硅太阳能电池减反射膜的研究进展

构 。 通过镀膜可增 加 光 的 透 过 率 ， 从 而 提 高 电 池 的 效 率， 多 孔二氧化硅减 反 射 膜 不 仅 使 电 池 的 转 化 效 率 提 高 了 ５％ ～
４］ ； 而且还可以提高基体的 抗 裂 强 度 ［ 氮化硅减反射膜使 ６％ ， 薄膜致密性好且能够钝化硅 电池的转化效率提高到 １ ６． ７％ ，
８］ 。 气中的水分而变质 ［
。
如图 ２ 所示 ， 如果 在 硅 表 面 制 备 一 层 透 明 减 反 射 膜 ， 由于减 可 以 降 低 反 射 率， 反 反射膜两个界面 上 反 射 光 的 相 互 干 涉 ， 射率计算公式为 ：
２ ２ ｒ ｒ ｒ ｃ ｏ ｓ ｉ １ ＋ｒ ２ ＋２ １ ２ （ ） １ Ｒ＝ ２ ２ １ ＋ｒ ｒ ｒ ｃ ｏ ｓ ｉ １ ＋ｒ ２ ＋２ １ ２ 式中 ： 膜与硅片界面上的菲涅尔反射 ｒ ｒ １、 ２ 分别是外界与 膜 、
图 １ 各种电池的表面结构 Ｆ ｉ ． １ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｇ ｇ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ
［ ７］
而且要有良好的抗氧 射膜不仅要 具 有 良 好 的 减 反 射 效 果 ， 化， 耐绝缘性能 ， 强的阻挡钠离子 、 阻挡金 属 和 水 蒸 气 扩 散 的 减反射膜与 ຫໍສະໝຸດ Baidu 体 还 应 有 良 好 的 结 合 力 ， 在基体表面不 能力 ， 可以防止长期暴露 在 户 外 吸 收 空 易脱落且具有耐磨损性能 ，
３］ 。 用［
减反射膜是一种应用范围很 广的 光学 镀 层 ， 广泛应用于 工业 、 天 文 学、 军 事 学、 电 子 等 领 域。 随 着 电 子 工 日常生活 、 显示器防眩防静电膜和电脑 视 保 屏 成 为 业和计算机的发展 ， 减反射膜新的应 用 领 域 ， 具 有 广 阔 的 市 场 前 景， 它不仅能够 有效提高电池的 转 化 效 率 ， 而 且 能 改 善 基 体 的 力 学 性 能、 电 光学性能及其他物理化学 性能 。 提 高 太 阳 能 电 池 效 学性能 、 （ （ 镀 减 反 射 膜； 采用凹凸不平结 率有两种可能的途 径 ： １） ２）
ｏ
２ 硅太阳电池减反射膜的制备
减反射膜又称增透膜 ， 它的主要功能 是 减 少 或 消 除 光 学 增加这些 元 件 的 太 阳 光 元件表面的反射光和系统的杂散光 ， 透光量 。 近年 来 ， 科研工作者对减反射膜进行了大量的研 尝试了不同的制备方法 ， 主要的制备方法有溶胶 －凝胶法 、 究， 化学气相沉积法 、 溅射法 。
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｇ ｇ
，ＷＡＮＧ ， ，ＭＥ ＷＡＮＧ Ｙ ａ ｎ ｉ ｎ Ｘ ｉ ｕ ｆ ｅ ｎ Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｈ ｏ ｎ ｔ ａ ｏ Ｎ Ｙ ｏ ｎ ｑ ｇ ｇ ｇ ｇ
１ 硅太阳能电池减反射膜
１． １ 减反射膜原理
硅材料是一种半导体材料 ， 太阳能电 池 发 电 原 理 主 要 就
） ； ； ） ； 陕西省自然科 学 基 金 （ 西安市创新支撑计划（ 咸阳市 ５ ０ ９ ７ ２ ０ ８ ７ ２ ０ １ ０ Ｊ Ｋ ４ ３ ４； ２ ０ １ ０ Ｊ Ｑ ６ ０ ０ ９） Ｃ Ｘ Ｙ １ １ ２ ４（ ３） ＊ 国家自然科学基金 （ ） 科技计划 （ ２ ０ １ １ Ｋ ０ ９ ２ ３ － ： ： 女， 硕士 ， 主 要 从 事 无 机 功 能 材 料 的 研 究 Ｔ １ ９ ８ ６ 年生 ， ｅ ｌ ０ ２ ９ ８ ６ １ ３ １ ７ ２ ２ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｎ ａ ｎ ｉ ｎ ０ ８ ２ ８＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ 王 秀 王彦青 ： － ｇ ｙ ｑ ｇ ： 峰： 通讯作者 ， 教授 Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌｅ ｘ ｗ＠ｓ ｕ ｓ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
２］ ， 这样 能电池表面镀一层或多层光 学 性 能 良 好 的 减 反 射 膜 ［
） ， 行处理 ， 使其具有一定的凹凸状结构 （ 图１ 从各个 方向入射 从而增 的太阳光经过多次反射后都能进入到太阳能 电 池 中 ，
６］ 。 提高电池转化效率 ［ 加入射太阳光 ，
可以消除或减少 器 件 表 面 光 的 反 射 ， 从 而 增 加 光 的 透 过 率， 进而在显示器 、 激光系统和太阳能电池等领域得 到 广 泛 的 应
也是清 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生 能 源 ， 不产生环境污染 。 硅太阳能电池是 把 太 阳 能 直 接 转 洁能源 ， ， 化为电能的装置 ， 由于硅 折 射 率 约 为 ３． 照射在硅基体上 ４ ２ 因此硅电池对太 阳 光 的 利 用 的很大一部分太阳光被反射掉 ，
１］ 。硅电池是主要的 从而导致电池的转 化 效 率 降 低 ［ 率不高 ，
ｎ ｎ ０ Ｓ ｉ 。 目前主要的减反射膜材料如表 １ 所示 。 槡
