太阳电池减反射膜系统的研究
针对PID的多晶硅太阳电池片减反射膜研究
针对PID的多晶硅太阳电池片减反射膜研究肖慧萍;曹家庆;周浪;胡动力;杜嘉斌;章金兵【摘要】本文针对多晶硅太阳电池的电势诱导衰减(PID)现象,通过开发高折射率电池镀膜工艺,把改变双层减反射膜的折射率作为重点调试的工艺参数,调节镀膜时的SiH4∶NH3比例,同时对膜厚进行适当的调整,最终使电池片的光电转换效率稳定在17.7％以上,组件经PID测试峰值功率衰减小于5％,达到抗PID要求.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】2页(P107-108)【关键词】抗PID;双层减反射膜;多晶硅电池片【作者】肖慧萍;曹家庆;周浪;胡动力;杜嘉斌;章金兵【作者单位】江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000;南昌航空大学材料科学与工程学院,江西南昌330063;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;南昌航空大学信息工程学院,江西南昌330063;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000;江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000;江西赛维LDK太阳能高科技有限公司,江西新余338000【正文语种】中文电势诱导衰减现象(Potential Induced Degradation，PID)影响到了组件的寿命和电站的正常收益[1-3]。
本文通过调节等离子增强化学气相沉积(PECVD)工序的工艺参数以获得具有合适的折射率和厚度的减反射膜，以解决 PID问题。
本文试验中使用的所有P型多晶硅片除PECVD工艺外，其他都经过相同的处理过程。
在组件加载-1000V直流电压，放置在环境实验箱内，实验箱内温度为85℃，湿度为85%，测试时间为96小时。
本文中的三种PECVD工艺(P1、P2和P3)都是采用折射率渐变的SiNx抗反射膜。
由表1可见，工艺P1、P2和P3沉积减反射膜时，第一层镀膜时三种工艺的SiH4：NH3比例基本一致(约0.22左右)，第二层镀膜时三种工艺的SiH4：NH3比例分别为0.088、0.17和0.10。
PECVD法制备氮化硅减反射膜和减反射膜在太阳能电池中的应用
PECVD法制备氮化硅减反射膜和减反射膜在太阳能电池中的应用作者:何万雄班级：光伏材料加工与应用指导老师：冷新莉学号：49 摘要随着不可再生资源的减少，环境污染的加重，世界人民为了生存、为了发展，更为了保护我们的地球。
不得不寻找新的能源、可再生资源，所以取代这些能源的将是风能、核能、太阳能等。
而太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又、爆炸式发展的行业。
利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生直流直接发电。
以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括太阳电池的生产、相关生产设备的制造等。
随着太阳能电池的大量生产，面对的问题也越来越多，电池效率的转化却很低很低，随之就是成本大，利润小。
人们又不得寻找让电池提高转化效率的材料（减反射膜）。
减反射膜制备技术是太阳能电池生产的关键技术之一，它能减少入射光的反射，增加光的吸收，从而增加光生载流子的数量，提高短路电流，进而提高太阳电池的效率。
由于多晶硅不能像单晶硅太阳电池一样，能在受光面进行完美的结构化，起到减反射的效果，所以减反射膜的作用就显得尤为重要。
如果这层膜不仅能起到减少光损失的作用，也能起到表面钝化和体钝化的效果的话，对太阳电池的效率的提高和成本的降低有很多益处。
虽然热生长的SiO也能起到表面钝化和减反射的作用，但是由于二氧化硅表面钝化是一个高温工艺过程，通常的钝化温度都在800 以上，高温过程易使半导体衬底产生缺陷，少子寿命下降，这对于太阳电池及硅材料尤为突出，并且引起衬底浓度的再分布；另一方面和太阳电池减反射膜要求的最佳折射率相比，二氧化硅的折射率偏低。
近几年的研究说明，用低温（250~450 ）PECVD法沉积SiN做多晶硅太阳电池的光学减反射膜是进一步提高多晶硅太阳电池光电转换效率的关键。
关键字：太阳能电池减反射膜反射膜材料 PECVD一薄膜的生长过程概述薄膜的生长过程直接影响到薄膜的结构以及它最终的性能。
GaAs太阳电池减反射膜的设计
ｓ ｇｅ ｕ ｃｉｎｓｌｒ ｅｌｉｄ ｓ ｎ ｄ Ｆｒｔ ，ｈ ｎｉ ｅ ｅｔ ｎｃａｉｇｏ ｉ ｓ ａ ｒｃｔｄｂ ｔ ｈ ｈｃ ｎｓ ｏ ｉ Ｉｊ ｎｔ ｏａ ｌ ｅｉ ｅ ． ｉｓ ｙｔｅａ ｔ ｒｆ ｃｉ ｏｔ ｆ Ｎｗａ ｂ ｉａｅ ｕ ｅ ｉｋ ｅｓ ｆ ｎ － ０ ｃ ｓｓ ｇ ｌ —ｌ ｏ ｎ Ｓ ｆ ｔ ｔ
