钝化硅太阳电池减反射膜的研究
收稿日期:1996-12-01.
史济群,男,1941年生,教授;武汉,华中理工大学固体电子学系(430074).*国家自然科学基金资助项目(69586003).
钝化硅太阳电池减反射膜的研究
*
史济群 欧海燕 周京英 李 宁
(固体电子学系)
摘 要 从多层膜系在某一波长的反射率的计算原理和计算方法入手,采用等效分界面和权重反射率R w 的概念,给出了多层膜系优化的普适方法.具体计算了钝化太阳电池(含SiO 2钝化层)的单层减反射膜和双层减反射膜的优化设计,给出了常用减反射材料的最佳膜厚值,并得出结论:双层膜的减反射效果优于单层膜,平面双层减反射膜的权重反射率R w 小于6%,加微槽结构后降至2%以下(SiO 2钝化层厚度为25nm ).关键词 钝化硅太阳电池;反射率;减反射膜分类号 T M 914.4
1 高效钝化硅太阳电池
硅太阳电池效率主要由开路电压V oc 和短路电流密度J sc 两个参数决定,两者的值越大,电池的效率越高.要提高开路电压V oc ,关键要减小光生少子的表面复合和体内复合,保证高的少数载流子寿命,如采用高少子寿命的硅材料和表面钝化技术,采用浓磷、淡磷分区扩散结构和深结扩散等;要提高短路电流密度J sc ,则要减少入射光的光学损失,如采用微槽结构和蒸镀减反射膜等.
一束光垂直入射到半导体表面,入射光的一部分被反射,剩余的部分则透射到半导体中,可能激发电子-空穴对,产生光生电流.短路电流密度J sc 与反射率R ( )的关系为
J sc =q
∫
2
1
F ( )[1-R ( )]Q ( )d ,(1)
式中,F ( )为太阳光谱中的光子数;Q ( )为电池的内量子效率.裸露硅片表面的反射率超过
30%.为了减小反射损失,通常在太阳电池表面制作减反射膜.一般情况下,单层减反射膜(CeO 2,SiO x )的反射损失在10%左右,双层膜可降至10%以下.采用微槽结构加双层减反射膜,可使反射损失降至3%以下.
2 减反射膜的优化设计
2.1 设计原理
在减反射膜的常规设计中
[1～4]
,单层减反射
膜在中心波长 0处反射为零的条件是:a .薄膜光
学厚度n 1d 1等于四分之一波长;b .薄膜折射率n 1等于基底折射率n s (对硅,n s = 3.85)和入射介质折射率n 0(对空气,n 0=1)乘积的平方根,即n 1=n s n 0.双层减反射膜在中心波长 0消反射可采用如下结构:a . /4- /4结构(n 1d 1=n 2d 2=
0/4),折射率n 2
1n s =n 0n 2
2;b . /4- /2结构(n 1d 1
=n 2d 2/2= 0/4),可视为单层减反射膜的改进,由于光学厚度为 /2的膜层对波长 0的光学性质没有影响,因此可按单层减反射膜的公式计算n 1.根据上述理论,膜系材料的折射率一般在递增情况下(即n 0 在非吸收的介质分界面上的菲涅耳反射系数 j =( j -1- j )/( j -1+ j ) (j =1,2,…,k +1), 对p 分量 j =n j /cos !j (j =0,1,…,k +1);(2)对s 分量 j =n j cos !j (j =0,1,…,k +1),(3)式中,n 0为入射介质折射率,n 1～n k 为各层膜的折射率;n k +1=n s 为基底折射率; j 为光学导纳;!0为入射角;!1～!k 及!k +1分别为光在第1层至第k 第25卷第6期 华 中 理 工 大 学 学 报 V ol.25 N o.61997年 6月 J.Huazhong U niv.of Sci.&T ech. Jun. 1997 层及基底内的折射角.根据折射定律,n0sin!0= n1sin!1=…=n j sin!j,所以有 !j=arcsin[(n0/n j)sin!0] (j=1,2,…,k+1). (4) 当光线以一定角度入射于介质n0和n1分界面上,须对p分量和s分量分别进行计算.反射率R=[(0-1)/(0+1)]2,对p分量j=n j/ co s!j(j=0,1),对s分量j=n j cos!j(j=0,1).入射光为自然光时的总反射率R=(R s+R p)/2. 对于一个膜系,如果将膜系用一等效分界面来表示,只要求得导纳Y,则膜系反射率的计算变得非常简单,即R= (0- )/(0+ ) 2.膜系的导纳Y的计算方法如下. 设Y=C/B,则B和C可用一矩阵方程来表示, (B C)T= k j=1 (A j)(1 s)T, 式中A j= cos#j(i/j)sin#j i j sin#j co s#j . 第j层膜的位相厚度 #j=(2?/ )n j d j cos!j(j=1,2,…,k), (5)垂直入射时,#j=(2?/ )n j d j(j=1,2,…,k). 第j层膜的所有光学参数及其对整个膜系反射特性的影响,可用矩阵A j来表征.k+1个矩阵的连乘积决定了膜系的特征. 已知膜系的光学参数n0,n1,…,n k,n s, n1d1,…,n k d k,则任意一个波长的反射率计算步骤如下: a.由式(4)计算!j(j=1,2,…,k+1); b.由式(5)计算#j,及cos#j和sin#j(j=1, 2,…,k); c.由式(2)和(3)计算p分量和s分量的各有效折射率j; d.对p分量,计算k+1个矩阵的连乘积,连乘后得矩阵 (B C)T=(a3+i a4 a1+i a2)T; e.将Y化简,即 Y=C/B=(a1+i a2)/(a3+i a4)=y1+i y2; f.计算p分量的反射率R p=[(0-y1)2+ y22]/[(0+y1)2+y22]; g.重复步骤d～f,计算s分量的反射率; h.