GaAs太阳电池减反射膜的设计
2010年第1期漳州师范学院学报(自然科学版)No. 1. 2010年（总第67期） Journal of Zhangzhou Normal University（Nat. Sci.）General No. 67 文章编号:1008-7826(2010)01-0070-04
GaAs太阳电池减反射膜的设计
黄生荣1,2
(1. 厦门大学物理系, 福建厦门361005; 2. 厦门三安电子有限公司, 福建厦门 361005)
摘要: 利用实际测量的光谱响应结果来对GaAs单结太阳电池减反射膜进行设计优化. 先初步设计单结GaAs太阳电池SiN减反射膜厚度，然后太阳电池片样品进行光谱响应测量. 利用实际测量的光谱响应结果推算电池样品在AM1.5条件下的无反射时光谱响应，根据计算的结果来对GaAs单结太阳电池减反射膜厚度进行设计优化. 优化结果表明83nm为GaAs单结太阳电池单层减反射膜厚度的最优值.
关键词: GaAs ; 太阳电池；减反射膜；光谱响应
中图分类号： O472+.8文献标识码： A
Design of Anti-reflection Coating for GaAs Solar Cells
HUANG Sheng-rong1,2
(1.Department of Physics, Xiamen University, Xiamen, Fujian 361005, China; 2.Xiamen San'an Electronics Co. Ltd, Xiamen,
Fujian 361005, China)
Abstract：According to the measurement results of spectral response, the anti-reflection coating for GaAs single-junction solar cells is designed. Firstly, the anti-reflection coating of SiN was fabricated but the thickness of anti-reflection coating was not optimized. Then the spectral response of the solar cell sample was measured. The no-reflection spectral response of AM 1.5 condition was calculated using the measurement results of spectral response. According to the calculation results, the optimized thickness of anti-reflection coating was designed.
The optimized thickness of anti-reflection coating for GaAs single-junction solar cells is 83nm.
Key words: GaAs ; Solar Cell ; anti-reflection ; spectral response
1 引言
传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展. 在这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点. 丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源，而其中太阳能发电是目前利用太阳能的热点研究领域. 太阳电池是把光能转换为电能的光电子器件. 相对于硅太阳电池，GaAs太阳电池具有更高的光电转换效率、更强的抗辐射能力、更好的耐高温性能，是国际公认的新一代高性能长寿命空间主电源和极具潜力的民间新能源. 为了减少GaAs 太阳电池表面反射损失以提高太阳电池的转换效率，在太阳电池表面窗口层上制备减反射膜是经常采用的方法. 国内外有许多研究机构对太阳电池单层、双层甚至三层减反射膜进行了理论计算和实际的设计应用，明显的提高了太阳电池的转换效率[1-6]. 本文利用实际测量的相对光谱响应结果来对GaAs单结太阳电池减反射膜进行设计优化，用于指导实际的太阳电池制备工艺.
虽然单层减反射膜很难实现宽谱域上理想的减反射效果，但是相对双层甚至更多层减反射膜的设计和制备工艺来说，单层减反射膜设计简单、制备工艺稳定；而且通过实际测量单结GaAs太阳电池的相对光
收稿日期: 2009-05-20
作者简介: 黄生荣(1978-), 男, 江西省上高县人, 博士后, 高级工程师.
第1期 黄生荣：GaAs 太阳电池减反射膜的设计 71
谱响应，发现单结GaAs 太阳电池光谱响应的光谱较窄，优化设计单层减反射膜基本可以满足需要. 本文通过实际测量的光谱响应从而来对单结太阳电池单层减反射膜进行设计优化，这种方法同样可以适用于太阳电池多层减反射膜的设计优化.