Ｉ ＵＡ Ｎ Ｇ ｔ Ｓｈｅ ｇ ｒ ｎｇ ’ ｎ ．ｏ ｌ
（． ｅａ ｔ ｎ ｏ Ｐ ｙｉｓＸａ ｎＵｎｖ ｒｉ ， ｉｍｅ ， ｕｉｎ３ １０ ， ｉａ ２ ａ ｎＳ ｎａ ｌ ｔｏ ｉ ｏ Ｌｄ Ｘａ ｎ ＩＤ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆ ｈ ｓ ， ｉｍｅ ｉ ｓ ｙ Ｘ ａ ｎ Ｆ ｊａ ６ ０ ５ Ｃｈｎ ； ． ｍｅ ａ ’ｎＥｅ ｒｎｃ Ｃ ． ｔ， ｉｍｅ ， ｃ ｅ ｔ Ｘｉ ｃ ｓ
氮化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片性能的影响分析和研究
KEYWORDS:siliconnitride film;PECVD;ACR;passivation;silicon solar cells
第一章
§1
§
随着人类社会的高速发展，环境恶化与能源短缺己成为全世界最为突出的问题。目前，全球总能耗的70％以上都来自石油、天然气、煤等化石能源。但是这些常规能源都是不可再生能源，图1-1给出了世界和中国主要常规能源储量预测，全球已探明的石油储量只能用到2040年，天然气也只能延续到2060年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持两百年左右[1]。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，因此开发利用可再生能源、实现能源工业可持续发展的任务更加迫切，更具深远的意义。
氮化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片
性能的影响分析和研究
摘要
作为一种器件表面介质膜，SiNx薄膜已被广泛应用于IC以及太阳能光伏器件的制造中。在高效太阳能电池研究中，发射结表面钝化和减反射一直是其研究的主题。电池正面发射结不仅要求表面钝化层有优良的钝化性能，同时也要求介质层能够与表面层减反射膜一起产生很好的减反射效果，从而进一步提高太阳电池器件的光生电流、开路电压以及电池效率。
减反射层减少光反射的光学条件
减反射层减少光反射的光学条件减反射层是一种能有效减少反射率的表面处理技术，其在光学设备、平板显示器、太阳能电池板、玻璃制品等各行各业都得到广泛应用。
减反射层的作用是使光线尽可能地穿透材料，减少反射率，增加透射率，提高材料的光学性能。
本文将介绍减反射层的原理和应用，以及几种常见的减反射层制备方法。
一、减反射层的原理减反射层的主要原理是通过引入一定的物理结构或化学结构使得材料表面的光学性质发生改变，减少反射率，使光线在材料内部进行多次反射和折射，从而提高材料的透射率。
反射率是材料表面反射的光线占总光线的比例，反射率越低，透射率就越高。
减反射层的光学性质取决于反射率和材料的折射率。
二、减反射层的应用（一）光学设备在光学设备中，减反射层被广泛应用于光学元件的制造，如透镜、棱镜、窗口等。
在高精度光学设备中，反射率过高会导致光线的波动和干扰，降低设备的精度和测量准确性。
减反射层可以减少反射率，提高透射率，从而提高设备的分辨率和灵敏度。
（二）平板显示器在平板显示器中，反射率过高会引起屏幕亮度不足，影响用户的视觉体验。
减反射层可以减少反射率，提高屏幕的亮度和清晰度，从而提高用户的视觉体验。
（三）太阳能电池板在太阳能电池板中，反射率过高会导致光子的损失和能量的散失，降低太阳能电池板的转换效率和发电能力。
减反射层可以提高太阳能电池板的光吸收能力，提高转换效率和发电能力。
（四）玻璃制品在玻璃制品中，反射率过高会影响其透明度和外观质量。
减反射层可以提高玻璃制品的透明度和外观质量，使其具有更好的使用体验和商业价值。
三、减反射层的制备方法（一）物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用真空设备，在表面加热的条件下，将减反射材料通过热蒸发或电子轰击等方法，沉积在基板表面形成膜层的技术方法。
（二）化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用化学反应，将减反射材料沉积在基板表面形成膜层的技术方法。
它通常需要较高的反应温度和气压。
（三）溶液法溶液法是一种利用溶液将减反射材料均匀涂覆在基板表面形成薄膜的技术方法。
减反膜的制备及其应用
减反膜的制备及其应用1、减反膜简介：减反射膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、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为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。
