太阳能电池用光伏玻璃减反射膜性能研究

太阳能电池用光伏玻璃减反射膜性能研究通过模拟车间组件制作环境，对不同类型的镀膜玻璃的透光率衰减进行了研究分析。采用X涉嫌光电子能谱(XPS)和椭偏仪等手段对

多孔SiO2减反射膜层进行了表征。结果表明，镀膜玻璃初期表面预

衰减主要和膜层的微观折射率和孔隙率有关，折射率越小，孔隙率越大，则越容易吸附微小颗粒，从而导致膜层表面孔口堵塞，折射率增加，减反效果降低，透光率下降。

关键词：镀膜玻璃;SiO2;折射率;孔隙率;透光率

随着全球人口增长和经济的快速发展，能源紧张和环境污染日益严重。而太阳能是取之不尽用之不竭的清洁可再生能源。因此研究太阳能对解决能源危机和环境保护，对人类的可持续发展具有重要意义。

目前90%的以上的太阳能电池都是晶硅太阳能电池，其封装制作组件的效率在15%-17%。而晶体硅太阳能电池的极限理论效率为34%，在现有工艺水平的基础上进一步提高太阳能电池效率的成本较高。如果能够提高封装组件对太阳光的利用率，则可以以较低的成本获得组件系统较高的发电量。在光伏盖板玻璃表面镀制减反射膜就是一种成本低廉，有效利用光能的途径。

在纳米多孔SiO2膜膜层设计过程中，通过增加孔隙率，以得到

接近1.23[1]理论折射率的膜层，从而获得最佳的减反射效果。但是

孔隙率过高，膜层容易在短期内吸附外界环境中的微小颗粒物质，从而造成孔口堵塞，折射率反而增加，透光率衰减严重。本文旨在研究镀膜层不同光学参数对镀膜玻璃透光率衰减的影响，从而筛选出具有高效减反，低衰减的镀膜玻璃。

1 实验部分

1.1 实验材料

镀膜玻璃防霉隔离纸硅胶

1.2 镀膜玻璃实验样品制备

层压实验:在镀膜玻璃表面垫上一层防霉纸，在层压机上进行层压。约15min后取出镀膜玻璃样品。并用去离子水擦拭玻璃表面。

固化实验：将镀膜玻璃置于正在硅胶固化中的组件之间。6小时后取出样品。并用去离子水擦拭玻璃表面。

1.3 镀膜玻璃表征

采用奥博泰GST-3，在380-1100nm波段上，对实验前后的镀膜玻璃进行透光率测试。

采用X射线光电子能谱仪(XPS)对实验前后的玻璃进行表征，分析实验前后元素含量的变化。

采用美国J.A.WOLLAM公司的α-SETM椭偏仪对实验前后的镀膜玻璃进行折射率和孔隙率测试。

2 结果与讨论

2.1 镀膜玻璃透光率衰减数值分析

3种玻璃样品在经过不同实验后透光率衰减数值见表1，由表1可知，相比于2#和3#样品，1#镀膜样品在经过垫纸层压实验、固化实验后，透光率均有较大幅度的衰减，2#样品衰减值较低，而3#普通钢化玻璃实验前后的衰减值基本上可以忽略。对于1#镀膜玻璃，在3种实验中，玻璃透光率层压后的衰数值大于固化后衰减值。

表1 不同镀膜样品实验后透光率衰减值

2.2 XPS表征结果

对1#镀膜样品进行XPS分析，各种元素含量百分比如表2所示。从表2中可知，镀膜玻璃在经过垫纸层压和固化后，碳含量百分比明显增加，且前者明显大于后者，和表一中透光率衰减数值一致。这可能是实验后，镀膜玻璃表面含碳有机物明显增加。玻璃隔纸中微小的醋酸纤维素酯颗粒在经过150度左右的层压温度后吸附于镀膜玻璃

表面，和硅胶吸湿固化释放的有机气体吸附于多空二氧化硅膜表面。

表2 1#镀膜样品实验前后元素变化分析

2.3 镀膜玻璃表面膜层光学性能分析

由于菲涅尔反射的原因，普通光学玻璃反射率一般不会超过92%[2]，对于光学厚度为nd=1/4λ的膜在单色光垂直入射时，其反射率满足如下公式：

其中n1为空气折射率，n3为玻璃折射率，都为常数，n2为膜层折射率。反射率随着n2的减小而减小，当反射率为0时，n2达到极限最小值为1.23。但是一般的致密材料很难达到如此低的折射率。SiO2的折射率大约为1.46，无法达到理论值，而膜层的折射率与空隙率有如下关系[3]：

其中np为含空隙膜层的折射率，n为致密膜材的折射率，而P 为膜材的孔隙率。

因此，可以通过增加多孔SiO2膜层的孔隙率来减小二氧化硅膜层的折射率，从而使其接近理论值1.23，达到减反增透的效果。

表3为不同镀膜玻璃样品测得膜层光学参数。由下表可知，相对于2#镀膜玻璃，1#镀膜玻璃折射率要低0.045，其孔隙率则要高出9.6个百分点。而普通钢化玻璃的折射率最高，大概在1.5左右。

综合镀膜玻璃衰减数值分析和XPS表征结果分析可知，一味追求高透光率，低折射率，会使膜层孔隙率过大，从而导致环境中的微小

纳米颗粒吸附在多孔膜层表面，使得孔口堵塞，孔隙率反而下降，从而造成透光率大幅衰减。

因此对于镀膜玻璃单层膜设计，应该在透光率与孔隙率之间寻求平衡点，设计适宜的折射率和孔隙率的膜层，在保证高效增透的同时，使得吸附达到最小，如2#镀膜样品。

表3 不同镀膜样品的膜层光学参数

3 结论

实验结果表明：镀膜玻璃短期的透光率衰减主要是和其膜层的折射率与孔隙率有关。折射率越小，孔隙率越大，则越容易产生颗粒吸附，导致膜层孔口堵塞，使得折射率增加，透光率下降。在对膜层进行设计过程中，应该使镀膜玻璃膜层折射率保持在1.38左右，从而保证高透光率的同时，衰减又达到最小。