2 样品相对光谱响应测量
单结GaAs 太阳电池窗口层采用的是GaInP 材料，选用SiN 作为减反射膜的材料，SiN 材料折射率在2左右，其折射率和GaInP 材料折射率平方根接近，致密性好. GaAs 材料禁带宽度约1.43eV ，我们先初步设计SiN 减反射膜厚度90nm ，通过PECVD 沉积，实际测量约92nm. 光谱响应测量光源选用250W 溴钨灯，利用ARC 公司光栅单色仪进行分光. 图1为实际测量样品的光谱响应曲线，纵座标的高度表示不同波长的光在同样光谱辐照度下电流响应的相对大小. 从图中可以看出600nm ～860nm 的波段电流相对响应较大. 考虑到地面实际应用的情况，目前地面一般采用的测量标准是在AM1.5的情况下进行测量，根据实际测量的光谱响应我们取AM1.5条件下350nm ～1000nm 波段范围内光谱辐照度分布如图2所示[7].
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图1 样品实际测量光谱响应 图2 AM1.5光谱辐照度分布（350nm ～1000nm ）
把实际测量的相对光谱响应和AM1.5条件下不同波长光谱辐照度分布相乘，即可以得到电池样品在AM1.5条件下的响应如图3所示，谱峰的高低反映AM1.5情况下电池在某一波长响应电流相对值的大小，从图中可见560nm ～870nm 之间的电流响应较大.
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图3 样品AM1.5下响应 图4 样品减反射膜反射率随波长变化的情况
3 减反射膜优化设计
考虑到实际测试的样品已经制备上了减反射膜，进行优化设计时首先要先去除这一部分因素对光谱响应的影响，即希望得到完全无反射时样品的光谱响应. 单层减反射膜的反射率为[8]：
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?
+++?++=cos 21cos 2212
221212
221R R R R R R R R R （1） 式中：R 1、R 2分别为外界介质——膜和膜——电池窗口上的菲涅尔反射系数；?为膜层厚度引起的位相角. 其中：
n n n n R +?=
001 ， si
si
n n n n R +?=2， 0/4λπnd =? （2）
0n 为空气折射率；n 为SiN 折射率；si n 为GaInP 折射率；d 为减反射膜厚度；0λ为波长. 代入实际
数值可以得到测量样品减反射膜反射率随波长变化的情况如图4所示，从600nm ～900nm 波段之间反射率很小.
由反射率和测量所得光谱响应曲线可以计算得到样品无反射时光谱响应曲线如图5所示，从图中可以看出550nm ～870nm 波段之间电流响应较大，结合前面计算的单层减反射膜反射率随波长变化的情况，优化设计单层减反射膜基本可以满足需要，而不一定需要制备双层甚至三层的减反射膜.
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Wavelength(nm)
图5 样品无反射时光谱响应 图6 样品AM1.5下无反射时响应
同样把无反射时光谱相对响应和AM1.5条件下不同波长光谱辐照度分布相乘，即可以得到电池样品在AM1.5条件下的无反射时的响应如图6所示，从图中可见550nm ～870nm 波段之间的电流响应较大.
考虑到实际AM1.5条件下太阳光谱分布、减反射膜反射率和相对光谱响应，则总的各波长电流响应可以表示为：
1
2
()[1()]()I Q R S d λλλλλλ=?∫ （3）
)(λQ 为AM1.5不同波长光谱辐照度，)(λR 为太阳电池对不同波长反射率，)(λS 为太阳电池无反
射时光谱响应，21,λλ为太阳电池吸收光谱的上、下限，本文中对于单结GaAs 电池取nm nm 900,35021==λλ.
减反射膜厚度主要影响短路电流的变化而对开路电压的影响忽略不计，最佳的减反射膜厚度必须使得相对电流响应最大，即优化的减反射膜必须使得总的相对电流响应I 值最大. 显然AM1.5不同波长光谱辐照度)(λQ 和无反射时相对光谱响应)(λS 在各个波长是确定值，式中的变量是反射率)(λR ，而反射率
)(λR 的变化是通过调节减反射膜的厚度来实现的. 考虑到实际制备的工艺条件，计算时厚度变化的间隔
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为1nm ，结合图4样品减反射膜厚度为92nm 时反射率随波长变化的情况和图6 样品AM1.5下无反射时光谱相对响应的情况，取变化的区间为70nm ～100nm.