一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果，为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。
对激光薄膜来说，减反射膜是激光损伤的薄弱环节，如何提高它的破坏强度，也是人们最关心的问题之一。
2、减反膜的原理：减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。
二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，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。
3、制备方法和工艺：每种方法都有其特点和特定的应用范围,寻找可以100%透过的减反膜制备方法尚有困难,只能根据不同的特点和要求,分别采用不同的方法和工艺。
下面将分别介绍这些方法,并较详细的介绍真空蒸镀法、电阻加热法和电子束蒸镀法。
1）真空蒸镀真空蒸镀与其他成膜法相比,工艺比较简单,容易操作,成膜速度快,效率高等优点,因此广泛的应用于减反膜的镀制[2-3]。
R1Kaigawa等[4]采用一系列的真空蒸镀方法镀制了Cu(In,Ga)S2薄膜,在250℃下镀制In2Ga2S(In∶Ga=017∶013)薄膜,蒸镀时间为30min,膜层厚度为015μm;在510℃下,再镀制Cu和S,时间为36～72min,厚度均为015μm。
39-晶体硅电池的氮氧化硅(SiOxNy)薄膜特性研究
2 实验
实验时的抛光硅片选择 156 mm×156 mm，厚 度为 500 μm，电阻率为 1.5 Ω·cm。在沉积 PECVD 前，需要对抛光硅片进行清洗。采用混合
实验中采取测试 9 点的方法，然后取平均值。 测试示意图如图 2 所示。然后把各条件其他片子进 行丝网印刷后烧结，测试电池的电性能。实验中使 用美国 Nicolet 的 670FTIR 红外傅里叶分析仪测得 不同折射率下的红外吸收光谱图。用台湾 Ratitech 公司生产的积分反射仪测试多晶硅片的反射率。
图5中（a）、（b）、（c）分别为刻蚀之后没有 沉积薄膜之前整个硅片的少子寿命分布图，而（a ˊ）、（bˊ）、（cˊ）分别为氮氧化硅薄膜、双层
的钝化效果和最低的表面态，从而使发射极附近的表 面复合和节区复合更少，提高了短波段的量子效率。
氮化硅及单层氮化硅膜后烧结之后少子寿命分布
图。由图中可以看出，在沉积薄膜之前平均少子寿命 分别为3.745 μs、3.883 μs和3.993 μs，数值上看
研究薄膜沉积的最佳条件后，在多晶硅片上进行实 验，多晶硅片选择 156 mm×156 mm，厚度为 200μ
m，电阻率为 1.5 Ω·cm，根据所需折射率不同，
对其进行比例匹配。经过沉积薄膜后，然后取出几片
测试其膜厚及折射率，最后经过烧结炉后通过碘酒钝
化其背表面，测试其少子寿命。
图 2 测试 9 点的区域示意图 Fig. 2 The graph of 9 measure points
CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备
CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。
这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。
本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。
关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化1 引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。
随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。
2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。
随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。
正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。
因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。
90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。
1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。
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太阳电池减反射膜系统的研究①
