关于太阳能电池减反射膜的研究报告
三层减反射膜的模拟及其在太阳电池中的应用
电池 的量 子效 率 与 ＡＭ１ ． ５太 阳光 谱 特 性设 计 减 反 射
膜 并应 用 到器 件上 的 系统研 究 尚报道 较少 。
ｅ ａ ｎ ｇ ｔ ｌ ｉ ｇ ’ ｈ ＼ ’ ｔ ‘ ， 、 厂 ． ／
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Ｉ Ｔ Ｏ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ， ｈｉ ｇｈ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ， ＣｄＳ ／ Ｃｄ Ｔ ｅ
使 用该减 反射 薄 膜后 ， 电池 的 量 子 效率 提 高 了 ７ ． ３ ；
光 电转换 效 率从 １ ２ ． ５ 提 高到 １ ３ ． １ ． ５ ；Ｈ４ ； 量 子 效率
中图分 类 号 ： Ｔ Ｎ３ ０ ４ 文献 标识 码 ： Ａ
示 。入射 光线 到达 太 阳电池 功能 层部分 的多 少直 接关 系到 太 阳电池 光 生 电流 的强 弱 。在 Ａｌ 。 Ｏ。 ／ Ｈ４ ／ Ｍｇ Ｆ 三层 减反 射膜 的 优 化 过程 中 ， 通过 改 变 三 层 减 反射 膜 中各 层 的厚 度 ， 经 过 软 件模 拟计 算 得 到 一 系列 不 同 的 入 射 到功 能层 的 透 过率 曲线 ， 用 以计 算 使 用减 反 射 膜 之 后 的短路 电流值 ， 从 中得 到使 短 路 电 流最 大 的三 层 减 反射 膜结 构 。软件 中“ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ” 数据 库用 于本设 计 的减反 射膜 材料 的折 射 率数据 均 由实验 室 所制 备 的样 品经分 光光 度法 计算 所得 。
２ 理 论 模 拟
２ ． １ 光 路 模 型 的 建 立
文 章编 号 ： １ ０ ０ １ － ９ ７ ３ １ （ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ４ — ０ ６ ０ ３ — ０ ４
太阳能玻璃减反增透膜研究现状及前景展望
太阳能玻璃减反增透膜研究现状及前景展望摘要：太阳能光伏发电装置的构成包括光伏玻璃，空气与光伏玻璃之间存在界面会导致太阳光反射，所折射的太阳光无法进入到光电转换中，从而容易出现光损耗问题。
减反射膜的合理应用，能够有效控制因折射率而产生的光损耗，所以在太阳能光伏发电装置中，需要镀减反射膜。
减反射膜不仅需要拥有良好的性能，也需要在不同环境下保持稳定性，满足光伏产业低成本与均匀成膜的标准。
关键词：光伏玻璃；减反射膜；研究太阳能光伏是目前最具发展潜力的清洁能源之一，各国相关从业者正全力开发各种先进技术与新产品，希望能提高光电转换效率。
而决定晶硅太阳能电池转换效率的因素中，最重要的决定因素是光电组件中的晶硅技术，其次是保护光电组件的太阳能光伏玻璃；相对而言，提高太阳能光伏玻璃的光学特性，要比提高晶硅电池的转换效率更容易，成本更低。
目前大部分的光伏封装玻璃为低铁超白压花玻璃，透光率可达91.5%以上，通过在太阳能光伏玻璃表面镀制一层减反射层有望进一步提升晶体硅光伏组件的发电功率。
本文系统介绍太阳能玻璃减反射膜的研究进展，并分析太阳能玻璃减反射膜存在的问题，对其发展趋势进行了展望。
一、太阳能玻璃减反射膜的研究现状溶胶-凝胶法是制备增透减反膜的常用方法，一般溶胶-凝胶法制备增透减反膜是以硅酸酯为原料，在酸或碱催化作用下，发生水解、缩聚等反应，生成一种颗粒状网状结构或线性网状结构的硅溶胶，一定条件下将溶胶在超白光伏玻璃基体上成膜，膜层经固化和钢化后形成增透减反膜。
从增透减反膜常见结构类型概括可分三类：（1）纳米实心颗粒减反射膜；（2）纳米介孔减反射膜；（3）纳米空心球颗粒减反射膜。
（一）纳米实心颗粒减反射膜早期的减反射膜是由几十到上百纳米粒径大小的 SiO2纳米颗粒堆积形成的薄膜，可通过球形颗粒大小来调节膜层透光率。
早在1947年1/4波长的二氧化硅减反射膜就被提出，到了1968年，用碱催化法制备的单分散球形二氧化硅颗粒制得了折射率低至1.22的减反射膜。
晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究讲解
毕业论文题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究目录摘要 (1)绪论 (3)第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6)1.1化学气相淀积技术 (6)1.2 PECVD原理和结构 (6)1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8)1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9)1.5表面钝化与体钝化 (9)第二章实验 (11)2.1 PECVD设备简介 (11)2.2 PECVD设备操作流程 (13)2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13)2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13)2.5 理论实验总结 (15)结束语 (16)参考文献 (17)晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。
氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。
探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。
本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。
实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。
关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。
关于太阳能电池减反射膜的研究报告
关于太阳能电池减反射膜的研究报告作者：杨嘉贺（江西南昌理工学院南昌 330044）【摘要】在太阳电池表面形成一层减反射薄膜是提高太阳电池的光电转换效率比较可行且降低成本的方法。
应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统，采用SiH4和NH3气源以制备氮化硅薄膜。
研究探索了PECVD生长氮化硅薄膜的基本物化性质以及在沉积过程中反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率对薄膜性质的影响。
通过大量实验，分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数，并得出制作战反射膜的优化工艺。
【关键词】太阳电池；PECVD减反射；氮化硅薄膜一、引言太阳能光伏技术是将太阳能转化为电力的技术，其核心是半导体物质的光电效应。
最常用的半导体材料是硅。
光伏电池由P型和N型半导体构成，一个为正极，一个为负极。
阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流，阳光强度越大，电流就越强。
太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。
晶体硅是当前太阳能光伏电池的主流。
目前晶体硅电池光电转换效率可以达到20％，并已实现大规模生产。
除效率外，光伏电池的厚度也很重要。
薄的硅片(wafer)意味着较少的硅材料消耗，从而可降低成本。
在查阅了大量国内外相关文献，并结合我国对晶体硅太阳电池技术开发的迫切需要，在制备太阳电池减反射膜(氮化硅薄膜)的工艺中，对气体流量比、微波功率、沉积压强和温度对减反射膜性质的影响进行了研究，通过大量有效的工作及一系列工艺数据，得出了制作减反射膜，分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数和优化工艺。
二、减反射膜（增透膜）工作原理2.1基本概念：在了解减反射薄膜原理之前，要先了解几个简单的概念：第一，光在两种媒质界面上的振幅反射系数为(1-ρ)／(1+ρ)，其中ρ为界面处两折射率之比。
第二，若反射光存在于折射率比相邻媒质更低的媒质内，则相移为180°；若该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率，则相移为零。
第三，光因受薄膜上下两个表面的反射而分成2个分量，这2个分量将按如下方式重新合并，即当它们的相对相移为180°时，合振幅便是2个分量振幅之差；称为两光束发生相消干涉。
降低太阳能电池表面反射率研究分析
降低太阳能电池表面反射率研究分析摘要：太阳能电池正面的一次反射损耗高，一直是制约光伏转换效率的关键挑战。
由于半导体层的折射率高于空气，部分太阳光在空气与半导体界面处丢失。
在空气和半导体之间形成逐渐变化的折射率，可以最大限度地减少表面反射，加强光捕获并促进pn结内的载流子分离，从而降低太阳能电池正面的一次反射损耗。
本文介绍的AAO纳米光栅和倒金字塔纳米结构，可有效降低表面反射损耗。
关键词：折射率； AAO纳米光栅；倒金字塔能源是发展和经济增长的主要驱动力，工业革命后全球能源在很大程度上依赖于化石燃料，而化石燃料的过度开采和使用，导致与能源生产相关的全球变暖、资源枯竭和生物多样性丧失等环境问题逐渐暴露。
2015年9月25日，可持续发展峰会在纽约召开，联合国共193个成员国于峰会上表决通过了17个可持续发展目标，旨在以综合方式解决社会、经济和环境三个维度的发展问题，向可持续发展道路转型。