图7为减反射膜在70nm ～100nm 范围变化时，I 相对值的情况，可得减反射膜厚度为83nm 时，I 值最大，即83nm 为GaAs 单结太阳电池单层减反射膜厚度的最佳值. 通过优化制备的单结GaAs 太阳电池AM1.5条件下光电转换效率约为20.8%.
4 讨论和结论
本文首先初步设计单结GaAs 太阳电池SiN 减反射膜厚度，制备出太阳电池片. 然后对太阳电池片样品进行相对光谱响应测量. 利用实际测量的相对光谱响应结果推算电池样品在AM1.5条件下的相对光谱响应，进而推算电池
样品在AM1.5条件下的无反射时相对光谱响应，根据计算的结果来对GaAs 单结太阳电池减反射膜厚度进行设计优化. 优化结果表明，当减反射膜厚度为83nm 时，AM1.5条件下总的相对电流响应最大，即83nm 为GaAs 单结太阳电池单层减反射膜厚度的最优值.
当然首先在计算过程中我们没有考虑减反射厚度条件变化对太阳电池开路电压的影响；其次没有考虑太阳电池窗口层材料和减反射膜材料折射率的色散效应；再次进行理论优化设计时只考虑太阳光垂直入射的情况，因此，我们的优化设计结果和设计最优化值之间存在一定的误差，在实际制备工艺时应该考虑在理论设计最优化厚度值附近进行调整，从而找到最佳的实际厚度值. 本文通过实际测量相对光谱响应来对单结太阳电池单层减反射膜进行设计优化，这种方法同样可以适用于太阳电池多层减反射膜的设计优化.
参考文献:
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[7] 地面用太阳电池标定的一般规定. 中华人民共和国国家标准, 1987, GB 6497—86. [8] Heavens O S. Optical proper of thin solid films[M]. London, 1965.
[责任编辑: 喻玉萍]
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Thickness of AR (nm)
图7 I 相对值随AR 厚度变化
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太阳能电池栅线电性能与印制品质的关联模型
太阳能电池栅线电性能与印制品质的关联模型 作者：刘彩凤， LIU Caifeng 作者单位：杭州电子科技大学包装工程系,浙江杭州,310018 刊名： 压电与声光 英文刊名：PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS 年，卷(期)：2011,33(2) 参考文献(14条) 1.中华商务网2009-2012年中国薄膜太阳能电池行业投资分析及深度研究咨询报告 2010 2.NEUHANS D H;MUNZER A Industrial silicon wafer solar cells 2007 3.川预则利用染料敏化作用的太阳能电池和光催化剂 2002(03) 4.LEE WJ;RAMASAMY E;LEE DY Glass frit overcoated silver grid lines for nano-crystalline dye sensitized solar cells[外文期刊] 2006(1-2) 5.DARREN B丝网印刷技术在太阳能电池制造中的挑战 2009(08) 6.黄治国;钱洪强;汪义川浸锡工艺在单晶硅太阳能电池上的应用 2008 7.吴理博;赵争鸣;刘建政独立光伏照明系统中的能量管理控制[期刊论文]-中国电机工程学报 2005(22) 8.GLUNZ S W;ALEMAN M;BARTSCH J Progess in advanced metallization technology at Fraunhofer ISE 2008 9.全国印刷标准技术委员会常用印刷标准解读 2005 10.刘彩凤印刷企业系统协调 2007 11.杨宏训;黄妙良;韩鹏染料敏化太阳能电池研究进展[期刊论文]-材料导报 2006(09) 12.SOPORI B;MEHTA V;RUPNOWSKI P Studies on fundamental mechanisms in a fire-through contact metallization of Si solar cells 2007 13.THONGURNAG W;RIEHDAR J;SPONTAK C Bridged double pereolation in conductive polymer composites:an elecrical conductivity morphology and mechanical property study 2002(03) 14.刘彩凤基于神经网络的RFID标签天线印刷品质的优化研究[学位论文] 2009 本文读者也读过(5条) 1.邹钢应用创新 成就产业——技术创新是提高效率和降低成本的关键[期刊论文]-中国科技财富2011(21) 2.魏真太阳能电池板印刷对丝网印版的要求[期刊论文]-印刷杂志2011(7) 3.孙志清.高昌禄影响晶体硅太阳电池棚线印刷的两个因素[期刊论文]-太阳能2011(5) 4.陈小蓉.熊祥玉.Chen Xiaorong.Xiong Xiangyu太阳电池:网印对薄膜技术的挑战[期刊论文]-丝网印刷2011(4) 5.方华太阳能电池单晶硅电极的丝网印刷[期刊论文]-网印工业2011(11) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/7d16270235.html,/Periodical_ydysg201102037.aspx