王永东,崔容强,徐秀琴(上海交通大学应用物理系太阳能研究所,上海200240)
摘 要:减反射膜系的制备对于高效空间太阳电池来说非常重要,对其进行优化设计可以大幅度地提高太阳电池的短路电流,从而提高太阳电池的光电转换效率。从波动光学的基本原理出发,用加权平均反射率作为评价膜系设计质量的参数,编制出了进行减反射膜系优化设计的计算机程序,理论上可以使太阳电池表面的加权平均反射率降到1%以下,提高了电池的短路电流。关键词:太阳电池,减反射膜,加权平均反射率中图分类号:TM615 文献标识码:A
0 引 言投射到太阳电池阵正面的太阳能辐射通量(阳光)中,部分被该表面反射掉了,部分透射到电池内部(通过太阳电池盖片进入太阳电池),被转换为电能。通常情况下,裸硅表面的反射率相当大,可将入射太阳光的30%以上反射掉,为了最大限度地减小正面的反射损失,目前主要有两种方法,一是将电池表面腐蚀成绒面,增加光与半导体表面作用的次数,二是镀上一层或多层光学性质匹配良好的减反射膜。对空间太阳电池来说,由于其工作环境的特殊要求,为降低工作温度提高效率,应尽可能减少太阳电池对太阳光谱中红外成分的吸收,而绒面对各波段的减反射效果都很好,这样就升高了太阳电池的工作温度,不利于提高其效率。因此对空间太阳电池来说,主要是通过减反射膜系的制备来提高太阳电池的转换效率。一般来说,这类涂层极薄,其光学厚度为波长的四分之一或二分之一。单层减反射膜由于仅对单一波长具有较好的减反射效果,在空间高效太阳电池中常用的是多层减反射膜系,它可对宽谱范围内的太阳辐照产生有效的减反射效果。国内已有一些专家对其进行了理论和实践上研究[1,9]。但是在已有的膜系设计研究中,需要先选定一个中心波长λ0,然后针对此波长点进行减反射膜的优化设计,这个中心波长的选取对设计结果有很大的影响,目前都是根据经验来选取的。本文从相干光学的基本原理出发,选取了恰当的膜系评价函数,通过理论分析和计算机优化计算,设计出了实用的软件,可对太阳电池进行单层或多层减反射膜系进行优化设计,从理论上得到减反射膜系各层膜的最佳参数。对硅太阳电池来说,理论上在最佳参数情况下,在0.35～1.2μm的波长范围内,该膜系的加权平均反射率可达0.48%。
1 理论计算1.1 反射定律光波是一种电磁波,在分层介质中的传播是电磁波的传播,满足麦克斯韦电磁理论。太阳电池表面的减反射膜由于其光学厚度小于相干光程,在薄膜的上下界面将产生光的干涉现象,减反射作用就是利用光的干涉效应来实现的。在进行减反射膜的设计时,为简化计算,我们通常要作如下假定:
1)薄膜在光学上是各向同性介质对于电介质,其特性可用折射率n表征,且为实数;对于金属和半导体,其特性可用复折射率N=n-ik来表征,k
为消光系数。2)两个邻接的介质用一个数学界面分开,在这个数学分界面两边折射率发生不连续的跃变。3)膜层的横向尺寸假定为无限大,而膜层的厚度是光的波长数量级。当光束从折射率为N1的介质入射到折射率为
第22卷 第3期2001年7月 太 阳 能 学 报ACTAENERGIAESOLARISSINICA Vol122,No13Jaln,2001
①收稿日期:2000206221© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
N2
的介质时,由麦克斯韦电磁理论可得反射光与入
射光振幅之比为:
r=η0-η1η0+η1(1)式中r———称振幅反射系数,η0和η1———为两个介质的光学导纳,其值不仅与入射角有关,而且与E和H相对于入射平面的方位有关。对于入射光中的两种偏振方向分别有:
ηp=Ncosθ和ηs=Ncosθ(2)
式中,θ———入射角,角标p和s分别表示光线的两种偏振方向。将(2)代入(1)中得:
rp=η0p-η1pη0p+η1p=
tg(θ1-θ0)
tg(θ1+θ0)
rs=η0s-η1sη0s+η1s=
sin(θ1-θ0)
sin(θ1+θ0)
(3)
式中,θ0表示光线从折射率为N0的介质照射到折射率为N1的介质时的入射角,θ1表示光线在折射率为N1的介质中传播的角度。则单一界面的能量反射率为:
Rp=|rp|2=tg2(θ1-θ0)tg2(θ1+θ0)(4)
Rs=|rs|2=sin2(θ1-θ0)sin2(θ1+θ0)(5)
总的能量反射率为:
R=Rs+Rp2(6)1.2 光学薄膜的理论分析假定在折射率为n2的基板上有一层折射率为n1厚度为d1的薄膜,入射介质的折射率为n0,平面光波照射在薄膜表面,入射角为θ0。光波在表面的上下两个界面上将发生反射和折射,如图1所示。一般情况下,薄膜的干涉是多光束干涉,各反射光在薄膜表面相互叠加的结果为[10]:
r=r+1+r+2e-i2δ11+r+1r+2e-i2δ1(7)
R=|r|2=r+21+r+22+2r+1r+2cos2δ11+r+21r+22+2r+1r+2cos2δ1(8)式中δ=
2π
λn1d1cosθ1,是薄膜的位相厚度。