可持续发展被定义为在不损害后代需求的情况下满足当代人的需求，可再生能源替代化石燃料势在必行。
电力作为一种功能性能源形式，是工业、农业以及现代设备运行的基础。
随着人口的增长和经济的发展，电力需求增长率逐年增加，而太阳能是一种很有前途的可再生能源。
光伏太阳能电池板技术(PV)在其运行过程中不会排放温室气体(GHG)，因此被认为是一种环境友好型技术，已研发出单晶硅电池、非晶硅电池、砷化镓电池和钙钛矿电池等不同类型的太阳能电池。
其中硅太阳能电池具有寿命长、性能可靠、价格低廉等优点，在光伏领域应用广泛。
光伏太阳能系统主要以并网和离网两种形式用于发电，并网系统主要应用于大型太阳能发电厂和城市区域小型分布式光伏发电，离网系统主要应用于家庭和小型商业电网。
为了满足全球对能源的需求，设计与制作具有高转换效率的太阳能电池是关键，提高太阳能电池的光电转换效率显得尤为重要。
作者简介：闫晓峰(1993-)，男，河南濮阳人，助理工程师，研究方向为新能源1 晶硅太阳能电池制备工艺流程随着晶硅太阳能电池经的工艺技术不断革新，光电转换效率不断提升，但是常规晶硅太阳能电池的生产工艺流程并无根本性改变。
太阳能电池减反射膜的作用
太阳能电池减反射膜的作用太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，它可以将太阳能直接转化为电能，减轻对传统能源的依赖，减少对环境的污染。
然而，太阳能电池在转化过程中会遭受反射损失，导致能量的浪费和效率的降低。
为了解决这个问题，人们开发了太阳能电池减反射膜，用以减少反射损失，提高太阳能电池的利用效率。
1.提高光吸收：减反射膜能够降低太阳光在太阳能电池表面的反射率，使更多的光线被吸收，转化为电能。
通常，普通玻璃表面的反射率约为4%，而具有减反射膜的太阳能电池表面的反射率可以降低到1%左右。
通过减少反射，太阳能电池的光吸收能力得到提高，从而提高了其转化效率。
2.增强光透射：太阳能电池减反射膜能够增强光的透射能力，使光线更容易通过太阳能电池的表面，达到光栅、PN结等光电器件之间，提高能量的传递效率。
光透射的增强可以有效降低太阳能电池光吸收层的光路径长度，减小光的损失，提高太阳能电池的光电转换效率。
3.抑制光能损失：减反射膜可以通过多层膜材料的叠加，实现光的全波段抑制，使光线更多地被吸收，而不是被反射出去。
这样可以有效减少光能的损失，提高电池的能量转化效率。
4.增加太阳能电池的耐候性和耐腐蚀性：太阳能电池减反射膜采用特殊的材料和处理工艺制成，具有良好的耐候性和耐腐蚀性，能够长时间稳定地保护太阳能电池表面光电转换层的性能和稳定性。
总的来说，太阳能电池减反射膜的作用是降低太阳能电池表面的反射损失，增加光的吸收和透射，提高太阳能电池的转化效率。
通过有效利用太阳能，并降低能源消耗，太阳能电池减反射膜可以减少对传统能源的依赖，保护环境，具有重要的经济和环境意义。
光伏减反射膜
光伏减反射膜光伏减反射膜是一种应用于太阳能电池板上的薄膜材料，其主要作用是减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。
在太阳能电池板的应用中，光伏减反射膜是非常重要的一种材料，下面我们来详细了解一下光伏减反射膜的相关知识。
光伏减反射膜是一种能够减少太阳光的反射的薄膜材料，其主要作用是提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。
在太阳能电池板的应用中，光伏减反射膜能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。
此外，光伏减反射膜还能够提高太阳能电池板的耐候性和耐腐蚀性，延长太阳能电池板的使用寿命。
二、光伏减反射膜的种类光伏减反射膜的种类主要有以下几种：1、硅氧化物减反射膜硅氧化物减反射膜是一种常用的光伏减反射膜，其主要成分是SiO2。
硅氧化物减反射膜具有良好的光学性能和化学稳定性，能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。
2、氮化硅减反射膜氮化硅减反射膜是一种新型的光伏减反射膜，其主要成分是Si3N4。
氮化硅减反射膜具有良好的光学性能和化学稳定性，能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。
此外，氮化硅减反射膜还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，能够延长太阳能电池板的使用寿命。
3、氧化锌减反射膜氧化锌减反射膜是一种常用的光伏减反射膜，其主要成分是ZnO。
氧化锌减反射膜具有良好的光学性能和化学稳定性，能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。
此外，氧化锌减反射膜还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，能够延长太阳能电池板的使用寿命。
三、光伏减反射膜的制备方法光伏减反射膜的制备方法主要有以下几种：1、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种常用的光伏减反射膜制备方法，其主要原理是利用高温下的物理气相反应，在太阳能电池板表面形成一层光伏减反射膜。
减反射膜研究报告
减反射膜基本理论在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫减反射膜。
减反射膜又叫增透膜，即能减少反射光、增加透射光的薄膜。
其基本原理是膜外界面反射光与膜内界面反射光叠加抵消,反射光就很微弱了,使几乎全部的光子进入薄膜中。
在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。
有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。
然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。
随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。
因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。
让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。
一、减反射膜原理1、从宏观上由能量守恒分析光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。
为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。
这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。
一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。
即满足能量守恒定律。
当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。
晶体硅太阳能电池减反射膜及其影响因素
摘要利用太阳能电池发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。
目前，80%以上的太阳电池是由晶体硅材料制备而成的，制备高效率低成本的晶体硅太阳能电池对于大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义。
减反射膜的制备和氢钝化是制备高效率的晶体硅太阳电池的非常重要工序之一。
减反射膜的对光的吸收又与那些因素有关呢？本实验将就镀膜功率、镀膜温度、镀膜时间等对氮化硅减反射膜的影响进行测试。
实验表明氮化硅薄膜的沉积速率随硅烷/氨气流量比增大而增大，随温度升高而略有降低,随沉积功率增大而明显增加，氮化硅薄膜的折射率随硅烷/氨气流量比增大而增大，随温度升高而略有增加,随沉积功率增大而略为降低。
关键词：太阳能；晶体硅；减反射膜；氮化硅AbstractThe use of solar power generation is one of the important ways to solve the energy and environmental problems. At present, more than 80% solar cells are made from crystalline silicon material prepared by the preparation of crystalline silicon solar cells, high efficiency and low cost is very important for the large-scale use of solar power generation has a meaning. Preparation and hydrogen passivation of antireflection films is one of the very important process of crystalline silicon solar cell fabrication of high efficiency. The absorption of light by antireflection coating is related to those factors? The experiments were tested on coating, coating temperature, coating