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。
硅太阳能电池的结构及工作原理
一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显
太阳电池栅线的设计
太阳电池栅线的设计Ξ 施小忠,汪 乐,夏冠群 (中国科学院上海冶金研究所,上海200050) 摘 要:本文分析了主线上的电压降对电池栅线设计的影响.讨论了电池的功率损耗与电池栅线尺寸及厚度的关系,探讨了如何在原始设计的基础上设计出理想尺寸的太阳电池栅线. 关键词:太阳电池;栅线设计;功率损耗 The G rid2Line s De sign of Solar Cells SHI Xiao2zhong,WAN G Le,XIA Guan2qun (S hanghai Instit ute of Metall urgy,Chi nese Academy of Science,S hanghai200050,Chi na) Abstract: The influence of the decreasing of the voltage along the grid line on the design of front contact was ana2 lyzed.The relation between the power loss and the width of the finger and grid was discussed and the method of obtaining the ideal finger and grid from the preliminary design has been shown in this paper. K ey words: solar cell;grid2line design;power loss 一、引 言 太阳电池是将太阳能转换成电能的半导体器件.栅线是电池的重要组成部分,它负责把电池体内的光生电流引到电池外部.研制太阳电池前总要预先进行栅线设计,制作出栅线的光刻板,栅线的尺寸是根据预先设定的电池参数(开路电压V oc、短路电流密度J sc、最大工作点的输出电压V m和输出电流密度J m等)值设计的.电池制成后,实际测得的电池特性参数的值与设定的值有一定的偏差,因此,预先设计的栅线的尺寸与理想的尺寸也会有一定的偏差,所以有必要探讨如何在原始设计的基础上进行调整以得到较理想的栅线. 在求解金属栅线的体电阻引起的功率损耗时认为金属栅线各处是等电位的,实际上栅线各处是不等电位的.本文讨论了金属栅线各处电位不一致给栅线最优设计带来的影响. 二、栅线设计 11常规太阳电池栅线的设计方法 太阳电池栅线的最优设计是以电池总功率损耗最小为依据的.功率损耗的计算公式可参阅文献[1].此外还有太阳电池衬底的体电阻,背面电极与衬底的接触电阻,背面电极的体电阻等引起的功率损耗.通常这几项较小,可忽略不计. 以往人们设计栅线时往往不考虑主线上的电位变化引起的功率损耗,主要有两个原因:其一是时常认为其值很小,可忽略不计:其二是若要考虑,通常需要用传输线理论来求解,十分麻烦.本文在Boone工作的基础上,结合传统的栅线设计方法,能较简捷地获得所需的参数值[2]. Boone计算了硅太阳电池的主线上有电位降时的输出电流,得到了相应的计算公式,只要将他们推导时的I2V关系式中的指数因子1换成某一常数n,同样可以得到针对G aAs 电池的计算公式.这两种电池的计算公式相同,如下所示: I L= NL N[6R s+(N2-1)R g] 3R s+N(N-1)R g (1)由于主线上的电压降对电池输出电压的影响很小,因此主线上的电位降引起的功率损耗的归一化量可近似认为是: ρ rs =1-(I L/N I N)(2)其中I L为总的输出光生电流,I N为最靠近接触点的单元电池的光生电流,N为栅线数,R s为单元电池的串联电阻,R g 为单元电池的主线部分的体电阻. 21原始设计的栅线的调整 栅线的原始设计指的是在制作太阳电池之前对栅线的设计.主栅线W b的大小为: W b=AB(ρsmb J m)/(m V m)(3)其中ρsmb是主栅线的薄层电阻率.栅线和主线设计成线性结构时m取3.A和B分别为电池的长和宽,本文中假设A等于B. 总的功率损耗的归一化量为 ρ loss =ρrf+ρrb+ρcf+ρsf+ρsb+ρtl+ρrs(4)栅间距s的值可对ρloss求极小值得到.因原始设计是根据预先设定的J m和V m设计的,真实的J′m和V′m与J m和V m有一定的偏差.对栅线进行调整的最一般的办法是用J′m和V′m 代替J m和V m设计板子.此时电池的最大功率点的电流密度和电压分别为J″m和V″m.再用J″m、V″m代替J m和V m进行设计,反复几次,可使得栅线的尺寸越来越接近理想的尺寸.这样设计栅线重复的次数较多,用以下方法能较快地得到所 第11期 1999年11月 电 子 学 报 ACTA EL ECTRONICA SINICA Vol.27 No.11 Nov. 1999 Ξ收稿日期:1998205209;修订日期:1998209220.863资助课题