图1 薄膜内光线的传播Fig.1Transmitoflightinthefilm(7)式可以写成
:
r=|r|eiφ=
r+1+r+2e-i2δ1
1+r+1r+2e
-i2δ
1
φ=arctg
r+2(1-r+21)sin2δ1
r+1(1+r+22)+r+2(1+r+21)cos2δ1
从上面的结果我们可以看出,具有两个界面的
单层膜,可以用等价的一个界面来代替,如图2所示。
图2 单层膜的等效界面图Fig.2Equivalenceofsinglelayerfilm图中,这一等效界面的反射系数为:
Pkeiφk=
rk+rk+1e-i2δk
1+rkrk+1e
-i2δ
k
(9)
经过这样的处理后,我们就可以对多层膜的反射率进行计算了,有两种方法:
方法一:从多层膜的顶层膜开始,将相邻的两个界面等效成一个界面,然后逐次通过中间层,一直计算到底层膜和基片的界面为止,求得在最后一个界面上的振幅反射系数p
keiφk,
于是多层膜的反射率
R=p2k。这个方法叫瓦施切克法。
方法二:从多层膜与基片相邻的底层膜开始,把相邻的两个界面等效成一个界面,逐次通过中间层,
一直计算到膜系的顶层。这个方法叫鲁阿德法。这两种方法都称为递推法,比较而言,方法二简单,便于用计算机进行计算,我们的程序中采用的就是方法二。其具体步骤是:
813 太 阳 能 学 报 22卷© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net1)根据菲涅耳公式,求得多层膜各界面上的反射系数r1、r2、…、rk+1。2)求得各层膜的位相厚度δ1、δ2、…、δk。3)利用公式(9)从下到上逐层递推,最后求得p1eiφ1。4)整个膜系的反射率R=p21。2 膜系优化设计的计算机实现膜系设计与光学设计不同,光学设计的理论基础是几何光学,而膜系设计的理论基础是光的干涉原理,膜系设计中各个量之间的关系很复杂,难以用直观的公式表示出它们各量之间的关系。膜系设计方法主要有三大类:解析法设计、多层膜的网络理论和自动设计。本文主要是利用自动设计法进行太阳电池减反射膜系的设计的。2.1 评价函数的选取多层膜系光学性能的结构参数有:1)各层膜的几何厚度d1、d2、…、dk;2)入射介质,各层膜和基底的折射率n0、n1、n2、…、nk、nk+1;3)光波入射角θ0和波长λj。膜系的光学性能,如反射率R,取决于这些膜层结构参数。一般情况下入射角和入射光的光谱分布是已知的,因此膜系的反射率R可通过调整nidi(i=1,2,…,k)来达到预先要求的反射率。在光学多层膜系的计算机优化设计中需要建立一个综合评价膜系质量的函数,称为评价函数,评价函数是设计结果与期望值之差的函数,在太阳电池减反射膜的设计中,反射率的期望值为0,因此评价函数的值越小越好。我们在选用评价函数时,考虑到太阳光谱与硅的光谱响应曲线不一致,用它们的乘积作为权重因子,得到了如下评价函数[11]:
F=∫112
013S(λ)E(λ)R(λ)d
λ
∫112013S(λ)E(λ)d
λ
(10)
式中S(λ)———太阳光谱分布,E(λ)———硅的
光谱响应,R(λ)———减反射膜在对应波长点的反射
率。因为F表示的是带有权重因子的平均反射率,
因此又可称为加权平均反射率。2.2 太阳电池减反射膜系的计算机自动设计在计算膜系的反射率时,我们采用的是鲁阿德法,从多层膜与基片相邻的底层膜开始,一直推算到膜系的顶层。光学薄膜的评价函数(10)是一个构造复杂的多元多峰函数,有许多方法可以求得其极值,如最速下降法、共轭斜量法、变尺度法、单纯形法等,然而上述各种方法只能求出局部极值,而不是真正的最优设计结果。我们在程序中采用了不完全扫描法和黄金分割法结合的方法,减少了计算量,可以快速求得多层膜系的最优设计结果。程序采用VisualBasic5.0
进行设计,具有良好的人机交互界面,可以允许膜系设计人员输入膜系层数,入射角,入射介质和基底材料的折射率,并可根据不同需要选择入射光谱,基底材料光谱响应数据。下表是硅太阳电池单层和双层减反射膜系的优化设计结果,其中1和3是裸硅太阳电池的设计结果,入射介质为空气,折射率为1;2和4是封装后的设计结果,入射介质为硅胶,折射率为1.43:
表1 太阳电池减反射膜系优化设计结果(AM0光谱)
Table1ResultsofoptimaldesignforARCofsolarcells
N0N3
第一层(上)第二层(下)
折射率厚度/nm折射率厚度/nm
加权平均反射率/%
113.61.9086.2//5.8321.433.62.2771.6//3.01313.61.43105.82.4761.50.9741.433.61.8681.62.7555.20.48 从上表可以看出,双层膜与单层膜相比,减反射效果有明显的提高,并且在封装后,如果不考虑硅胶本身的吸收和反射,减反射膜系的反射率低于封装前,这说明在封装后减反射膜系的匹配效果更加好。
913
3期 王永东等:太阳电池减反射膜系统的研究