time power such as antireflection coatings on silicon nitride. Experiments show that the silicon nitride film deposition rate increases with the silane / NH3 flow rate increases, and decreases slightly with the increase of temperature, while increases with the increase of deposition power, refractive index of silicon nitride film rate with silane / NH3 flow rate increases, and slightly increase with the increase of temperature, the power increases slightly with deposition reduce.Keywords: solar energy; crystal silicon; antireflection coating; silicon nitride目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 太阳能电池发展历史和现状 (2)1.3 中电投西安太阳能有限公司简介 (3)1.4 本论文的研究目的与意义 (3)2 硅太阳电池的减反射膜 (5)2.1太阳能电池的制造工艺 (5)2.2 氮化硅薄膜的性质与制备方法 (9)2.2.1 氮化硅薄膜的稳定性 (9)2.2.2碳化硅薄膜的优势 (11)2.2.3氮化硅薄膜的制备方法 (12)2.2.4工业制备氮化硅薄膜的方法 (14)2.2.5影响氮化硅薄膜性质的因素 (14)2.3 太阳电池氢钝化的机理和方法 (15)2.4 太阳电池氢钝化存在的问题 (18)2.5氮化硅薄膜对单晶硅的钝化 (19)2.6 氮化硅薄膜对多晶硅的钝化 (20)3 实验设备与过程 (22)3.1 PECVD设备 (22)3.2 RTP设备 (24)3.3 实验材料 (24)3.4 测试设备 (25)3.4.1 金相显微镜 (25)3.4.2 原子力显微镜(AFM) (25)3.4.3 扫描电子显微镜(SEM) (25)3.4.4 薄膜测试系统 (26)3.5 实验过程 (26)3.5.1 正交实验 (26)3.5.2 氢等离子体的钝化实验 (29)4 不同沉积参数对薄膜性质的影响 (30)4.1不同射频功率与薄膜沉积速率的关系 (31)4.2不同硅烷/氨气流量比与薄膜沉积速率和折射率的关系 (32)4.3热处理对氮化硅减反射膜的影响 (35)4.4热处理对少子寿命的影响 (38)总结 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 引言自1954年美国贝尔实验室的Chapin等人研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。
单晶硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究
南通大学毕业设计（论文）立题卡2、课题来源是指：1.科研，2.社会生产实际，3. 其他。
3、课题类别是指：1.毕业论文，2.毕业设计。
4、教研室意见：在组织专业指导委员会审核后，就该课题的工作量大小，难易程度及是否符合专业培养目标和要求等内容提出具体的意见和建议。
5、学院可根据专业特点，可对该表格进行适当的修改。
摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。
氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。
探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。
本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。
实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。
关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN from plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 太阳能光伏产业发展现状和未来 (1)1.2 晶体硅太阳能电池技术的发展 (1)1.3 本课题的主要内容 (2)第二章单晶硅太阳能电池的原理与工艺 (3)2.1 p-n结电池的基本结构 (3)2.2 p-n结电池的基本原理 (3)2.3 单晶硅太阳能电池工艺流程 (5)第三章PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (8)3.1 化学气相淀积技术 (8)3.2 PECVD的原理和结构 (9)3.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (10)3.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (11)3.5 表面钝化与体钝化 (11)第四章实验 (13)4.1 PECVD设备简介 (13)4.2 PECVD 设备操作流程 (14)4.3 SiN减反射膜PECVD镀制工艺流程 (15)4.4 最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (16)4.5 实验数据及分析 (17)4.6 实验总结 (19)第五章结束语 (20)参考文献 (22)致谢 (23)第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。
减反射膜
减反射膜调研
当太阳光入射到太阳能电池表面上时，部分的光将产生反射现象，大大降低了进入电池内的太阳光，从而降低太阳能电池的短路光电流密度，影响电池的光电转换效率。
因此，在制备太阳能电池的过程中，减反射膜工艺是降低太阳光在电池表面反射的有效途径。
减反射膜通过减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。
最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。
如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好π,即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。
适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。
减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。
两个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果两个光波原由相同，波程相差，如果这两个光波叠加，那么互相抵消了。
减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜，使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。
目前晶体硅光伏电池使用的减反射膜材料是氮化硅，采用等离子增强化学气相淀积技术，使氨气和硅烷离子化，沉积在硅片的表面，具有较高的折射率，能起到较好的减反射效果。
氮化硅薄膜光学性质的研究
氮化硅薄膜光学性质的研究摘要：氮化硅薄膜具有优良的光学性能，常用作太阳能电池表面的减反射材料。
采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较，并研究了退火对薄膜光学性能的影响。
研究发现：氮化硅薄膜经热处理后厚度降低，折射率先升高后降低。
关键词：太阳能电池；氮化硅薄膜；热处理引言由于有着良好的绝缘性，致密性，稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。
人们同时发现，在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池的转换效率，而且还可以降低生产成本。
作为一种减反射膜，氮化硅不仅有着极好的光学性能(λ =6 3 2 ． 8 n m时折射率在 1 . 8 ～2． 5之间，而最理想的封装太阳电池减反射膜折射率在 2 ． 1 ～2． 2 5 之间) 和化学性能，还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用，提高电池的短路电流。
因此，采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为光伏界的研究热点。
1 . 氮化硅薄膜的光学性质1 .1实验本实验采用2cm×2cm×400um的单面抛光的P型<100>Cz硅片，在沈阳科仪中心PECVD400型真空薄膜生长系统中生长氮化硅薄膜。
氮化硅薄膜制备过程如下：实验前使用乙醇和丙酮超声清洗样品15min以去除油污，然后用1号液(H20：H202：NH3·H20=5：1：1)和2号液(H20：H2O2：HCl=5：1：1)清洗，最后再使用5％稀氢氟酸(HF)漂洗5min以去除氧化层，去离子水洗净烘干后放人反应室。
采用硅烷(10％氮气稀释)和高纯氨气作为反应气体沉积氮化硅薄膜，其中沉积薄膜的生长参数如下：气体流量为硅烷30sccm、氨气60sccm、工作气压30Pa、射频频率 13．5MHz、沉积时间10min。
