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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉建賢
研究生(外文):Chien-hsien Liu
論文名稱:製作新型雙層微透鏡光學薄膜應用於提升太陽能板效率之研究
論文名稱(外文):Fabrication of new dual-layer microlens optical film applied to enhance the efficiency of solar panel
指導教授:趙振綱林宗鴻林宗鴻引用關係
指導教授(外文):Ching-kong ChaoTsung-hung Lin
口試委員:趙振綱林宗鴻
口試日期:2012-06-15
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:聚光太陽能電池菲涅爾方程式微透鏡陣列
外文關鍵詞:Concentrator PhotovoltaicFresnel equationmicrolens array
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本論文提出一種新的光學薄膜結構為雙層微透鏡,利用熱熔法方式搭配CNC數值控制加工機與澆注PDMS翻模製程來製作,此光學薄膜具有高廣角接收的有效入射角度,故可以增加太陽光的吸收,即達到提升太陽能板之效率。然而,此雙層微透鏡光學薄膜包括第一與第二之透明材料層。第一是底層透明材料層有一個平面與弧面所組成的,其弧面座落於兩平面之相對位置上,第二是上層透明材料層則上表面具有複數個相互平行的微結構。經光學模擬軟體模擬入射角0°~85°分析結合穩健化分析出最佳尺寸,根據模擬結果得知雙層微透鏡光學薄膜是最好的,且雙層微透鏡比單層微透鏡或無雙層微透鏡陣列,對於總平均光照值與光吸收效率增益具有提升之優勢。最後,將此光學薄膜放置於太陽能板上來進行效能檢測,可以得到裝置雙層長圓柱狀微透鏡又比無裝置雙層長圓柱狀微透鏡光學薄膜下,太陽能板總光電流之增益約為12.58%且在側向光時,其增益值較大。此外,量測結果與模擬比較下,其結果有良好的一致性。
This thesis presents a new optical film with PDMS dual-layer microlens by using thermal reflow, CNC machining machine and PDMS replica process for an solar panel package is fabricated, by which method the receiving wide-angle incident light and the light absorption efficiency of a solar panel can be enhanced. The light-concentrating film includes a first and a second transparent material layers. The first transparent material layer has a flat surface and a cambered surface located at the opposite side of the flat surface. The second transparent material layer has an upper surface having a plurality of microstructures parallel with each other. The various parameters of the microlens are analyzed and characterized. The profile of the microlens was determined by using a commercial optical simulation software. Based on the simulated result, the optical film with the dual-layer microlens has the better total average illuminance value and the optical absorption efficiency than the single-layer microlens array and no dual-layer microlens. Finally, the films with microlens array are attached to an solar cell to measure their total photocurrent gain. The optical film with dual-layer microlens of the solar panel is total photocurrent gain of about 12.58%. In addition, the measured results are compared with simulated ones. They show good agreement with each other.
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
符號索引 VI
圖目錄 IX
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 太陽能電池簡介 3
1.3 太陽能電池種類 3
1.4 太陽能電池構造與發電原理 6
1.5 太陽能電池最主要考慮因素 7
1.6 文獻回顧 10
1.6.1 透鏡型 10
1.6.2 非透鏡型 16
1.7 微透鏡之介紹與製程 19
1.7.1 微透鏡之介紹 19
1.7.2 微透鏡之製程 20
1.8 研究動機與目的 28
1.9 論文架構 28
第二章 基礎理論 30
2.1 幾何光學 30
2.2 Fresnel方程式與Fresnel 損失 33
2.3 TracePro光學模擬軟體介紹 34
第三章 雙層微透鏡之光學模擬設計 36
3.1 模擬與實驗規劃 36
3.2 光學模擬軟體Trace Pro操作流程 37
3.3 光學模擬 39
3.3.1 建立幾何模型 39
3.3.2 定義太陽光光源參數 41
3.3.3 雙層微透鏡之條件設定 45
3.3.4 雙層微透鏡之模擬機制 46
3.3.5 雙層微透鏡之參數設計 46
3.4 田口方法分析介紹 49
第四章 雙層微透鏡模擬之光學模擬結果 51
4.1 光學模擬結果 51
4.1.1 單層長圓柱狀微透鏡與雙層長圓柱狀微透鏡陣列結果比較 51
4.1.2 大顆微透鏡高度(H) 53
4.1.3 小顆微透鏡高度(h) 56
4.1.4 不同形狀雙層微透鏡結構之結果比較 62
4.1.5 田口方法分析雙層平行長圓柱狀微透鏡陣列結果 65
4.1.6 貢獻度分析 79
4.2 光學模擬結果討論 80
第五章 PDMS雙層微透鏡光學薄膜製作 81
5.1 黃光微影製程 81
5.2 PDMS雙層微透鏡光學薄膜 89
5.3 實驗量測設備 92
5.4 實驗結果與討論 93
5.5 光學檢測 95
第六章 結論與未來展望 102
6.1 結論 102
6.2 未來展望 103
參考文獻 105
作者簡介 108
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