薄膜太陽能電池柔性不銹鋼襯底的電化學(xué)機械拋光研究.pdf

1、薄膜太陽能電池作為新一代太陽能電池在國際上已經(jīng)得到大規(guī)模生產(chǎn)并且發(fā)展趨勢強勁和前景深遠(yuǎn)。相對傳統(tǒng)太陽能電池具有質(zhì)量輕、可彎曲和制造成本低廉的優(yōu)勢，能應(yīng)用在光伏建筑一體化（Building Integrated Photovoltaics，BIPVs）、大規(guī)模發(fā)電站、空間站等場合中，意義重大。其柔性襯底以不銹鋼薄片為最佳選擇，而現(xiàn)有的柔性不銹鋼襯底薄膜太陽能電池由于不銹鋼表面粗糙度較高和Fe、Cr元素的影響導(dǎo)致其在光電轉(zhuǎn)化效率上要比納米級

2、別粗糙度的玻璃襯底低，因此本文旨在對不銹鋼表面進(jìn)行拋光使其表面粗糙度達(dá)到10nm左右水平以減少上述缺陷對不銹鋼襯底太陽能電池性能的影響。
　　針對上述研究目的:研究了一種電化學(xué)機械復(fù)合拋光薄膜太陽能電池柔性不銹鋼襯底工藝方法，該方法旨在能夠克服單一電化學(xué)加工鈍化導(dǎo)致的加工不續(xù)穩(wěn)定性和表面光亮效果不是很明顯問題，同時實現(xiàn)高效拋光?；诖?，論文主要研究內(nèi)容和工作如下:
　　(1)復(fù)合拋光機理分析與材料去除模型的建立
　　對

3、電化學(xué)機械復(fù)合拋光的機理進(jìn)行了理論分析:從單一電化學(xué)加工和機械研拋的材料去除機理（法拉第、泊松方程和單個磨粒作用）出發(fā)，確定了復(fù)合加工的主要影響因素并建立材料去除模型。
　　(2)實驗裝置建立，復(fù)合陰極設(shè)計和制造
　　搭建的實驗裝置主要組件包括電化學(xué)電源、電解液循環(huán)單元、導(dǎo)電絕緣結(jié)構(gòu)、工裝結(jié)構(gòu)、數(shù)控本體和控制單元;此外，根據(jù)不銹鋼襯底特點設(shè)計制造了一種復(fù)合陰極工具，其材料為黃銅，精密磨具彈性連接均勻嵌入陰極，直接與機床主軸連

4、接，運動規(guī)律由數(shù)控單元控制。
　　(3)關(guān)鍵工藝參數(shù)分析與加工實驗
　　通過理論分析、文獻(xiàn)經(jīng)驗值并結(jié)合ECM(Electrochemical Machining)和機械研拋(Mechanical Polishing，MP)正交實驗分析的工藝參數(shù)規(guī)律確定復(fù)合拋光工藝參數(shù)取值范圍為:電源電壓(5V～9V)、初始加工間隙為3mm、拋光時間(5min～10min)、磨具正壓力(2.7KPa～13.5KPa)、主軸轉(zhuǎn)速（800rpm～

5、2000rpm）和進(jìn)給速度(20mm/min～100mm/min)。
　　(4）Ra和MRR的回歸模型建立及拋光結(jié)果分析
　　二次正交旋轉(zhuǎn)組合實驗方法設(shè)計安排復(fù)合拋光實驗表，對加工后表面進(jìn)行一系列檢測包括表面粗糙度和形貌（leica光學(xué)顯微鏡，德國），光反射率(UV visible-NIR spectrophotometer，可見光分光光度計，美國)，表層物相(x-ray diffractometer，Philips PW3

6、040/60XRD，荷蘭);對實驗指標(biāo)Ra與MRR的進(jìn)行擬合得到回歸模型（擬合優(yōu)度均達(dá)到97％），結(jié)合回歸模型通過MATLAB可視化分析工藝參數(shù)的主效應(yīng)和交互作用。
　　結(jié)果顯示:在1700rpm轉(zhuǎn)速、8V電壓、0.2mmz向進(jìn)給（此時正壓力P=5.4KPa)、80mm/min進(jìn)給速度的工藝條件下，柔性不銹鋼襯底表面粗糙度Ra從124nm降低至13nm（測量面積127.32×95.45μm2），鏡面效果顯著提高;光反射率從56.8