沉积薄膜后，采用传统的退火炉和新兴的快速热退火炉进行了氩气保护下不同时间和温度下的退火比较，并测试了薄膜退火前后的厚度、折射率。
晶硅太阳能电池减反射膜
晶硅太阳能电池减反射膜晶硅太阳能电池减反射膜，听起来有点高深，对吧？其实没那么复杂。
想象一下，一个阳光明媚的日子，阳光洒在你脸上，暖洋洋的。
你可能会想，太阳能可真是个好东西，可以把这些光转化为电，供我们用。
而这时候，晶硅太阳能电池就派上了用场。
不过，光是好光，咱们可不能让它白白溜走。
就像你吃冰淇淋，结果融化了，那可真是让人心痛。
这就引出了减反射膜的故事了。
其实这膜就像是给电池穿上了一件漂亮的“外衣”。
这种膜的作用可大了，它能有效减少光线的反射，想想看，要是阳光全都反射掉，那电池可就没啥用处了。
所以，这膜可不是普通的膜，而是有着神奇功能的“减反射膜”，听上去就像是个超级英雄，拯救着我们的电池，帮助它们吸收更多的阳光。
减反射膜的材料也很讲究。
一般是用一些特殊的化合物来制作，目的是为了让光线更好地进入电池。
有点像你喝饮料的时候，那个吸管，越细越好，能更快地把饮料吸上来。
这膜就是让光线更顺畅地进入电池的“吸管”，它的设计可是经过了无数次的试验，才得出来的，真的是用心良苦。
大家可能会问，为什么我们不直接把电池做得更厚，让它吸收更多的光呢？嘿嘿，这个想法听上去不错，但其实并不现实。
电池的厚度一旦增加，就会增加生产成本，反而不划算。
而减反射膜的出现，就好比给了我们一个省钱又有效的办法。
就像你在超市买东西，总会想着怎么用最少的钱买到最好的东西，减反射膜就是这个聪明的选择。
说到这里，你可能会好奇，这膜的使用效果到底怎么样。
减反射膜的使用，能够让晶硅太阳能电池的效率提高10%到20%。
这可是个不得了的数字，想象一下，如果你的电池本来只能提供100瓦的电力，现在变成了120瓦，那意味着你能省下更多的钱，或者在家里多装几台电器，也不用担心电费涨价了！再说，这种膜的耐用性也是值得一提的。
很多人担心膜一旦用了就不管用了，其实这个膜可经得起风吹雨打，不容易被损坏。
用在电池上的减反射膜，一般都经过了高温、潮湿、阳光直射等各种考验，真的是坚如磐石。
太阳电池减反射薄膜的研究共3篇
太阳电池减反射薄膜的研究共3篇太阳电池减反射薄膜的研究1太阳电池减反射薄膜的研究太阳能作为一种未来可持续发展的能源，受到越来越多人的关注。
而太阳能电池作为太阳能利用的主要方式之一，其效率的提高也受到了重视。
在太阳能电池的组件中，减反射膜是提高太阳能电池效率的重要手段之一。
减反射膜是一种可以应用于太阳能电池的类似于玻璃的材料，它能够减少太阳光的反射，增加光的透射，降低光的吸收和散射。
这样可以提高太阳能电池元件的光吸收率，进而增加光电转换效率。
随着太阳能电池的发展和应用，人们也越来越关注减反射膜的研究和应用。
太阳电池减反射薄膜通常采用单层或多层硅氮碳薄膜，其主要原理是光在其界面上的反射以及在材料中折射。
硅氮碳薄膜具有良好的耐热性、化学稳定性、耐腐蚀性和机械性能，能够在不增加太阳能电池制造成本的情况下大大提高其效率。
在研究中，常常通过修改硅氮碳膜的厚度、折射率等参数以达到最佳减反射效果，同时还需考虑到膜的加工工艺、成本等因素。
研究发现，多层硅氮碳薄膜具有更好的减反射效果，但加工成本也更高。
此外，某些材料具有抗污染、防水等特殊性能，可以应用在减反射膜中以提高其使用寿命和稳定性。
近年来，太阳能电池的发展已经进入了一个全新的阶段，更高效、更稳定的电池正在不断涌现。
在未来的实践中，太阳电池减反射薄膜的研究将会更加重要，同时也会更加复杂和多样化。
科学家们将继续探究各种材料、工艺和技术，为太阳能电池的应用打下更加坚实的基础减反射膜在太阳能电池的应用中起着重要的作用，通过减少反射、增加光透过率和降低光吸收和散射来提高光-electric转换效率。
目前，多层硅氮碳薄膜在太阳电池减反射薄膜中具有良好的效果，但也面临加工成本较高的问题。
在未来，随着太阳能电池技术的不断发展，太阳电池减反射薄膜的研究将会更加复杂和多样化，科学家们将继续探究各种材料、工艺和技术，为太阳能电池的应用打下更加坚实的基础太阳电池减反射薄膜的研究2太阳电池减反射薄膜的研究太阳电池的效率随着太阳辐射强度的变化而变化，而太阳辐射的反射率是影响太阳电池效率的一大因素。
离子源在太阳电池减反射膜沉积中的应用研究
当前空间型号所使用的主流太阳电池是结构为 GaInP/GaInAs/Ge 的高效三结太阳电池 (以下简称太阳电池)， 其光电转换效率约为 30%[1]。为了减少太阳电池表面的光反射 损失，常用的方法是在电池表面沉积减反射膜，可使太阳电池 表面反射率由 30%～ 40%降低至 5%～ 10%，电池短路电流增 加，光电转换效率得到提升。
目前太阳电池主要采用由 Al2O3 和 TiO 构成的双层减反 射膜体系，在真空环境下利用电子束热蒸发的方式实现沉积[2]。 为了提高减反射膜的致密度和牢固度，保证膜层有效折射率 满足设计值要求[3]，在沉积薄膜时需要对真空室内进行烘烤加 热，烘烤温度一般在 200 ℃ 以上。在实际操作中升温和降温过 程大大增加了工艺时间。
中图分类号：TM 914
文献标识码：A
文章编号：1002-087 X(2019)06-0979-03
Research of ion source assistance for solar cell anti-reflection coating deposition
SUN Xi-peng1，LI Xiao-dong1，DU Yong-chao1,2，XIAO Zhi-bin1,2
Abstract: The anti-reflection coating of three junction solar cell (GaInP/GaInAs/Ge) is deposited by ion source assistance without heating. Setting of ion source influences the refractive index of anti-reflection coating. The reflectance, short current and efficiency enhancement of solar cell are also measured after coating deposition. When anode voltage is 150 V to 180 V and emission current is 5 A to 6 A, the efficiency enhancement of solar cell is optimal. According to the result of external quantum efficiency (EQE), structural damage of solar cell caused by ion source occurs at top junction. Key words: ion source assistance; solar cell; anti-reflection coating
【豆丁-推荐】-GaAs太阳电池减反射膜的设计
2010年第1期漳州师范学院学报(自然科学版)No. 1. 2010年（总第67期） Journal of Zhangzhou Normal University（Nat. Sci.）General No. 67 文章编号:1008-7826(2010)01-0070-04GaAs太阳电池减反射膜的设计黄生荣1,2(1. 厦门大学物理系, 福建厦门361005; 2. 厦门三安电子有限公司, 福建厦门 361005)摘要: 利用实际测量的光谱响应结果来对GaAs单结太阳电池减反射膜进行设计优化. 先初步设计单结GaAs太阳电池SiN减反射膜厚度，然后太阳电池片样品进行光谱响应测量. 利用实际测量的光谱响应结果推算电池样品在AM1.5条件下的无反射时光谱响应，根据计算的结果来对GaAs单结太阳电池减反射膜厚度进行设计优化. 优化结果表明83nm为GaAs单结太阳电池单层减反射膜厚度的最优值.关键词: GaAs ; 太阳电池；减反射膜；光谱响应中图分类号： O472+.8文献标识码： ADesign of Anti-reflection Coating for GaAs Solar CellsHUANG Sheng-rong1,2(1.Department of Physics, Xiamen University, Xiamen, Fujian 361005, China; 2.Xiamen San'an Electronics Co. Ltd, Xiamen,Fujian 361005, China)Abstract：According to the measurement results of spectral response, the anti-reflection coating for GaAs single-junction solar cells is designed. Firstly, the anti-reflection coating of SiN was fabricated but the thickness of anti-reflection coating was not optimized. Then the spectral response of the solar cell sample was measured. The no-reflection spectral response of AM 1.5 condition was calculated using the measurement results of spectral response. According to the calculation results, the optimized thickness of anti-reflection coating was designed.The optimized thickness of anti-reflection coating for GaAs single-junction solar cells is 83nm.Key words: GaAs ; Solar Cell ; anti-reflection ; spectral response1 引言传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展. 