Investigation of the nanocoating with high transmittance and self-cleaning

本論文係使用微波水熱法製備奈米二氧化鈦溶膠，並且與奈米二氧化矽溶膠混和調配成不同二氧化矽-二氧化鈦比例之複合溶膠，再以旋轉塗佈法鍍膜於玻璃基板上並利用可調變溫度之退火過程形成一兼具抗反射以及光自潔效能之多功能光學薄膜。 研究結果顯示其光學穿透率不僅僅與空氣與玻璃介面的折射率匹配相關，當薄膜之二氧化矽/二氧化鈦之比例為5時且退火溫度為500°C可具有最高穿透率94.41%，較原先玻璃基板之穿透率提昇3.92%。而當退火溫度高於400°C時，所有不同比例之二氧化矽-二氧化鈦薄膜在未照光條件下，仍具有顯著的親水性。 另外，實際應用此二氧化矽-二氧化鈦之光學薄膜於疊層式非晶矽/微晶矽薄膜型太陽電池時，相對效率可提昇0.52%。而在經過兩個月的室外環境測試後，經過計算可知此光學薄膜可有效避免1.7%因環境中塵埃與粒子所造成的效率衰退（相對值）。In this thesis, titanium dioxide (TiO2) sol is prepared by microwave hydrothemal synthesis, and then mixed with silicon dioxide (SiO2) sol with different SiO2/TiO2 ratios to be sol-gel spin-coated on glass as antirereflecting and self-cleaning bifunctional layer by different annealing temperature. The results show that the optimum transmittance of the composite films is not determined only by refractive index matching at air/glass interface. Adding TiO2 into SiO2 with SiO2/TiO2=5 and annealing with 500°C leads to highest transmittance of 94.41% which is 3.92% higher than that of glass. When the annealing temperature is higher then 400°C, all the SiO2-TiO2 films show naturally remarkable hydrophilicity even without UV illumination. Furthermore, the optimized SiO2-TiO2 film applied to a-Si:H/μc-Si tandem solar cells gives rise to an increase of 0.52% in conversion efficiency. After 2-month outdoor testing, it is evaluated that cells with the SiO2-TiO2 film can avoid 1.7% degradation loss (in relative value) caused by environmental dust/ dirt.誌謝……..............……………………………………………i 中文摘要…….......……………………………………………ii 英文摘要…………......………………………………………iii 總目錄………………….........………………………………iv 圖目錄………………………….........………………………vi 表目錄………………………………….........………………ix 第一章 緒論 1.1 前言簡介…………………………………………………1 1.2 研究動機與目的…………………………………………3 1.3 論文架構與研究內容……………………………………4 第二章 文獻回顧 2.1 太陽能電池原理介紹 2.1.1 太陽能電池發電原理[2]…..……………………………5 2.1.2 太陽能電池等效電路模型………………………………6 2.1.3 太陽能電池基本參數[2]…..……………………………8 2.2 非晶矽薄膜太陽能電池介紹[3] 2.2.1 非晶矽薄膜太陽能電池結構與工作原理…………..…13 2.2.2 非晶矽薄膜太陽能電池之優缺點……………………..14 2.3 抗反射薄膜介紹[4] 2.3.1 光學基本原理…………………………………………..15 2.3.2 基礎光學薄膜原理[4]…..……………………………..17 2.3.3 多層抗反射薄膜簡介…………………………………..19 2.4 光觸媒效應與光自潔 2.4.1 光觸媒效應簡介[5]…..………………………………..22 2.4.2 二氧化鈦光自潔效應與親水性………………….…….23 2.5 相關文獻………………………………………………..24 第三章 實驗器材與製程說明 3.1 實驗設計與規劃………………………………………..27 3.2 實驗設備與分析儀器…………….….….….…....……30 第四章 特性量測與分析 4.1 不同SiO2/TiO2比例之單層光學薄膜特性分析.…….45 4.2 不同退火溫度之單層光學薄膜特性分析………….….62 4.3 製成元件之特性量測……………………………….….70 第五章 結論………………..……….….………………...77 參考文獻………………..……….….……………….............7