光学薄膜在太阳能电池上的应用

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1、2021/8/29厦门大学电子工程系1光学薄膜在太阳能电池中的应用报告人:蔡诚姜洋指导老师:卜轶坤太阳能电池的发展1973年世界爆发了第一次能源危机，使人们清醒地认识到地球上化石能源储藏及供给的有限性，客观上要求人们必须寻找其它可替代的能源技术，改变现有的以使用单一化石能源为基础的能源供给结构。为此，以美国为首的西方发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力支持太阳电池的研究和发展，同时在以亟待解决的与化石能源燃烧有关的大气污染、温室效应等环境问题的促使下，在全世界范围内掀起了开发利用太阳能的热潮，也由此拉开了太阳电池发电的序幕。1839年

2、法国实验物理学家第一次报道了他在电解槽中发现了光生伏特效应。1877年，W.G.Adams和R.E.Day在固体硒中观察到了光生伏特效应，并制作第一片硒太阳电池。1904年德国物理学家爱因斯坦仁AlbertEinstein)发表了关于光电效应的论文，成功地提出了光生伏特效应的理论2021/8/29厦门大学电子工程系22021/8/29厦门大学电子工程系3太阳能电池的分类硅基太阳能电池(单晶/多晶/非晶)(24.7%)化合物太阳能电池(砷化镓/硫化镉/碲化镉/铜铟硒等)有机薄膜太阳能电池(酞青类化合物/导电聚合物等)纳米薄膜太阳能电池(

3、纳米TiO2)2021/8/29厦门大学电子工程系4各种太阳能电池所占比例2021/8/29厦门大学电子工程系5如何减少硅太阳能电池表面反射率裸硅表面的反射率在30%以上将电池表面腐蚀成绒面或者多孔状(增加光与半导体表面作用的次数,同时会使电池温度升高)镀上减反射膜(SiO2/SnO2/TiO2/SiNx/SiCx等)光学薄膜（opticalcoating）光学薄膜是一种为改变光学零件表面光学特性而镀在光学零件表面上的一层或多层膜。可以是金属膜、介质膜或这两类膜的组合。它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。减反射膜

4、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。2021/8/29厦门大学电子工程系6减反射薄膜的发展人类为了更好的利用光，经过了许多探索。薄膜的一些奇异性质最先引起人们的注意，但是即使是单层膜的应用也历尽艰辛。早在1817年夫琅和裴便已制成了世界上第一批单层减反射膜。1866年瑞利报告说，年久失泽的玻璃的反光比新鲜玻璃的反光弱;但瑞利的发现在当时由于没有实际需要，并未引起

5、人们的重视。直到最后，大气腐蚀失泽的一批透镜被光学零件制造师—泰勒偶然发现后，他才致力于用腐蚀法使玻璃表面人工失泽，以降低折射界面的讨厌的反射。二十世纪三十年代中期才应该认为是薄膜在光学上加以应用的真正开端。2021/8/29厦门大学电子工程系72021/8/29厦门大学电子工程系8单层减反射薄膜的原理结构最简单的减反射膜是单层膜。图1所示为单层减反射薄膜的矢量图。膜有两个界面就有两个矢量，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，则在每个界面上的反射系数都为负值，这表明相位变化为180°（若反射光存在于

6、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。）。当膜层的相位厚度为90°时，即膜层的光学厚度为某一波长的四分之一时，则两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，两个矢量将完全抵消，于是出现了零反射率。2021/8/29厦门大学电子工程系9以上仅仅是垂直入射的情况。在倾斜入射时，情况与上述类似，只是膜层的有效相位厚度减少了，因而最佳透射波长更短些。2021/8/29厦门大学电子工程系102021/8/29厦门大学电子工程系11太阳辐射的波长范围:紫外

7、光区(7%)红外光区(43%)和可见光区(50%)硅在红外波段透过率很高,但对红外波段太阳辐射能的利用很少;红外光的热效应会降低电池的太阳能转换效率和使用寿命紫外波段光对电池板胶合材料(EVA)有老化作用400~800nm范围实现减反射,对紫外光(λ<400nm)有较强的吸收;对红外光(λ>800nm)的透过率有较大抑制太阳的光谱与太阳能电池2021/8/29厦门大学电子工程系12AR薄膜的制备方法气相法:利用各种材料在气相间、气相和固体基础表面间所产生的物理、化学过程而沉积薄膜的方法化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)CV

8、D可以分为热CVD、光CVD和等离子体CVD(根据促使化学反应的能量可以来自加热、光照和等离子体)PVD利用加热材料而产生的热蒸发沉积、利用气体放电产生的正离子轰击阴极(靶材)所产生的溅射沉积、把蒸发和溅射结合起来的离子