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霧里看光,譜中有度丨光學(xué)材料霧度表征
霧度通俗地說(shuō)是透明或半透明材料的內(nèi)部或表面由于光漫透射造成的云霧狀外觀。書面定義為透過(guò)試樣面偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比。霧度和透光率是兩個(gè)概念,霧度值大的材料透光率可以很高。如果用這樣的材料做成窗玻璃,白天房間里會(huì)顯得很明亮,而在窗外卻看不到房間內(nèi)部,既保證了透光性又可保護(hù)隱私。
為了提高對(duì)太陽(yáng)能捕獲和能量產(chǎn)生的效率,在光捕獲的單晶硅表面和太陽(yáng)能電池封裝的超白印花玻璃板上會(huì)經(jīng)過(guò)特殊工藝處理,使其形成細(xì)微的紋理結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以使更多的光經(jīng)過(guò)往復(fù)的反射、透射和散射,最終進(jìn)入到能量產(chǎn)生層中,提高能量轉(zhuǎn)化的效率。通過(guò)霧度測(cè)試,可以對(duì)此紋理結(jié)構(gòu)的漫透光特性進(jìn)行表征,進(jìn)而為能量產(chǎn)生層的轉(zhuǎn)化效率評(píng)價(jià)提供參考。
紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)上配置積分球附件,通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)白板的位置,可分別測(cè)試穿透樣品的漫透射光和全透射光的光譜,從而對(duì)樣品的霧度進(jìn)行表征。UV-3600i Plus紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)標(biāo)配三檢測(cè)器,即紫外可見(jiàn)區(qū)PMT,近紅外區(qū)的InGaAs檢測(cè)器和PbS檢測(cè)器,可無(wú)縫銜接紫外可見(jiàn)近紅外測(cè)試區(qū)域的光譜。太陽(yáng)光中除了紫外可見(jiàn)光,也包含人們往往忽略的近紅外光,而更多地利用近紅外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,也是提高太陽(yáng)能電池效率的途徑之一。
島津UV-3600i Plus配置150mm積分球
如下圖所示,當(dāng)樣品側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)白板放置在積分球后的時(shí)候,檢測(cè)器測(cè)試到的是通過(guò)樣品的全部透射光。
全透射光測(cè)試示意圖
而當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)白板撤走之后,透過(guò)樣品且傳播方向不發(fā)生改變的正透射光直會(huì)從打開(kāi)的積分球后出口出射,剩余的偏離原傳播方向的漫透射光則被積分球檢測(cè)器收集到(下圖)
漫透射光測(cè)試示意圖
本次測(cè)試使用的樣品是三種經(jīng)過(guò)不同工藝處理的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。PMMA可以用作太陽(yáng)能電池的封裝材料。下圖中三種樣品信息如下。1號(hào)樣品為PMMA;2號(hào)樣品為經(jīng)過(guò)表面粗糙處理的PMMA;3號(hào)樣品為具有細(xì)微紋理結(jié)構(gòu)的PMMA。
使用島津配置150mm積分球的UV-3600i Plus紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)對(duì)以上三種樣品的漫透射和全透射光譜進(jìn)行測(cè)試。
下圖(A)可以看到,三種PMMA材料均展示了良好的透光性能,400nm以上的光透過(guò)率在90%以上。1號(hào)樣品幾乎沒(méi)有漫透射光,2號(hào)樣品的漫透射光略低于40%,而具有特殊紋理結(jié)構(gòu)的3號(hào)樣品的漫透射光大于70%。
A 三種樣品的全/漫透射光譜 B 三種樣品的全透射光譜
黑線: 1# PMMA; 紅線: 2# 表面粗糙處理PMMA;藍(lán)線: 3# 紋理結(jié)構(gòu)PMMA
霧度(Haze)使用如下公式進(jìn)行計(jì)算:
Haze (%) = [ (τ4 / τ2) - τ3 (τ2 / τ1) ] × 100 (參考標(biāo)準(zhǔn):JIS K 7136)
τ1:無(wú)樣品狀態(tài)下100%的全透射率;τ2:樣品的全透射率;τ3:無(wú)樣品狀態(tài)下漫透射率;τ4:樣品的漫透射率
*上表中可見(jiàn)光透過(guò)率和太陽(yáng)光透過(guò)率結(jié)果使用島津的日光透過(guò)率軟件計(jì)算得到。
由上表可見(jiàn),紋理結(jié)構(gòu)3號(hào)PMMA樣品的霧度值最高(78.28%),且具備較高的可見(jiàn)光(380-780nm)透過(guò)率(92.36%)和太陽(yáng)光(300-2500nm)透過(guò)率(86.85%),說(shuō)明此種材料十分適用于太陽(yáng)能電池的封裝材料。