对自然光的反射率R=(R p+R s)/2,若!0 =0°(垂直入射),则R=R p=R s. 2. 2 计算方法 从前述薄膜光学理论知道,在光线的入射角!0、入射介质的折射率n0和衬底的折射率n s给定的条件下,一组膜系的反射率取决于各膜层介质的折射率n1,n2,…,n k和各膜层的厚度d1,d2,…,d k以及所考察的光波长 ,即膜系的反射率R 是这些结构参数的函数:R=R(n1,n2,…,n k, d1,d2,…,d k, ).光学多层膜系的设计,就是在给定的波段上( a< < b)确定这些结构参数n i 和d i(i=1,2,…,k)使反射率R极小.因为可供镀膜的材料不多,加上实际应用的限制,计算出来的结构参数不能实现,一般是先选好膜系材料(即n i已知),再确定厚度d i.对于本研究的钝化硅太阳电池来说,钝化作用的关键在于单晶硅衬底上热生长SiO2钝化层,因此,上述膜系的最底层材料只能是SiO2(n k=1.46).在其上面可选用的减反射膜材料有:SiO2,CeO2,ZnS(单层膜)和M gF2,ZnS(双层膜),在空间应用中,考虑耐空间辐射性能,用T iO2代替ZnS. 光学多层膜系的最优化计算方法有多种,由于只计算单层膜和双层膜,采用算法简单、不用求导的单纯形法. 电池表面的反射随波长而变化,考虑电池的光谱响应,电池的权重反射率R w定义为 R w=∫ 2 1F( )R( )Q( )d ∫ 2 1F( )Q( )d .也可简单表示为R w=1-J sc/J sc,其中J sc由式(1)得到,J sc是无反射(R=0)时的光生电流密度. 微槽结构如图1所示.由(100)硅表面经 图1 微槽结构 各向异性腐蚀出的(111)面构成,微槽与晶面的夹角为54.74°,这使入射光在电池表面至少被反射两次,从而减少了反射损失,在波长 下,微槽的整个反射率 R( )=(S f/S)R a( )+ [(1-S f)/S]R b( )R c( ), 式中,S f是微槽顶面a的宽度;S是微槽间距;R a, R b和R c分别为a,b和c面的反射率.用单纯形法 5 第6期 史济群等:钝化硅太阳电池减反射膜的研究 计算出权重R w 最小时的膜厚.2.3 计算结果及分析 2.3.1 含SiO 2钝化层的单层减反射膜 设硅的折射率n Si =3.85,对常用减反射膜材料(CeO 2,T iO 2,SiO 2),在平面和微槽两种情况下计算得膜厚最佳值如表1所示. 表1 单层减反射膜膜厚最佳值n 1 d 1nm n 2 d 2nm J s c mA ?cm -2 R w %CeO 21.9574.81.46 3.345.99.6平面T iO 2 2.2047.51.4617.0 45.610.2SiO 2 1.4654.51.4653.643.015.4CeO 21.9572.01.462.649.4 2.8微槽T iO 2 2.2053.61.468.7 49.3 3.0SiO 2 1.46107.61.46 5.0 48.5 4.5 d 2为SiO 2钝化层厚度 2.3.2 含SiO 2钝化层的双层减反射膜 对双层减反射膜,可供使用的材料只有M gF 2(折射率为1.38),TiO 2或ZnS (折射率为2.2～2.3)接近理想值.图2和图3 给出了平面 图2 T iO 2和ZnS 层膜厚最佳值与SiO 2层 厚度的关系(平面) 和微槽情况下M gF 2和TiO 2膜厚最佳值与SiO 2层厚度的关系.从图2和图3中明显看出,SiO 2层厚度在40nm 附近,曲线均变化剧烈;随着SiO 2层厚度从零开始增加,Mg F 2层厚度的最佳值先缓慢递增,然后迅速下降直至零或零附近;SiO 2层厚度从零增加到40nm 附近时TiO 2层厚度的最佳值近似线性下降.从图中还可看出,当SiO 2 钝化层 厚度从零开始增加时,权重反射率R w 也随之 增 图3 T iO 2和ZnS 层膜厚最佳值与SiO 2层 厚度的关系(微槽) 加,故电池短路电流密度随之下降,显然对提高J sc 而言,低折射率的SiO 2钝化层是不利因素,因此希望SiO 2层越薄越好.但为了保证钝化效果,SiO 2层又不能太薄,实验中取为25～30nm .双层减反射膜的膜厚最佳值如表2所示. 表2 双层减反射膜的膜厚最佳值n 1 n 2 d 1nm d 2nm J sc mA ?cm -2 R w %平面1.38 2.2111.338.847.3 6.41.38 2.3113.435.847.6 5.7微槽 1.38 2.2120.934.249.7 1.51.38 2.3121.331.2 49.8 1.3 4%电极遮挡损失,SiO 2厚度为25nm 由以上计算及分析得如下结论: a .双层膜的减反射效果优于单层膜; b .微槽结构优于平面结构.平面双层减反射膜的权重反射率R w 在6%左右,加微槽结构后 降到2%以下(SiO 2钝化层厚度为25nm). 参 考 文 献 1 光学零件工艺手册编写组.光学零件工艺手册.北京: 国防工业出版社,1977. 2 南京大学数学系.光学系统自动设计中的数值方法. 北京:国防工业出版社,1976. 3 南京大学数学系.光学自动设计程序汇编.北京:国防 工业出版社,1978. 4 各列宾席阔夫.光学零件镀透光膜.张锦山译.北京: 国防工业出版社,1960. 