一種空間硅太陽電池的減反射膜的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種減反射產品，特別設及一種空間娃太陽電池的減反射膜。
【背景技術】
[0002] 目前太陽能光伏產業(yè)處于發(fā)展的低谷，究其原因是其能源轉化效率低下，成本過 高導致，而隨著煤，石油等化石燃料資源的日益匿乏，加之環(huán)境保護的壓力，發(fā)展太陽能，風 能等可再生能源已迫在眉睫。相對于風能，地熱等可再生能源來說，太陽能具有能源分布地 域極廣，在使用過程中不會產生任何污染的特點。通過太陽能電池板將太陽能直接轉化為 電能，必然會成為人類解決能源問題的重要途徑。但是，與其它電池相比，太陽能電池的光 電轉換效率比較低。因此，提高其效率是長期W來人們一直致力解決的問題，而影響電池效 率的一個重要因素就是電池對入射到其表面光的利用率，即電池對入射到其表面各波長光 的光譜響應。我們知道，娃是間接躍遷型材料，其吸收系數(shù)低，同時光在娃表面的反射使太 陽能電池的光損失約1/3。根據(jù)菲捏耳的反射原理，在電池表面制備單層或多層減反射膜 (其折射率較?。┛蒞減小入射光的反射，增加透射，增加光子的有效吸收，入射光子數(shù)越 多，光譜響應越大，電池的光電轉換效率也就越高。因此，對空間娃太陽能電池減反射膜W 及光譜響應進行研究是太陽能電池設計、制備中的關鍵。
[0003] 目前，國內、外對單晶娃太陽能電池減反射膜的設計、制備等已經做了大量的詳細 研究工作，單、雙甚至Ξ層減反射膜均已被廣泛應用到單晶娃太陽電池的制備中，特別是雙 層減反射膜在應用中已經取得了很好的減反射效果。但由于常規(guī)減反射膜材料折射率的限 審IJ，使得目前常用的減反射膜的減反射效果被削弱。運是因為，一般常規(guī)的減反射膜材料的 折射率都大于1. 4。納米材料是利用物質在小到納米尺度W后，由于尺寸效應、表面效應和 宏觀量子效應所出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象而發(fā)展出來的新材料。近年來，納米添加、復合與組裝技 術，對材料科學研究，包括材料改性、新材料合成和新材料的應用，產生了重要影響。有關研 究已經表明，納米技術，如量子點技術、納米表面改性技術等，可W提升太陽能發(fā)電技術的 競爭力。對減反射膜而言，提高材料反射效率的關鍵在于首先獲得具有較小的折射率材料。 而對于一般的材料來說，其折射率都比較大，而折射率介于1~1. 4的材料幾乎沒有，運就 必須采用納米材料和納米技術，改善材料的微觀結構，從而減小折射率。隨著納米技術的發(fā) 展，使得制備折射率在1. 4 W下的納米材料成為可能，國內外雖有很多關于太陽電池減反 射膜的研究，但仍缺乏對低折射率材料（小于1. 4)在空間娃太陽電池減反射膜系設計的研 究。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型是針對如何降低空間娃太陽電池反射的問題，提出了一種空間娃太陽 電池的減反射膜，低折射率納米材料的減反射膜系的結構，該結構通過使用低折射率納米 材料，使得反射率得W減小，減反射效果明顯，從而較好地解決了空間娃太陽電池在使用過 程的減反射問題。 陽〇化]本實用新型的技術方案為：一種空間娃太陽電池的減反射膜，至少由兩層減反射 膜組成，其中至少有一層采用折射率低于1. 4的納米材料。
[0006] 所述減反射膜為雙層，第一層為納米材料，折射率ni為1. 1《η 1. 3,膜厚度d 1 為1 lOnm，第二層為常規(guī)折射率材料，折射率ri2為2. 3,膜厚度d 2為64nm。