表 １ 主要的减反射膜材料及其折射率 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ 材料 Ｍ Ｆ ｇ ２ Ｓ ｉ Ｏ ２ Ａ ｌ ２Ｏ ３ Ｓ ｉ Ｏ 折射率 １． ３ ４ ～１． １． ４ ５ ～１． １． ８ ９ ～１． １． ８ ９ ～１． 材料 Ｓ ｉ Ｎ Ｔ ｉ Ｏ ２ Ｔ ａ ２Ｏ ３ Ｚ ｎ Ｓ 折射率 １． ９ ２． ３ ２． １ ３ ～２． ２． ３ ４ ～２．
如果 系数 ； ｉ 为 膜 厚 引 起 的 相 位 角 。 当 波 长λ ０ 垂 直 入 射 时， ／ ／ 膜层光学厚度 ｄ 为λ 即 ｄ＝λ 则有 ： ４， ４， ０ 的１ ０
２ ２ ｎ － ｎ ｎ ０ Ｓ ｉ （ ） ２ ２ ｎ＋ ｎ ｎ ０ Ｓ ｉ 式中 ： ｎ ｎ 为 膜 层 的 折 射 率； ｎ ０ 为介质的折射率 ； Ｓ ｉ为 硅 的 折 射 率。
Ｒ λ ＝
０
（
）
图 ２ 减反射膜示意图 Ｆ ｉ ． ２ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｇ ｇ ， ： 为了使光 的 反 射 最 小 ， 即Ｒ 则 薄 膜 折 射 率 ｎ＝ λ ＝０
二氧化钛和氧化锆减反射膜能 提 高 玻 璃 基 体 片表面的缺陷 ；
５］ 。另 外， 的抗碱性能和防水防潮性 能 ［ 还可以对电池表面进
太 阳 能 电 池， 单晶硅太阳能电池的平均转化效率已达到 实验室最高效 率 已 达 到 ２ 多晶硅太阳能电池的 １ ９． ８％ ， ４％ ； 实验室最高效率已达１ 平均转化效率为 １ ２％ ～１ ４％ ， ９． ８％ ； 非晶硅太阳能电池的光电转化效率已达 ５％ ～７％ ， 实验 室最 高效率为 １ ３． ２％ 。 提高电 池 转 化 效 率 的 常 用 方 法 是 在 太 阳
（ ， ， ’ ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｘ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ２ １ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ ， ｒ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｈ ｏ ｍ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｉ ｓ ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｉ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｐ ｇ ｇ ， ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｆ ｉ ｌ ｍ， ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｃ ｕ ｓ ｉ ｓ ｌ ａ ｃ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｇ ｙ ｐ ， ， ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｅ ｄ ｎ ｅ ｗ ｒ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｒ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ － ｇ ｙ ｇ ｇ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｐ ｐ ｇ ， ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ ｎ ｅ ｗ ｆ ｉ ｌ ｍ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｏ ｕ ｔ ．Ａ ｔ ｌ ａ ｓ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｐ ｐ ｇ ｙ ｙ ｇ ｇ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｄ ． ａ ｒ ｅ ｐ ｇ ， ， ， Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｇ ｙ ｐ ｐ ｇ ｇ ｙ ｙ
硅太阳能电池减反射膜的研究进展／王彦青等
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硅太阳能电池减反射膜的研究进展 ＊
王彦青 ， 王秀峰 ， 江红涛 ， 门 永
（ ） 陕西科技大学材料科学与工程学院 ， 西安 ７ １ ０ ０ ２ １ 摘要 综述了国内外对硅太阳能电池减反射膜的研究进展 ， 包括减反射膜的种类 、 膜层结 构 、 减反射原理以及 减反射膜的制备方法 ， 重点介绍了硅太阳能电池减反射膜的主要制备方法 ， 并对比了各种制备方 法 的 优 缺 点 ， 指出新 型制备技术和新膜系的选取是目前硅太阳能电池减反射 膜 的 研 究 重 点 。 最 后 讨 论 了 硅 太 阳 能 电 池 减 反 射 膜 存 在 的 问题 ， 并提出进一步发展的方向 。 关键词 减反射膜 太阳电池 转化效率 制备技术
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材料导报 Ａ： 综述篇
上） 第２ ０ １ ２年１ ０ 月（ ６ 卷第 １ ０期 ２
是利用这种半导体的光电效应 。 硅折射率 很 大 ， 照射到硅表 面的光不能充分 被 吸 收 ， 而 是 很 大 一 部 分 被 反 射 掉， 为了最 可采用在电池上镀一层 或 多 层 折 射 大限度地减少反射损失 ， 率和厚度与电池匹配的减反 射 膜 来 提 高 电 池 的 转 化 效 率