6 华 中 理 工 大 学 学 报 1997年 A Study on the Anti -Reflection Coating of Passivated Silicon Solar Cells S hi J iqun Ou H aiy an Zhou J ingying L i N ing Abstract By star ting w ith the computing principle and method for the reflectiv ity of a m ultilayer-co ating sy stem of a certain w av elength and w ith the introductio n of the co ncepts of equivalent interface and w eighted reflectiv ity R w ,a g eneral method o f optimizing the thickness and refractivity o f the sy s-tem under different spectra is presented.An optimization design for the single anti-reflection co ating and double anti -r eflection coating of the cell with a layer of passivated SiO 2have been carried out ,and the best thickness of norm al anti -reflection material is listed .It is concluded that the effect of anti -re-flection of the double coating is better than that o f the single coating and the micro -groo ved construc-tio n is better than the plane surface co nstr uction.T he weighted reflectivity R w of the plane do uble an-ti -coating is abo ut 6%w hile that of the micro -gr ooved co nstructio n is low er than 2%,w hen the thickness of the passivated layer of SiO 2is assum ed to be 25nm.Low refractivity (n =1.46)of the passivated SiO 2lay er is disadvantag eous to the reduction of w eighted r eflectivity and to the improve-ment of shor t circuit current density J sc . Keywords passiv ated silicon so lar cell ;r eflectivity ;anti -reflection coating Shi Jiqun Pr of.;Dept.o f Solid-State Electr onics,HUST ,Wuhan 430074,China. 数据库所在“863/CIM S 数据库管理系统产品 开发”项目招标活动中一举夺魁 国家科委高技术司863/CIM S 主题专家组经过一年多的准 备,对国内从事国产数据库管理系统研究开发的单位及其产品进行了综合调查、系统评测,并委托国家科委高技术研究发展中心在全国进行公开招标.全国共有12个单位参加了投标.我校计算机系冯玉才教授领导的达梦数据库与多媒体技术研究所参加了这次投标.3月1日各投标单位在北京进行了公开答辩,经过评标专家的认真评审,我校达梦研究所开发的DM 2以绝对优势,获得第一名而中标.达梦数据库所开发的DM 2已在一些领域得到应用.该所今年将获得国家科委提供的50万元前期启动经费,今后将进一步得到国家科委的强力支持.入选的数据库软件DM 2将与国家科委支持的两个从事M RP Ⅱ产品开发的公司——北京利玛公司和山西经纬公司的M RP Ⅱ产品进行捆绑,并打入市场,以实现以国产DBMS 取代M RP Ⅱ中外国DBM S 的目标. 7第6期 史济群等:钝化硅太阳电池减反射膜的研究 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. 非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池 1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。 硅太阳能电池的结构及 工作原理 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 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。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。 在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。 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。 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： 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 第36卷 第6期2002年6月 西 安 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSITY Vol.36 №6 J un.2002 文章编号:0253-987X(2002)0620651204 晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究 杨 宏1,王 鹤1,于化丛2,奚建平2,胡宏勋2,陈光德1 (1.