减反射膜原理
减反射膜原理 减反射膜又称增透膜、AR膜、AR片、减反射膜、AR滤光片，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。 光具有波粒二相性，即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子(注意，这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的，因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。 在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光(注意：这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会 发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了. 为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。 定义及其设计： 二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展.对于技术光学的推动来说，在所有的光学薄膜中，增透膜也起着最重要的作用.直至今天，就其生产的总量来说，它仍然超过所有其他的薄膜因此，研究增透膜的设计和制备教术，对于生产实践有着重要的意义. 我们都知道，当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射.如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为透射率为 透射率为：
晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究讲解
毕业论文 题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN 减反射膜工艺研究 目录
摘要 (1) 绪论 (3) 第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6) 1.1化学气相淀积技术 (6) 1.2 PECVD原理和结构 (6) 1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8) 1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9) 1.5表面钝化与体钝化 (9) 第二章实验 (11) 2.1 PECVD设备简介 (11) 2.2 PECVD设备操作流程 (13) 2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13) 2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13) 2.5 理论实验总结 (15) 结束语 (16) 参考文献 (17)
晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究 摘要 等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。 关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化
ABSTRACT SiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment. Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation
晶体硅太阳电池正面栅线电极的制作
晶体硅太阳电池正面栅线电极的制作 ——超细栅线技术 关于晶体硅太阳能电池的正面电极外观图形，不同的生产厂家会有所不同，并且每一家也在不断的优化种，但改变的方向均为将栅线制作的越来越细、越来越高、数目越来越多。从2006年之前的120um到2010年的80um甚至有的厂家达到了60um。随着副栅线宽度变的越来越窄，对于传统的丝网印刷和浆料来说制作难度也变的越来越大，暴露的问题包括断栅增多、结点、栅线边缘不平整等等，从而会导致电性能的不稳定及损失。而作为细栅线制作的潜在技术，Ink Jet Printing（IJP）和Aerosol Jet Printing（AJP）技术开始逐渐应用到太阳电池制作，下面将对这几种印刷方式进行简单的介绍和比较。 1、Ink Jet Printing、Aerosol Jet Printing技术的工业应用和基本原理 1.1 IJP技术的工业应用和基本原理 IJP技术已经被广泛应用在显示器件、生物科学等领域，如图1所示；其在生产、科研领域的应用也越来越广泛，如图2所示，主要的设备厂家包括Dimatix，OTB等。 图1. Ink Jet Printing技术的应用 图2. Ink Jet Printing技术主要应用领域