在这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点. 丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源，而其中太阳能发电是目前利用太阳能的热点研究领域. 太阳电池是把光能转换为电能的光电子器件. 相对于硅太阳电池，GaAs太阳电池具有更高的光电转换效率、更强的抗辐射能力、更好的耐高温性能，是国际公认的新一代高性能长寿命空间主电源和极具潜力的民间新能源. 为了减少GaAs 太阳电池表面反射损失以提高太阳电池的转换效率，在太阳电池表面窗口层上制备减反射膜是经常采用的方法. 国内外有许多研究机构对太阳电池单层、双层甚至三层减反射膜进行了理论计算和实际的设计应用，明显的提高了太阳电池的转换效率[1-6]. 本文利用实际测量的相对光谱响应结果来对GaAs单结太阳电池减反射膜进行设计优化，用于指导实际的太阳电池制备工艺.虽然单层减反射膜很难实现宽谱域上理想的减反射效果，但是相对双层甚至更多层减反射膜的设计和制备工艺来说，单层减反射膜设计简单、制备工艺稳定；而且通过实际测量单结GaAs太阳电池的相对光收稿日期: 2009-05-20作者简介: 黄生荣(1978-), 男, 江西省上高县人, 博士后, 高级工程师.第1期 黄生荣：GaAs 太阳电池减反射膜的设计 71谱响应，发现单结GaAs 太阳电池光谱响应的光谱较窄，优化设计单层减反射膜基本可以满足需要. 本文通过实际测量的光谱响应从而来对单结太阳电池单层减反射膜进行设计优化，这种方法同样可以适用于太阳电池多层减反射膜的设计优化.2 样品相对光谱响应测量单结GaAs 太阳电池窗口层采用的是GaInP 材料，选用SiN 作为减反射膜的材料，SiN 材料折射率在2左右，其折射率和GaInP 材料折射率平方根接近，致密性好. GaAs 材料禁带宽度约1.43eV ，我们先初步设计SiN 减反射膜厚度90nm ，通过PECVD 沉积，实际测量约92nm. 光谱响应测量光源选用250W 溴钨灯，利用ARC 公司光栅单色仪进行分光. 图1为实际测量样品的光谱响应曲线，纵座标的高度表示不同波长的光在同样光谱辐照度下电流响应的相对大小. 从图中可以看出600nm ～860nm 的波段电流相对响应较大. 考虑到地面实际应用的情况，目前地面一般采用的测量标准是在AM1.5的情况下进行测量，根据实际测量的光谱响应我们取AM1.5条件下350nm ～1000nm 波段范围内光谱辐照度分布如图2所示[7].300400500600700800900100011000.00.20.40.60.81.0S p e c t r a l r e s p o n s eWavelength(nm)300400500600700800900100020040060080010001200140016001800S p e c t r a l i r r a d i a n c eWavelength(nm)图1 样品实际测量光谱响应 图2 AM1.5光谱辐照度分布（350nm ～1000nm ）把实际测量的相对光谱响应和AM1.5条件下不同波长光谱辐照度分布相乘，即可以得到电池样品在AM1.5条件下的响应如图3所示，谱峰的高低反映AM1.5情况下电池在某一波长响应电流相对值的大小，从图中可见560nm ～870nm 之间的电流响应较大.3004005006007008009001000200400600800100012001400R e l a t i v e s p e c t r a l r e s p o n s eWavelength(nm)40050060070080090010000.000.050.100.150.200.250.30R e f l e c t i v i t yWavelength(nm)图3 样品AM1.5下响应 图4 样品减反射膜反射率随波长变化的情况3 减反射膜优化设计考虑到实际测试的样品已经制备上了减反射膜，进行优化设计时首先要先去除这一部分因素对光谱响应的影响，即希望得到完全无反射时样品的光谱响应. 单层减反射膜的反射率为[8]：72 漳州师范学院学报（自然科学版） 2010年∆+++∆++=cos 21cos 2212221212221R R R R R R R R R （1） 式中：R 1、R 2分别为外界介质——膜和膜——电池窗口上的菲涅尔反射系数；∆为膜层厚度引起的位相角. 其中：n n n n R +−=001 ， sisin n n n R +−=2， 0/4λπnd =∆ （2）0n 为空气折射率；n 为SiN 折射率；si n 为GaInP 折射率；d 为减反射膜厚度；0λ为波长. 代入实际数值可以得到测量样品减反射膜反射率随波长变化的情况如图4所示，从600nm ～900nm 波段之间反射率很小.由反射率和测量所得光谱响应曲线可以计算得到样品无反射时光谱响应曲线如图5所示，从图中可以看出550nm ～870nm 波段之间电流响应较大，结合前面计算的单层减反射膜反射率随波长变化的情况，优化设计单层减反射膜基本可以满足需要，而不一定需要制备双层甚至三层的减反射膜.30040050060070080090010000.00.20.40.60.81.0S p e c t r a l r e s p o n s eWavelength(nm)3004005006007008009001000200400600800100012001400R e l a t i v e s p e c t r a l r e s p o n s eWavelength(nm)图5 样品无反射时光谱响应 图6 样品AM1.5下无反射时响应同样把无反射时光谱相对响应和AM1.5条件下不同波长光谱辐照度分布相乘，即可以得到电池样品在AM1.5条件下的无反射时的响应如图6所示，从图中可见550nm ～870nm 波段之间的电流响应较大.考虑到实际AM1.5条件下太阳光谱分布、减反射膜反射率和相对光谱响应，则总的各波长电流响应可以表示为：12()[1()]()I Q R S d λλλλλλ=−∫ （3）)(λQ 为AM1.5不同波长光谱辐照度，)(λR 为太阳电池对不同波长反射率，)(λS 为太阳电池无反射时光谱响应，21,λλ为太阳电池吸收光谱的上、下限，本文中对于单结GaAs 电池取nm nm 900,35021==λλ.减反射膜厚度主要影响短路电流的变化而对开路电压的影响忽略不计，最佳的减反射膜厚度必须使得相对电流响应最大，即优化的减反射膜必须使得总的相对电流响应I 值最大. 显然AM1.5不同波长光谱辐照度)(λQ 和无反射时相对光谱响应)(λS 在各个波长是确定值，式中的变量是反射率)(λR ，而反射率)(λR 的变化是通过调节减反射膜的厚度来实现的. 考虑到实际制备的工艺条件，计算时厚度变化的间隔第1期 黄生荣：GaAs 太阳电池减反射膜的设计 73为1nm ，结合图4样品减反射膜厚度为92nm 时反射率随波长变化的情况和图6 样品AM1.5下无反射时光谱相对响应的情况，取变化的区间为70nm ～100nm.图7为减反射膜在70nm ～100nm 范围变化时，I 相对值的情况，可得减反射膜厚度为83nm 时，I 值最大，即83nm 为GaAs 单结太阳电池单层减反射膜厚度的最佳值. 通过优化制备的单结GaAs 太阳电池AM1.5条件下光电转换效率约为20.8%.4 讨论和结论本文首先初步设计单结GaAs 太阳电池SiN 减反射膜厚度，制备出太阳电池片. 然后对太阳电池片样品进行相对光谱响应测量. 利用实际测量的相对光谱响应结果推算电池样品在AM1.5条件下的相对光谱响应，进而推算电池样品在AM1.5条件下的无反射时相对光谱响应，根据计算的结果来对GaAs 单结太阳电池减反射膜厚度进行设计优化. 优化结果表明，当减反射膜厚度为83nm 时，AM1.5条件下总的相对电流响应最大，即83nm 为GaAs 单结太阳电池单层减反射膜厚度的最优值.当然首先在计算过程中我们没有考虑减反射厚度条件变化对太阳电池开路电压的影响；其次没有考虑太阳电池窗口层材料和减反射膜材料折射率的色散效应；再次进行理论优化设计时只考虑太阳光垂直入射的情况，因此，我们的优化设计结果和设计最优化值之间存在一定的误差，在实际制备工艺时应该考虑在理论设计最优化厚度值附近进行调整，从而找到最佳的实际厚度值. 本文通过实际测量相对光谱响应来对单结太阳电池单层减反射膜进行设计优化，这种方法同样可以适用于太阳电池多层减反射膜的设计优化.参考文献:[1] 杨文华, 吴鼎祥, 李红波. 空间高效硅太阳电池减反射膜设计与数值分析[J]. 半导体学报, 2004 , 25(9): 1118.[2] 袁海荣, 向贤碧, 常秀兰, 等. Al x Ga 1-x As/ GaAs 太阳电池MgF 2/ZnS 双层减反射膜的研究[J]. 太阳能学报, 2000, 21(4): 371.[3] 王永东, 崔荣强, 徐秀琴. 太阳电池减反射膜系统的研究[J]. 太阳能学报, 2001, 22 (3): 317.