西安交通大学理学院,710049,西安; 2.上海交通大学太阳能研究所) 摘要:为了提高晶体硅太阳电池的光电转换效率,研究了用等离子增强化学气相沉积(PECVD)的SiN x:H作为晶体硅太阳电池的表面钝化及减反射膜对电池性能的影响,并采用不同的工艺路线制备了不同类型的电池.实验发现:同SiN x:H比较,SiN x:H/SiO2双层光学减反射结构对晶体硅太阳电池能起到更加有效的表面钝化作用,提高了太阳电池的光电转换效率.基于界面物理,提出了一种新的能带模型,解释了用不同实验方法制作的晶体硅太阳电池性能的差异. 关键词:太阳电池;表面钝化;SiN x:H;等离子增强化学气相沉积 中图分类号:TM91414 文献标识码:A Investigation on Passivating Silicon Nitride Surface of Crystalline Silicon Solar Cells Y ang Hong1,W ang He1,Y u Huacong2,Xi Jianpi ng2,Hu Hongx un2,Chen Guangde1 (1.School of Sciences,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China; 2.Institute of Solar Energy,Shanghai Jiaotong University) Abstract:In order to improve photoelectric conversion efficiency of crystalline silicon solar cells,some effects of surface passivation quality and antireflection properties of silicon nitride prepared by plasma enhanced chemical vapour deposition on crystalline silicon solar cells are investigated.All kinds of crys2 talline silicon solar cells were prepared by different process methods.It was found that the silicon ni2 tride/silicon oxide double layer optical antireflection coatings structure shows excellent passivation properties for crystalline solar cells compared to silicon nitride,so photoelectric conversion efficiency of crystalline silicon solar cells is enhanced.Based on interface physics,a new energy band model of sili2 con nitride/silicon oxide/silicon is presented,differences of efficiency of crystalline silicon solar cells prepared by different methodes are explained by this model. K eyw ords:solar cells;surf ace passivation;silicon nit ri de;plasm a enhanced chem ical vapour deposi2 tion 目前,适于作晶体硅太阳电池光学减反射膜的材料有SiO2、TiO x、SiN x:H等薄膜材料.SiO2的折射率(114)太低,光学减反射效果不好;TiO x的折射率虽然接近晶体硅太阳电池最佳光学减反射膜的 收稿日期:2001210211. 作者简介:杨 宏(1968～),男,讲师. 基金项目:西安交通大学博士学位论文基金资助项目. .. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。 （图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。 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 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： 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 高效晶体硅太阳能电池 作者：S.W. Glunz，Fraunhofer Institute of Solar Energy System 如今的晶体硅光伏组件的成本分布主要是材料成本，特别是硅片成本。因此，采用更薄的硅片以及增加电池的转换效率引起了光伏业界的广泛兴趣。 表面钝化 电介质钝化与背表面场 所有转换效率大于20%的电池结构都具有电介质层的钝化表面。然而，目前业界的晶体硅太阳能电池的表面结构多采用的是丝网印刷和热场Al背表面场（Al-BSF）。