IJP印刷的基本原理是将过滤后的墨水利用压电陶瓷的压电效应，使小墨水滴透过喷嘴喷射到器件表面，如图3所示。 图3. Ink Jet Printing的印刷头的原理示意图 1.2 Aerosol Jet Printing的工业应用和基本原理 AJP广泛应用在集成电路和生命科学领域，如图4所示，主要的设备厂家如与Manz合作的Optomec等，其工作原理如图5所示，气流从入口将墨滴带到大腔室，其中大的墨滴在重力的作用下会被筛选掉重新回到原来的溶液，小墨滴在气流的吹动下进入喷嘴，在喷嘴处有两路气流夹着小液滴吹到器件表面形成图形，图形的宽度会大大小于喷嘴的宽度。 图4. Aerosol Jet Printing的工业应用 图5 Aerosol Jet Printing的工作原理 2. Ink Jet Printing、Aerosol Jet Printing技术在太阳电池电极制作中的应用 IJP和AJP应用到电极制作中的步骤如图6所示，由于所采用的墨水的价格相对昂贵，一般仅用其来做种子层如步骤2所示，通过IJP或AJP技术在氮化硅表面形成栅线较细的电极图形，经过烧结后该层与PN结形成良好的欧姆接触，然后通过电镀的
减反射技术和减反射原理
减反射原理和减反射技术 3.1 硅材料的光学特性 晶体硅材料的光学特性，是决定晶体硅太阳电池极限效率的关键因素，也是太阳电池制造工艺设计的依据。 3.1.1 光在硅片上的反射、折射和透射 照射到硅片表面的光遵守光的反射、折射定律。如图3.1所示，表面平整的硅片放置在空气中， 有一束强度为0I 的光照射前表面时，将在入射点O 发生反射和折射。以0 I '表示反射光强度，1I 表示折射光强度。这时入射角φ等于反射角r ，并且 n n v c v c v v ''''sin sin ===φφ （3-1） 图3-2 光在半导体薄片上的反射、折射和透射 图3-3 计算表面反射的二维模型 Fig 3-2 Light reflection, infraction and Fig 3-3 2D model for surface reflection transition on semiconductor sheet. calculate. 式中φ'为入射光进入硅中的折射角，v 、'v 分别为空气及硅中的光速，n 、' n 分别为空气及硅的折射率，c 为真空中的光速。任何媒质的折射率都等于真空中的光速与该媒质中的光速之比。 1I 在硅片内的另一个表面以角度φ''发生入射及反射，反射光强度以1I '表示，强度为2I 的光在o '点沿与法线N N '成φ角度的方向透射出后表面。 定义反射光强度0 I '与入射光强度0I 之比为反射率，以R 表示；透射光强度2I 与入射光强度0I 之比为透射率，以T 表示。当介质材料对光没有吸收时，1=+R T 。半导体材料对光有吸收作用，因此，还要考虑材料对光的吸收率。 光垂直入射到硅片表面时，反射率可以表示为：
太阳电池减反射膜系统的研究
文章编号:025420096(2001)0320317205 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N 1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ACT A E NERGIAE S O LARIS SINICA V ol 122, N o 13 Jaln ,2001 ①收稿日期:2000206221
太阳能晶硅电池选择性发射极激光掺杂关键技术研究可行性
太阳能晶硅电池选择性发射极激光掺杂关键技术研究的可行性报告 一、立项的背景和意义 1、提高转换效率、降低制造成本一直是国内外晶体硅太阳能电池研究与开发的首要目标。 世界常规能源供应短缺危机日益严重，仅以石油为例，至2009年底全球已证实的储量可供开采时间仅为45.7年。同时，化石能源的大量开发利用已成为造成自然环境污染和人类生存环境恶化的主要原因之一。在日本核事故之后，美、德、英、俄等国纷纷关闭本国老旧核电站，调整核电发展政策。寻找新兴能源、发展社会经济已成为世界热点问题。在各种新能源中，太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广、利用形式多样等优点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。在我国能源中长期发展战略和规划中明确提出，到 2020 年可再生能源在能源构成的比例中要达到 10％左右。专家预测，在以后的50 年里，可再生能源在整个能源构成中会占到 50％，其中太阳能将会占到 14%以上。