[4] Bouhafs D, Moussi A, Chikouche A, et al. Design and simulation of anti-reflection coating systems for optoelect ronicdevices: application to silicon solar cells[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 1998, 52(1-2): 79.[5] Lee S E ,Chio S W,Yi J. Double-layer anti-reflection coating using MgF 2 and CeO 2 films on a crystalline siliconsubstrate[J].Thin Solid Films, 2000, 376(1-2): 208.[6] Cid M, Stem N, Brunetti C, et al. Improvements in anti-reflection coatings for high efficiency silicon solar cells[J]. Surfaceand Coatings Technology, 1998, 106(2-3): 117.[7] 地面用太阳电池标定的一般规定. 中华人民共和国国家标准, 1987, GB 6497—86. [8] Heavens O S. Optical proper of thin solid films[M]. London, 1965.[责任编辑: 喻玉萍]65707580859095100IThickness of AR (nm)图7 I 相对值随AR 厚度变化。
太阳能电池用减反射膜的制备及性能研究
1 2 3
镀膜层数 陈化时间 溶液滴加方式
研究方案
（1）本实验采用的溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺， 以正 硅酸乙酯为成膜原料，无水乙醇为溶剂，盐酸作催 化剂，制备涂膜母液，并结合浸渍-提拉工艺制备出 SiO2薄膜。 （2）以控制变量原则，设置多组实验，通过X射线 衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)的表征，进行多项对比， 考察薄膜的微观组织结构和透光率。研究升温速率、 原料组成、催化剂的用量对膜层开裂的影响；再研 究溶液滴加方式、镀膜层数、陈化时间对SiO2薄膜 透过率的影响。总结得到SiO2薄膜开裂的原因和光 减反性能影响因素，获得SiO2太阳能电池用减反射 膜最佳制备方案。
温室效应 空气污染
太阳能作为一种清洁、可再生、持久的替代能源有着强大的竞争 力和重要性。运用于日常生活、交通、通讯等领域。
研究现状
• 目前所使用的太阳能光伏玻璃主要是单绒面低铁 超白玻璃，其透过率仅为９１％左右，光反射损 失率达到８％左右，因此通过在光伏玻璃表面沉 积减反射膜的方法来提高其太阳光透过率，是一 种提高光电转换效率的有效方法。 • 增透膜的制备方法有真空蒸镀法、溅射法、溶胶 －凝胶法、化学气相沉淀法等。 • 溶胶－凝胶法应用最广泛，其制备的减反膜纯度 较高，组成成分较好控制，反应温度低，具有流 变特性，可控制孔隙度，容易制备各种形状；工 艺较简单，能同时进行双面镀膜；对于大面积基 底的镀膜来说，成本较低。
研究内容
1 2
SiO2减反薄膜的制备
SiO2薄膜开裂的研究
3
光减反性能的研究
SiO2减反薄膜的制备
加入盐酸搅拌 水+乙醇搅拌 二氧化硅溶胶
正硅酸乙酯和 乙醇混合均匀
重复镀膜 干燥、焙烧 浸渍—提拉镀膜 干净普通玻璃
太阳电池减反射膜设计与分析
第10卷第1期2004年2月上海大学学报(自然科学版)JOURNAL OF SHAN GHAI UN IV ERSIT Y (NA TURAL SCIENCE )Vol.10No.1Feb.2004收稿日期:2003206208 作者简介:杨文华(1979～),男,安徽芜湖人,硕士生,主要从事半导体光电器件方面的研究. 文章编号:100722861(2004)0120039204太阳电池减反射膜设计与分析杨文华1, 李红波2, 吴鼎祥1(1.上海大学理学院,上海200436;2.上海空间电源研究所,上海200233)摘要:根据光学薄膜原理,利用计算机程序对太阳电池减反射膜进行模拟仿真,得到反射率R (λ)与波长λ的关系曲线,并利用曲线对减反射膜进行优化.设计出几种常用材料制备单、双、三层减反射膜时的最佳膜系参数,为太阳电池减反射膜的制备提供理论依据.分析了电池封装和电池表面钝化对反射曲线的影响,并验证了实验结果.关键词:太阳电池;减反射膜;反射率曲线中图分类号:TN 305 文献标识码:ADesign and Analysis of Anti 2R eflection Coating for Solar CellsYAN G Wen 2hua 1, L I Hong 2bo 2, WU Ding 2xiang 1(1.School of Sciences ,Shanghai University ,Shanghai 200436,China ;2.Shanghai S pace Power Institute ,Shanghai 200233,China )Abstract :According to the theory of optical films ,a computer program is developed to simulate the anti 2reflection coatings for solar cells.Reflection curves are obtained using the program.Optimization of several anti 2reflection structures is realized by using the reflection curves.Parameters of single layer ,double layer and three 2layer anti 2reflection coatings are designed.These theoretical parameters can be used to guide experiments.The influence of encapsulation and surface passivation on the reflection curves is discussed ,and theoretical reflection curves have verified the experimental results.K ey w ords :solar cells ;anti 2reflection coatings ;reflection curves 太阳电池是把光能转换为电能的光电子器件.它的光电转换效率定义为总输出功率与入射到太阳电池表面的太阳光总功率的比值.为提高电池的光电转换效率,应减少电池表面光的反射损失,增加光的透射.目前主要采用两种方法[1～4]:(1)将电池表面腐蚀成绒面,增加光在电池表面的入射次数;(2)在电池表面镀一层或多层光学性质匹配的减反射膜.减反射膜的设计直接影响着太阳电池对入射光的反射率,对太阳电池效率的提高起着非常重要的作用.本文将以硅太阳电池为例,根据光学薄膜原理[5],对硅太阳电池减反射膜进行计算机仿真模拟,模拟出反射率R (λ)与波长λ的关系曲线,并利用太阳光谱和硅的光谱响应[6]选定中心波长对曲线进行优化,得到反射最小时的最佳膜系参数,为高效硅太阳电池减反射膜的制备提供了理论上的指导.文中还给了出几种常用的减反射膜材料制备单、双、三层膜时的膜系参数,并对太阳电池封装和太阳电池表面钝化对反射率变化曲线的影响进行了讨论,应用到实际生产中,取得了较好的效果.1 原 理单层减反射膜是利用光在减反射膜的两侧处反射光存在位相差的干涉原理而达到减反射效果,可利用菲涅耳公式求得反射率.对于多层膜系,可以用一个等效界面来表示,只要求得等效导纳Y ,就可以求得膜系的反射率.反射率R 的计算方法如下:已知m 层膜系的各层膜材料的折射率和厚度分别为n k ,d k (k =1,2,……,m ),入射介质和电池基底材料折射率分别为n 0、n m +1,光波入射角θ0,ηk 为光学导纳.第m 层的干涉矩阵为M =7mk =1M k ,其中,M k 为第k 层的干涉矩阵M k =cos δk i (sin δk )/ηki ηk sin δk cos δk,式中,δk =2πn k d k cos θk /λ(k =0,1,……,m )为位相厚度,ηk =ηk /cos θk P 分量,ηk cos θk S 分量, k =0,1,……,m ,而θk 可由下式逐次求出:n 0sin θ0=n k sin θk ,k =1,2,……,m ,m +1,一般,膜系的干涉矩阵是一个2×2的干涉矩阵,M =M 11M 12M 21M 22,令B C=M3 1ηm +1,则等效导纳Y =CB,对波长λ的光整个膜系的反射率为R (λ)=η0-Yη0+Y η0-Yη0+Y. 膜系的反射率R 取决于上面的膜系参数.一般情况下,入射角和入射光光谱分布是已知的,因此膜系的反射率可通过调整层数m 和各层膜的光学厚度n i d i (i =1,2,…,k )来得到最佳的反射率曲线.在设计中,为简化设计的复杂性,作了以下的基本假定:(1)由于硅的吸收系数较小,可忽略消光系数的影响[7];(2)把材料的折射率看作是恒定值,不随波长变化,即忽略材料的色散效应;(3)只考虑了入射光垂直入射到电池表面的情况.由于硅的光谱响应范围为300～1200nm ,所以只考虑波长在300～1200nm 范围的光的减反射.为了使硅能够吸收更多的光子,并将这些光能转换为电能,我们在设计时尽量使有最小反射率的光的波长接近电池材料的光谱响应峰值,同时也要兼顾太阳光的光谱特性.