二氧化钛减反射膜在单晶硅太阳能电池中的应用.pdf

0 引 言在 世界能源结 构的转移 中 , 太阳能 发电处于 突出的位置 , 全球目前年 能源消费的总和 只相当于太阳在 40 min 内照射到地球表面的能量 。 太阳能随处可见 , 不必远距离输电 ,无噪声 , 不污染环境 。 由于这些独特的优点 , 太阳能发电作为新兴的产业正在迅速崛起 [ 1] 。硅是 地球上第 二位最丰富 的元素 , 而且无 毒性 , 用它制作的太阳电池效率也很高 , 因此它是最适于制作太阳电池的半导体材料 [ 2 ] 。 在硅太阳电池中又可分为单晶 硅 、 多晶硅和非晶硅太阳电池三类 。 单晶硅太阳电池具有效率高 、 寿命长 、性能优良等优点 , 因此在工业上应用广泛 [ 3] 。太阳光直接照射硅电池表面时有 大量的光线被反射掉 ,从而电池的光电转换效率降低。 为提高太阳电池的光电转换效率 , 必须减 少电池表面 被反射掉 的光子数 , 在电 池表面制备一层或多层减反射膜就 是很好的方法 。 本文基于工业应用的实际 , 给出了二氧化钛减反射膜在单晶硅太阳能电池中的应用 。1 二 氧化 钛减 反射 膜1.1 减反射膜的原理照射到硅片上的光不能全部被硅吸 收 , 有一部分会被反射掉 。 反射百分率 的大小取 决于硅和 外界透明介 质的折射率 。 垂直入射时 , 硅片表面的反射率 R 为R=[ nsi- n0nsi+n0] , ( 1)式中 : n si 为硅的 折射率 , 在真空或大气中等 于 1; n 0 为外界介质的折射率。在真 空或大气中 , 如 果硅表面 没有减反射 膜 , 长波范围( ~1.1 μ m) 入射光将损失总量的 34%, 短波范围 ( ~0.4 μ m)损失为 54% 。即使在硅表面制作了绒面 , 由于入射光产生多次反射而增加了吸收 , 但也有约 11%的反射损失。如图 1 所示 , 如果在硅的表面制备一层 透明的介质膜 ,由于介质膜的两个界面上的反射光 相互干涉 , 可以在很宽的波长范围内降低反射率 。 此时反射率由下式给出 :R= r12+r 22+2r 1 r2cosθ1+r12+r22 +2r1r2cosθ, ( 2 )式中 : r1、 r2 分别是外界介质 — 膜和膜 — 硅界 面上的菲涅尔反射系数 ; θ 为膜层厚度引起的相应角 。 它们可分别表示为 :r1= n 0- nn0+n, ( 3)r2= n- nsin+nsi, ( 4)θ = 4 πλ0nd, ( 5)其中 , n 0、 n 和 n si 分别为外界介质、 膜层和硅的折射率 ,λ 0 为入射光的波长 , d 为膜层的实际厚度 , nd 为膜层的光学厚度。当波长为 λ 0 的光垂直入射时 , 如 果膜层光学厚度为 λ 0的四分之一 , 即 nd=λ 0/4, 则由式 ( 1- 1) 可得 :Rλ 0= n2- n 0nsin2+n0nsi! “2。 ( 6)为了使反射损失减到最小 , 即希望 Rλ = ,= # 。 ( )二 氧 化 钛 减 反 射 膜 在 单 晶 硅太 阳 能 电 池 中 的 应 用翁正国 , 张青波 , 洪照明( 浙江工商职业技术学院机电工程系 , 浙江 宁波 315012)摘 要 : 介绍了二氧化钛减反射膜在单晶硅太阳能电池中的应用 。 给出了具体的制备工艺 , 并探讨制备时应注意问题 ; 实际证明 , 二氧化钛减反射膜具有较高的经济效益和生产效益。关键词 : 太阳能电池 ; 单晶硅 ; 减反射膜 ; 二氧化钛中图分类号 : TM615 文献标识码 : A收稿日期 : 2007- 05- 07作者简介 翁正国 ( 6 — ) , 男 , 浙江宁波人 , 年毕业于西安电子科技大学电子工程专业 , 工程师 讲师。图 1 减反射膜示意图n 0id nnsi山西能源与节能2007 年第 3 期 ( 总第 46 期 ) SHANXI ENERG Y AND CONSERVAT ION 2007 年 9 月 出版0 0n n 0nsi 7: 19 8 1990/