晶硅电池具有转换效率高、性能稳定、生产工艺成熟，成本合理等特点，是所有太阳能电池种类中的最重要成员，一直占据了光伏市场85%以上的份额，预计在今后较长时间内依然占主导地位。目前，在大规模的产业应用中，常规(标准丝网印刷)单晶硅电池的效率为17～18.4％，多晶硅电池的效率为15.5～17％，这一电池转换效率与理论转换效率相差很远。 此外，由于受欧债危机和美国双反政策的影响，以及产能过剩引发行业的无序竞争，导致太阳能电池片和电池组件的急剧下降，企业利润空间严重压缩。提高转换效率、降低制造成本一直是国内外晶体硅太阳能电池研究与开发的紧迫任务。 2、激光技术在晶硅太阳能电池技术中的应用前景广阔 在寻找新技术的探索中，激光技术很早就进入科研人员的视线，自上世纪六十年代激光器诞生之后，由于其自身具有单色性好、相干性好，方向性好和亮度高等特点，激光的应用层出不穷，成为新科技革命象征性的工具，极大地推动了科学研究和工业制造技术的发展。在材料加工领域，激光具有独特的精确快速加
增透膜的原理及应用
增透膜的原理及应用 陕西省安塞县安塞高级中学物理教研组贺军 摘要：在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。本文分别从能量守恒的角度对增透膜增加透射的原理给予定性分析；根据菲涅尔公式和折射定律对增透膜增加透射的原理给予定量解释；利用电动力学的电磁理论对增透膜增加透射的原理给予理论解释。同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。 关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术 1前言 在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。这些模糊的观念不仅在高中生中有，而且在大学生中也是存在的。例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。 2增透原理 2．1 定性分析 光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。 这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。 2．2 定量描述光从一种介质反射到另一种介质时，在两种介质的交界面上将发生反射和折射，把 反射光强度与入射光强度的比值叫做反射率。用表示，，和分别表示反射光和入射光的振幅。 设入射的光强度为1，则反射光的强度为，在不考虑吸收及散射情况下，折射光的强度为（1-ρ）。根据菲涅尔公式和折射定律可知：当入射角很小时，光从折射率n1的介质射向折射率n2介质，反射率 （1） 例如光线由很小的入射角从空气射入折射率为 1.8的介质时，则反射率为
HIT太阳能电池
高效HIT太阳能电池的发展现状 2013-5-27 13:17|发布者: 沈秋晨|查看: 1973|评论: 0|原作者: 乔秀梅，贾锐等|来自: Solarzoom 摘要: 摘要：带有本征薄层的异质结（Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm（HIT））太阳能电池起源于Hamakawa等设计的a-Si/c-Si堆叠太阳能电池，与单晶、非晶硅太阳能电池相比，其具有低温工艺，高的稳定性等优点， ... 摘要：带有本征薄层的异质结（Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm （HIT））太阳能电池起源于Hamakawa等设计的a-Si/c-Si堆叠太阳能电池，与单晶、非晶硅太阳能电池相比，其具有低温工艺，高的稳定性等优点，具有广阔的发展前景。 本文介绍了HIT太阳能电池的基本结构和能带并对其特点进行了深入的分析，根据相关文献从清洗，透明导电氧化层（TCO）的制备，非晶硅层的制备，背表面场的制备等方面深入分析了HIT太阳能电池的技术发展状况，并以三洋公司为引线，简单介绍了HIT太阳能电池的产业发展现状。 关键词：HIT；太阳能电池；结构；特点；技术发展；产业发展 1HIT太阳能电池的结构及其特点 1.1HIT太阳能电池的结构 1.1.1基本结构 HIT电池的本质是异质结太阳能电池，A.I.Gubanov于1951年就已经提出了异质结的概念，并且进行了理论分析，但是由于当时制备异质结的工艺技术十分复杂和困难，所以异质结的样品迟迟没有制备成功。1960年Anderson成功的制备出高质量的异质结样品，还提出了十分详细的理论模型和能带结构图。带本征薄层异质结（HIT）太阳能电池是由MakotoTanaka和MikioTaguchi等人于1992年在三洋公司第一次制备成功。图1为常见的双面异质结电池的结构示意图，其特征是三明治结构，中间为衬底p(n)型晶体Si，光照侧是n(p)-i型a-Si膜，背面侧是i-p+(n+)型a-Si膜，在两侧的顶层溅射TCO膜，电极丝印在TCO膜上，构成具有对称型结构的HIT太阳电池。本征a-Si:H起到钝化晶体硅表面的缺陷的作用。最常见的是p型硅基异质结太阳能电池，其广泛应用于光伏产业，因为p型硅片是常见的光伏材料且以p型单晶硅为衬底的电池接触电阻较低，但是由于硼和间隙氧的存在，使得以p型单晶硅为衬底的太阳电池有较严重的光照衰减问题。且由于c-Si(p)/a-Si(i/p)界面氢化非晶硅价带带阶（0.45ev）要比导带带阶大（0.15ev），n型硅基比p型硅基更适合双面异质结太阳能电池。图2是异质结的能带图。对n型Si衬底HIT电池，前表面处较大的价带带阶形成少子空穴势阱，因势阱中空穴势垒较高，热发射概率小，从而有效地阻止了光生空穴的传输。在背面处，薄本征a-Si:H层以及n型a-Si:H层与n型c-Si形成有效