我们考虑了太阳光谱及硅的光谱响应,把550nm 确定为中心波长,欲使反射率最小,就要使在中心波长550nm 附近的光反射率尽可能的小,同时还要兼顾在300～1200nm 范围内其它波长点光的减反射,以使得在此波长范围内光的整体反射率达到最小.2 模拟及实验结果2.1 在空气中反射率的变化曲线以MgF 2(n =1.38)、SiO 2(n =1.46)、Al 2O 3(n =1.9)、TiO 2(n =2.3)材料为例,由计算机仿真得到在空气中的反射率变化曲线(图1～4).由图1可以看出,波长一定时,随着厚度的变化反射率R 也有较大的变化,折射率大的材料的反射率对厚度的变化更敏感,而折射率小的材料对厚度变化的依赖性要小一点.对于不同的材料,都有一个最佳的厚度值,对应着最小的反射率.由图2可以看出,对于单层膜,采用Al 2O 3(n =1.9),厚度d =72nm 时,减反射效果比较好.但仅仅对中心波长附近的光的减反射效果较好,对远离中心波长的光的减反射效果不太理想,不能在电池的光谱响应的最大波长范围内降低反射率.图3为4种双层减反射膜的反射曲线.比较图2、3可以看出,优化后的双层膜在很大的波长范围内都有较小的反射率,在300～1200nm波长范围内,双层膜比单层膜的减反射效果要好.此外,还设计了几种三层膜系(如图4).由图可见,三层减反射膜在较宽波长范围内有较低的反射率,与单层膜相比,三层膜系也有较好的减反射效果.由上图1 单层膜反射率R 随膜厚d 的变化曲线(波长为550nm)Fig.1 R eflection as a function of thickness (single 2layer ,λ=550nm)4 上海大学学报(自然科学版)第10卷 图2 单层膜反射率R 随波长λ的变化曲线Fig.2 R eflection as a function of w avelength(single 2layer)图3 双层膜反射率R 随波长λ变化曲线Fig.3 R eflection as a function of w avelength(double 2layer)图4 三层膜反射率R 随波长λ的变化曲线Fig.4 R eflection as a function of w avelength(three 2layer)图可知,双层膜材料折射率一般要满足n 0<n 1<n 2<n 3(n 0、n 3分别为入射介质折射率、基底折射率,n 1、n 2分别为双层膜材料的折射率)关系时,才会有较好的减射效果.对于三层膜系,与基底相邻的材料的厚度较小时,会取得较好的减反射效果.2.2 封装后的反射率曲线的变化一般情况下,电池都要在封装后使用.封装后,与减反射膜相邻的入射介质为玻璃和减反射膜之间的硅胶(n =1.43),这时反射率曲线将发生变化.这里分别给出了SiO 2/TiO 2双层膜系在电池封装前后的反射率曲线的变化(如图5).显然,封装后SiO 2/TiO 2双层膜的反射曲线和单层膜的反射曲线比较相似,只在中心波长点附近有较低的反射率,不能在整个波长范围内降低反射率,减反射效果不太理想.这是因为第一层膜SiO 2的折射率与入射介质硅胶的折射率相当,这使得该双层膜退化为近似的单层膜.因此,考虑封装后,双层膜的第一层的折射率应远大于硅胶的折射率,第二层的折射率也应该增大,才会有较好的减反射效果.结合现有的减反射膜材料,我们分别采用了MgO (n =1.74)、CeO 2(n =2.4)作为双层膜的顶层和底层材料.考虑封装进行优化,得到了MgO (80nm )/CeO 2(60nm )双层膜系,反射曲线如图5.显然,与SiO 2/TiO 2双层膜相比,优化后的MgO (80nm )/CeO 2(60nm )双层膜反射曲线更为理想,在整个硅的光谱响应范围内有较好的减反射效果.图5 封装前、后双层膜反射率R 随波长λ的变化曲线Fig.5 Comparision of reflections versus w avelength betw eenencapsulation and without encapsulation (double layer)2.3 钝化层对反射率曲线的影响大多数太阳电池都进行表面钝化,在电池基底和减反射膜之间有一层10～20nm 厚的钝化层,因此原先设计的SiO 2/TiO 2双层减反射膜难以达到预14 第1期杨文华,等:太阳电池减反射膜设计与分析 定的减反射效果.针对这一现象,对原来的减反射膜系进行了优化.实验发现,适当降低第二层TiO2厚度时,减反射效果得到改善.表1为经上海空间电源研究所测试的镀膜前、后及考虑钝化层优化后太阳电池电性能的变化.由表1可看出,与镀膜前相比,分别镀上两种参数的减反射膜后,开路电压提高了1.7%,短路电流I SC分别提高了42.1%、45.1%,效率η分别提高了45%、47%.考虑钝化层后设计的膜系与没考虑钝化层设计的膜系相比,电池的短路电流I SC提高了2.1%,效率η提高了1.4%.表1 有钝化层时减反射膜优化前后电池电性能的变化 T ab.1 The performance variations of solar cells withpassivation betw een antireflection coatingsand without antireflection coatingsV OC/mV I SC/mA FFη/%镀膜前6002350.78210.2镀膜后(优化前)6103340.78214.8镀膜后(优化后)6103410.78215.图6 钝化层对反射曲线的影响Fig.6 The influence of passivation on reflection 根据这一实验结果,我们利用计算机程序对有钝化层电池的减反射膜重新进行了理论上的优化设计,可以把双层减反射膜看作是三层膜(钝化层为膜系的第三层)重新进行设计,调整原先的双层膜膜系参数,这与一般的三层膜设计的不同在于第三层膜的参数(折射率n、厚度d)已经确定.设计中,根据所测电池的实际情况,钝化层取为SiO2(n=1.46, d=15nm),故原来的SiO2/TiO2双层膜变为SiO2/ TiO2/SiO2(15nm)三层膜.图6中曲线a为SiO2 (94nm)/TiO2(60nm)双层膜应用在无钝化层的电池上的反射率曲线.对于有钝化层的电池,SiO2 (94nm)/TiO2(60nm)双层膜实际上变为SiO2 (94nm)/TiO2(60nm)/SiO2(15nm)三层膜,此时反射率曲线为曲线b,显然,减反射效果不太理想.于是我们改变了原来的SiO2/TiO2双层膜的参数得到SiO2(94nm)/TiO2(40nm)/SiO2(15nm)三层膜曲线c.由曲线b、c可以看出,当把第二层膜TiO2厚度由60nm降低到40nm时,反射率有所下降.这与实验中的适当降低第二层膜厚度会改善减反射效果的结果一致.3 结 论本文对硅太阳电池减反射膜进行了优化设计.利用计算机对硅太阳电池的减反射膜进行了仿真模拟,根据反射率曲线得到了最佳的减反射膜膜系参数,解决了封装和钝化层对减反射膜的影响.考虑封装后,优化得到MgO(80nm)/CeO2(60nm)双层减反射膜有较好的减反射效果.有钝化层时,把SiO2/ TiO2双层减反射膜看作SiO2/TiO2/SiO2(15nm)三层减反射膜重新进行优化设计,给出了优化的膜系参数,为实验结果提供了理论的依据.此外,本文所设计的程序和减反射膜的优化设计方法,对于其它材料的太阳电池也是适用的.参考文献:[1] Pierre Vcrlinden,et al.The surface texturization of 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关于太阳能电池减反射膜的研究报告作者：杨嘉贺（江西南昌理工学院南昌 330044）【摘要】在太阳电池表面形成一层减反射薄膜是提高太阳电池的光电转换效率比较可行且降低成本的方法。
应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统，采用SiH4和NH3气源以制备氮化硅薄膜。
研究探索了PECVD生长氮化硅薄膜的基本物化性质以及在沉积过程中反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率对薄膜性质的影响。
通过大量实验，分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数，并得出制作战反射膜的优化工艺。
【关键词】太阳电池；PECVD减反射；氮化硅薄膜一、引言太阳能光伏技术是将太阳能转化为电力的技术，其核心是半导体物质的光电效应。
最常用的半导体材料是硅。
光伏电池由P型和N型半导体构成，一个为正极，一个为负极。
阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流，阳光强度越大，电流就越强。
太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。
晶体硅是当前太阳能光伏电池的主流。
目前晶体硅电池光电转换效率可以达到20％，并已实现大规模生产。
除效率外，光伏电池的厚度也很重要。
薄的硅片(wafer)意味着较少的硅材料消耗，从而可降低成本。
在查阅了大量国内外相关文献，并结合我国对晶体硅太阳电池技术开发的迫切需要，在制备太阳电池减反射膜(氮化硅薄膜)的工艺中，对气体流量比、微波功率、沉积压强和温度对减反射膜性质的影响进行了研究，通过大量有效的工作及一系列工艺数据，得出了制作减反射膜，分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数和优化工艺。
二、减反射膜（增透膜）工作原理2.1基本概念：在了解减反射薄膜原理之前，要先了解几个简单的概念：第一，光在两种媒质界面上的振幅反射系数为(1-ρ)／(1+ρ)，其中ρ为界面处两折射率之比。
