)水乙醇清洗硅片，再用去離子水沖洗，最后高純氮?dú)獯蹈桑鳛榧す饷}沖轟擊的娃革巴; 2、將上述處理好的共10個(gè)相同的娃祀分別放置于10個(gè)含相同PDMS溶液的燒杯中，其中PDMS溶液的硅樹(shù)脂和固化劑按質(zhì)量比10 1混合并攪拌均勻。然后調(diào)整XeCl準(zhǔn)分子激光器的激光參數(shù)和聚焦透鏡的聚焦位置，使光束準(zhǔn)確地聚焦于硅靶表面，其中硅靶完全浸到溶液中，且燒杯放置于XY水平平臺(tái)之上，使其可以相對(duì)于激光束水平移動(dòng)，以使得激光束可以在硅靶上進(jìn)行掃描，對(duì)于10個(gè)硅靶，激光束的能量密度分別為30、31、32、33、34、35、36、37、38、39MW/cm2線性增加，且控制激光束本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于高分子聚合物的CPV技術(shù)用梯度折射率透鏡，其特征在于，所述透鏡是由多層不同折射率的聚二甲基硅氧烷/納米硅PDMS/nc？Si復(fù)合膜按折射率由大到小的順序自下向上依次排列固化而成的上底面大，下底面小的圓臺(tái)或棱臺(tái)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王蕓，馬立云，崔介東，彭壽，石麗芬，沈洪雪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：