它有两个主要的限制：由烧结工艺带来的硅片弯曲；更低的电学和光学特性。特别是，Sback、背表面再复合速率是关键的参数，但是在文献中却有着大量的数值。这使得衡量Al-BSF的潜力与电介质钝化变得很困难。 我们对不同的背表面结构并结合高效前表面结构进行了实验。这将有可能准确的确定表面的再复合速率、Sback以及内部反射率Rback。 图1表示了不同背表面结构的内部量子效率，从低质量的欧姆Al接触开始一直到PERL/LBSF背表面。有效的Sback和Rback已经从IQE和反射率测量中去除。 采用这些参数就有可能确定不同背表面结构对太阳能电池性能的影响（图2）。电介质钝化甚至比高质量的发射极和更薄的硅片带来的好处更多。 电介质层的钝化机理 良好的表面钝化有两种不同的机理：交界面状态Dit的降低；场效应钝化，即钝化层中一种载子类型与固定电荷Qf结合时的显著降低。尽管这些机理或两种机理的结合会导致较低的表面再复合速率，Seff(Δn)曲线显示了不同的特性（图3）。热生长的SiO2层更容易获得交界面状态的降低，而对于PECVD沉积的薄膜，如SiNx，场效应钝化和中等程度的Dit降低则更为常见。SiO2的Dit=1010cm2eV-1，Qf=1010cm2。而SiNx的Dit=1011cm2eV-1，Qf=1011cm2。 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 晶体硅太阳能电池 专业班级：机械设计制造及其自动化13秋姓名：张正红 学号： 1334001250324 报告时间： 2015年12月 晶体硅太阳能电池 摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。人们开始急切地寻找其他的能源物质，而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来，因此近年来，光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍，并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。 关键词：太阳能电池；工作原理；晶体硅；特点；发展趋势 前言 “开发太阳能，造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近！近20年来，光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构，太阳能光伏（PV）发电成本将会进一步降低，到本世纪中叶将降至4美分/KWh，优于传统的发电费用。 大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低峰瓦电池的硅材料成本，通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本，通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本，通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在！ 一、晶体硅太阳能电池工作原理 太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。 您的位置：首页专业媒体 光伏制造 高效晶体硅太阳能电池 作者：S.W.Glunz，Fraunhofer Institute of Solar Energy System 如今的晶体硅光伏组件的成本分布主要是材料成本，特别是硅片成本。因此，采用更薄的硅片以及增加电池的转换效率引起了光伏业界的广泛兴趣。表面钝化 电介质钝化与背表面场 所有转换效率大于20%的电池结构都具有电介质层的钝化表面。然而，目前业界的晶体硅太阳能电池的表面结构多采用的是丝网印刷和热场Al背表面场（Al-BSF）。它有两个主要的限制：由烧结工艺带来的硅片弯曲；更低的电学和光学特性。特别是，Sback、背表面再复合速率是关键的参数，但是在文献中却有着大量的数值。这使得衡量Al-BSF的潜力与电介质钝化变得很困难。 我们对不同的背表面结构并结合高效前表面结构进行了实验。这将有可能准确的确定表面的再复合速率、Sback以及内部反射率Rback。 图1表示了不同背表面结构的内部量子效率，从低质量的欧姆Al接触开始一直到PERL/LBSF背表面。有效的Sback和Rback已经从IQE和反射率测量中去除。 采用这些参数就有可能确定不同背表面结构对太阳能电池性能的影响（图2）。电介质钝化甚至比高质量的发射极和更薄的硅片带来的 好处更多。 电介质层的钝化机理 良好的表面钝化有两种不同的机理：交界面状态Dit的降低；场效应钝化，即钝化层中一种载子类型与固定电荷Qf结合时的显著降低。尽管这些机理或两种机理的结合会导致较低的表面再复合速率，Seff(Δn)曲线显示了不同的特性（图3）。热生长的SiO2层更容易获得交界面状态的降低，而对于PECVD沉积的薄膜，如SiNx，场效应钝化和中等程度的Dit降低则更为常见。SiO2的Dit=1010cm2eV-1，Qf=1010cm2。而SiNx的Dit=1011cm2eV-1，Qf=1011cm2。GaAs太阳电池减反射膜的设计
非晶硅太阳能电池研究毕业论文
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高效晶体硅太阳能电池背场钝化技术
增透膜的原理及应用
晶体硅太阳能电池
高效晶体硅太阳能电池钝化技术 《光伏制造杂志》