第二，若反射光存在于折射率比相邻媒质更低的媒质内，则相移为180°；若该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率，则相移为零。
第三，光因受薄膜上下两个表面的反射而分成2个分量，这2个分量将按如下方式重新合并，即当它们的相对相移为180°时，合振幅便是2个分量振幅之差；称为两光束发生相消干涉。
如图1所示膜有2个界面就有2个矢量，每个矢量表示一个界面上的振幅反射系数。
如果膜层的折射率低于基片的折射率，则每个界面上的反射系数都为负值，这表明相位变化为180°。
当膜层的相位厚度为180°时，即膜层的光学厚度为某一波长的1／4时，则2个矢量的方向完全相反，合矢量便有最小值。
如果矢量的模相等，则对该波长而言；2个矢量将完全抵消，于是反射率为零。
镀制有减反射薄膜的太阳电池的反射率R为：式中：R1，R2分别为外界介质与膜和膜与硅表面上的菲涅尔反射系数；△为膜层厚度引起的位相角。
其中：式中：n，n0，nSi分别为外界介质、膜层和硅的折射率；λ入射光的波长；d为膜层的实际厚度；nd膜层的光学厚度。
当波长λ0为光的垂直入射时，因此，完善的单层减反射薄膜条件是膜层的光学厚度为1／4波长，其折射率为基片和入射媒质折射率相乘积的平方根。
2.2工作原理光具有波粒二相性，即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子（注意，这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。
它们都是微观上来讲的。
红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。
而一个光子的质量是6.63E-34千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的，因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。
在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光（注意：这里说的是红光）在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了.为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。
膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。
三、减反射薄膜的材料要想将光电池对光反~射引起的损失减至最小，因此必须使反射系数ρ最小，如上分析，对单层减反射薄膜必须满足：对硅光电池来讲，如果光直接从空气射入电池，n0=1，nSi=3．8，则折射率为1．9时的介质膜为最佳，但是它仅仅对特定波长的单色光为最佳，对于一般的复色光源，邻近特定波长的光，在确定的介质材料和厚度下，由于条件不完全满足，反射光只可能部分地被抵消，虽然ρ有所增大，但对波长较远的光，起不到减反射作用，因此在设计中应选取适当的n1材料和制作合适的膜厚t，才能使其波长落在光源辐射最强的波长附近。
几种能够作为减反射薄膜的材料和它的折射率列在表1中，可供参考：由于氮化硅的折射率为1．9，是很理想的减反射膜材料，所以研究中采用的就是这种材质的减反射膜。
氮化硅薄膜的折射率高，其中晶态氮化硅薄膜的折射率为2．0；非晶态氮化硅薄膜的折射率会在其左右一定范围内波动。
氮化硅薄膜的厚度和颜色有对应关系，如表2所示。
厚度可用椭圆偏振仪精确测量。
在能够估计厚度范围的情况下，可根据氮化硅薄膜的颜色和表中所列的颜色进行比较，以此来确定氮化硅膜的大约厚度。
图2～图4分别为镀膜前、80 nm左右SiN薄膜和65 nm左右的SiN薄膜图示。
3 实验与讨论本研究使用德国ROTH&RAU科学仪器研制中心制造的PECVD-SiNA1型设备制备不同厚度的SiN薄膜。
测试设备用：SENTECH生产SE-400ADV的激光偏振仪；SEMILAB生产的WT-2000的少子寿命测试仪。
实验材料：材料采用P型(100)的直拉的125 mmx125 mm单晶硅片，电阻率约为0．5～3 Ω·cm，厚度200+50μm。
在实验前经过硅片清洗和制绒，磷扩散，等离子刻蚀，去除磷硅玻璃等工艺。
实验用到的气体有SiH4，NH3，N2。
腐蚀溶液为HF酸。
SiH4和NH3气体分别用于等离子体增强型化学气相沉积法沉积SiN薄膜，为安全起见，SiH4由氮气稀释至10％，NH3浓度为99．999％。
N2主要用于在沉积完薄膜后清洗气路和反应室，它们的纯度都为99．999％。
PECVD系统主要工艺参数包括射频功率、反应气体组分、气体总流量、衬底温度和反应压力等，这些参数对SiN薄膜的性能有很大影响。
由于影响PECVD系统淀积效果的参数很多，如气体流量和流量比，工艺腔温度，射频功率，沉积气压等等，而且对不同的PECVD设备会有不同的最佳参数，我们有必要就主要的控制参数进行研究，摸索出在这台PECVD设备上淀积氮化硅薄膜的最佳工艺参数组合。
在此一共选取了沉积压强(6组)、微波功率(5组)、气体流量比(11组)、工艺腔温度(4组)四个变量。
采取改变其中的变量其他三个变量不变的实验方法，最后得出各个变量主要对电池片哪些参数有影响，提出一个可行的最优实验方案。
通过查阅相关资料，我们总结出SiN薄膜较好的各参数范围：薄膜厚度在70～80 nm之间，膜厚差应小于5 nm，折射率2．0～2．1之间，4 nd在630 nm左右，少子寿命越大越好，腐蚀速率越小。
四、定义及其设计二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展．对于技术光学的推动来说，在所有的光学薄膜中，增透膜也起着最重要的作用．直至今天，就其生产的总量来说，它仍然超过所有其他的薄膜因此，研究增透膜的设计和制备教术，对于生产实践有着重要的意义．我们都知道，当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射．如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为透射率为投射率为：例如，折射率为1。
52的冕牌玻璃，每个表面的反射约为4．2％左右。
折射率较高的火石玻璃，则表面反射更为显著．这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失，使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面，使象的衬度降低，从而影响系统的成象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统，都包台了很多个与空气相邻的表面，如不敷上增透膜将完全不能应用．目前已有很多不同类型的增透膜可供利用．以满足技术光学领域的极大部分需要．可是复杂的光学系统和激光光学，对减反射性能往往有特殊严格的要求．例如．大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏．此外，宽带增透膜提高了象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强．因此，生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展．在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因多次反射而损失。
例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。
反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像的质量。
为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失，常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜（常用氟化镁MgF2，其折射率为1.38，介于玻璃与空气之间），利用薄膜的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透膜。
现在我们来看一下简单的单层增透膜。
设膜的厚度为e，当光垂直入射时，薄膜两表面反射光的光程差为 2ne，由于在膜的上、下表面反射时都有相位突变，结果没有附加的相位差，两反射光干涉相消时应满足：单层增透膜膜的最小厚度应为（相应于k=0 ）单层增透膜只能使某个特定波长λ的光尽量减少反射，对于相近波长的其他反射光也有不同程度的减弱，但不是减到最弱，对于一般的照相机和目视光学仪器，常选人眼最敏感的波长λ=550nm作为“控制波长”，在白光下观看此薄膜的反射光，黄绿色光最弱，红光蓝光相对强一些，因此镜面呈篮紫色。
有些光学器件需要减少其透射率，以增加反射光的强度。
如氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对波长λ=632.8nm 的单色光的反射率达99%以上。
如果把低折射率的膜改成同样厚度的高折射率的膜，则薄膜上下表面的两反射光使干涉加强，这就使反射光增强了，而透射光就减弱，这样的薄膜就是增反膜或高反射膜。
一般的单层增反膜可使反射率提高到30%以上，而多层增反膜可以提高的更多。
由于这种介质膜对光的吸收很少，所以比镀银、镀铝的反射镜效果更佳五.结语经过实验分析，在温度为430℃，压强为2．1×10-1mbar，功率为3 200 W，流量比为3．07，制备的薄膜具有良好特性，是制作减反射膜的良好的方案。