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雾里看光,谱中有度丨光学材料雾度表征

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王小明
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雾度通俗地说是透明或半透明材料的内部或表面由于光漫透射造成的云雾状外观。书面定义为透过试样面偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比。雾度和透光率是两个概念,雾度值大的材料透光率可以很高。如果用这样的材料做成窗玻璃,白天房间里会显得很明亮,而在窗外却看不到房间内部,既保证了透光性又可保护隐私。

为了提高对太阳能捕获和能量产生的效率,在光捕获的单晶硅表面和太阳能电池封装的超白印花玻璃板上会经过特殊工艺处理,使其形成细微的纹理结构。这种结构可以使更多的光经过往复的反射、透射和散射,最终进入到能量产生层中,提高能量转化的效率。通过雾度测试,可以对此纹理结构的漫透光特性进行表征,进而为能量产生层的转化效率评价提供参考。

紫外可见近红外分光光度计上配置积分球附件,通过调整标准白板的位置,可分别测试穿透样品的漫透射光和全透射光的光谱,从而对样品的雾度进行表征。UV-3600i Plus紫外可见近红外分光光度计标配三检测器,即紫外可见区PMT,近红外区的InGaAs检测器和PbS检测器,可无缝衔接紫外可见近红外测试区域的光谱。太阳光中除了紫外可见光,也包含人们往往忽略的近红外光,而更多地利用近红外光进行光电转换,也是提高太阳能电池效率的途径之一

如下图所示,当样品侧的标准白板放置在积分球后的时候,检测器测试到的是通过样品的全部透射光。

而当标准白板撤走之后,透过样品且传播方向不发生改变的正透射光直会从打开的积分球后出口出射,剩余的偏离原传播方向的漫透射光则被积分球检测器收集到(下图)

本次测试使用的样品是三种经过不同工艺处理的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。PMMA可以用作太阳能电池的封装材料。下图中三种样品信息如下。1号样品为PMMA;2号样品为经过表面粗糙处理的PMMA;3号样品为具有细微纹理结构的PMMA。

使用岛津配置150mm积分球的UV-3600i Plus紫外可见近红外分光光度计对以上三种样品的漫透射和全透射光谱进行测试。

下图(A)可以看到,三种PMMA材料均展示了良好的透光性能,400nm以上的光透过率在90%以上。1号样品几乎没有漫透射光,2号样品的漫透射光略低于40%,而具有特殊纹理结构的3号样品的漫透射光大于70%。

雾度(Haze)使用如下公式进行计算:

Haze (%) = [ (τ4 / τ2) - τ3 (τ2 / τ1) ] × 100  (参考标准:JIS K 7136)

τ1:无样品状态下100%的全透射率;τ2:样品的全透射率;τ3:无样品状态下漫透射率;τ4:样品的漫透射率

由上表可见,纹理结构3号PMMA样品的雾度值最高(78.28%),且具备较高的可见光(380-780nm)透过率(92.36%)和太阳光(300-2500nm)透过率(86.85%),说明此种材料十分适用于太阳能电池的封装材料。


1楼 2021-12-10 10:03 回复
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