带有本征薄层的异质结太阳能电池
带有本征薄层的异质结太阳能电池 刘艳红,刘爱民 (大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁大连116024) 摘要:带有本征薄层的异质结(HIT)太阳能电池制备工艺温度低、转换效率高、高温特性好,是低价高效电池的一种。根据相关文献,遵循HIT电池发展的过程,从原理、结构、制备工艺等角度对其进行了深入分析,指出PEC VD技术在制备HIT电池中存在的问题,并对HWC VD 法制备高效HIT电池的前景进行了探讨,同时分析了a2Si∶H/Si界面钝化、双面异质结结构、表面织构及栅线的优化设计等技术手段对制备高效HIT电池的重要性。 关键词:HIT太阳能电池;PEC VD;HWC VD 中图分类号:T M914141 文献标识码:A 文章编号:10032353X(2010)0120001207 H etero2Junction with I ntrinsic Thin2Layer Solar Cells Liu Y anhong,Liu Aimin, (School o f Physics and Optoelectronic Technology,Dalian Univer sity o f Technology,Dalian116024,China) Abstract:Hetero2junction with intrinsic thin2layer(HIT)s olar cells explored by Sany o G roup is characterized by low processing tem perature,high efficiency and superiority of high2tem perature performances. The principle,structure and technology of HIT are analyzed.The instability of PEC VD,which is the key technology to deposit the a2Si∶H,is thought to limit the further im provement of HIT efficiency.Otherwise, the possibility of HWC VD for high2efficiency HIT is discussed.The interface passivation of a2Si∶H/Si, double hetero2junction structure,surface texture and optimization of grid are als o analyzed to be im portant for high2performance HIT s olar cell. K ey w ords:HIT s olar cell;PEC VD;HWC VD EEACC:2550 0 引言 能源危机下光伏产业发展迅速。光伏理论与技术的发展逐渐走向成熟,进一步推广光伏应用的关键是提高电池光电转换效率、降低电池成本。Si衬底上HIT电池是晶体Si上生长非晶Si薄层的异质结电池,具有工艺温度低、转换效率高、高温特性好的特点,是适合于大规模推广应用的低价高效电池之一。在日本Sany o公司得到大力发展。目前,其最高实验室效率为2310%(10014cm2),其中开路电压、短路电流及填充因子分别为01729V, 3915mA?cm-2和01800。1 H IT电池结构及其特性 Si衬底上HIT结构太阳能电池(hetero2junction with intrinsic thin2layer s olar cells)即带有薄本征层的异质结太阳能电池,以n型Si衬底为例,典型结构如图1所示,在n型Si衬底迎光面上先后是薄本征非晶Si层及p型非晶Si发射极层,形成带有薄本征非晶Si夹层的异质pn结;在背面,薄本征a2Si∶H及n型a2Si∶H层形成背表面场;在两面掺杂的非晶Si薄层上用溅射法沉积透明导电氧化物薄膜,最后用丝网印刷技术形成栅状金属电极。所有工艺温度低于200℃。上层的透明导电膜也作为抗反射涂层。抗反射涂层上的栅状电极间距为 趋势与展望 Outlook and Future doi:1013969/j1issn110032353x120101011001