[0007] 所述減反射膜為Ξ層，第一層為納米材料，折射率ni為1. 3,膜厚度d 1為66皿，第 二層為常規(guī)折射率材料，折射率Π2為1. 46,膜厚度d 2為50nm，第Ξ層為常規(guī)折射率材料，折 射率叫為2. 3,膜厚度d 3為60皿。
[0008] 本實用新型的有益效果在于：本實用新型空間娃太陽電池的減反射膜，在減反射 膜系結構中采用了低折射率納米材料，通過計算機仿真模擬對空間娃太陽電池減反射膜進 行了設計，分別設計了采用低折射率納米材料的雙、Ξ層膜，優(yōu)化出了最佳的膜系參數(shù)，得 到了最小的加權平均反射率，為空間娃太陽電池減反射膜的制備提供了理論上的依據(jù)。
【附圖說明】
[0009] 圖1常規(guī)折射率材料雙層膜反射率R隨波長λ變化曲線圖；
[0010] 圖2常規(guī)折射率材料Μ評2 (l〇2nm) /Ti02 (49nm) /Si02 Ξ層膜時反射率隨Si02層 厚度的變化曲線圖；
[0011] 圖3 Ξ種不同折射率納米材料優(yōu)化設計的雙層減反射膜的反射率隨波長變化曲 線圖；
[0012] 圖4為本實用新型納米材料Ξ層減反射膜反射率隨波長變化曲線圖；
[0013] 圖5為本實用新型納米減反射膜改變了第二層材料的Ξ層減反射膜的反射率變 化曲線圖。
【具體實施方式】
[0014] 單層減反射膜是利用光在減反射膜的兩側處反射光存在相位差的干設原理而達 到減反射效果，可利用菲涅耳公式求得反射率。
[0015] 對于多層膜系，可W在其中任取一層，把上面各層膜等效為一個界面，把下面各層 膜也等效為一個界面，則整個系統(tǒng)等效為一個單層膜，也可求出多層膜系的等效菲涅耳系 數(shù)，從而求出反射率。
[0016] 在討論中如果引入光學導納燈）的概念來分析多層光學薄膜的反射性質是方便 的。運時對折射率為η。的入射介質和把m層連同基底一起等效為一個新基體的界面套用 菲涅耳公式，則可得到多層介質膜的反射系數(shù)r，r = (η"-Υ) / (η巧)，而反射率為
[0017]
[0018] 式中Υ = C/B(C :基底參數(shù)；Β:膜層參數(shù)）?？捎上率龅刃Ч鈱W導納的特征表達式 得到
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[0020] 式中δ k等于k層和k+1層兩相干光束的位相差，η k為修正導納，η k為第k層光 學薄膜折射率，dk為第k層光學薄膜厚度，δ k=2 3inkdk/A，λ為入射光波長。η,為第s 層光學薄膜折射率（S = l，2, 一,111,8聲k)。W上給出的公式為垂直入射光的情況。
[0021] 膜系的反射率R取決于上面的膜層結構參數(shù)。一般情況下，對于垂直入射和入射 光的光譜分布是已知的，因此可通過調整膜系的層數(shù)m和各層膜的光學厚度nkdk化=1， 2, 一,111)來得到最小的反射率。
[0022] 太陽光分布在一個較大的波長范圍內，因此，對太陽電池要求，在一個較寬的光譜 范圍內有良好的減反射效果，使更多入射光能進入電池?？紤]到娃材料的內部量子效率，光 伏應用的娃太陽電池需要在所有的可見光譜（300皿~llOOnm)范圍內有一個最小的反射 率。為使娃能吸收更多的光子，并將運些光能轉換為電能，在減反射膜設計中，考慮娃材料 內部量子效率的同時還要兼顧太陽光的光譜特性，對于空間用太陽電池考慮的是AM0太陽 光譜。于是，由單個波長點反射率、入射光子通量、娃材料的內部量子效率，可計算出在整個 光譜范圍內的加權平均反射率：
[0023]
W24] 式中F( λ)為入射光子通量，Q( λ)為娃的內部量子效率，R( λ)為減反射膜在對 應波長點的反射率，λl、λ2為光譜波長上下限，λl= 300nm、λ2=1100n