CN102916057A - 一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜及其制备方法 - Google Patents

一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜，该梯度折射率减反膜设置于晶硅太阳能电池硅基衬底上；所述梯度折射率减反膜上设有玻璃EVA封装膜；所述梯度折射率减反膜由下自上包括第一层薄膜，第二层薄膜和第三层薄膜。本发明梯度折射率减反膜折射率在膜厚方向上按照三次方关系梯度变化；折射率变化趋势由三层具有特定折射率的膜层体现；三层具有特定折射率的膜层均由同一材料组成；三层膜层的折射率和厚度采取控制物理气相沉积的靶面与硅片表面夹角，以及沉积时间来实现。该梯度折射率减反膜具有宽光谱、光角谱减反射效果，且制备方法简单易于工业化生产。

Description

一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反射膜及其制备方法。
背景技术
在晶硅太阳能电池使用过程中，一般组件都是以一定角度固定于支架之上。当太阳位置变化时，电池片表面反射太阳光的反射损失随阳光入射角度的增加剧增。即便在安装有向日系统的聚光太阳能电池组件中，光线的汇聚过程中，并不完全以0°入射角入射到电池片上，同样有反射损失。这些现象主要受限与现有太阳能电池减反射角谱范围窄的缺点；另一方面，现有减反膜只能对某一波长中心具有较好的减反射效果，随着太阳能电池技术的发展，电池对太阳光光谱响应频谱范围越来越宽，因此开发宽光谱范围的减反膜对太阳能电池技术的发展是十分重要的。梯度折射率减反膜具有宽光谱、光角谱的减反射效果，但是连续变化的梯度折射率减反膜在制备和材料选择上都十分困难。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
参见图1，所述晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜设置于晶硅太阳能电池硅基衬底上；所述梯度折射率减反膜上设有玻璃EVA封装膜；所述梯度折射率减反膜由下自上包括第一层薄膜，第二层薄膜和第三层薄膜；所述三层薄膜中任一层薄膜的折射率函数为：n=nsi-(nsi-nglass)(Ax+Bx2+Cx3)，其中n为该层薄膜的折射率，x为该层薄膜上表面与硅基衬底上表面的距离，A、B和C为相同或不同的常数，nsi为硅基衬底的折射率，nglass为玻璃EVA封装膜的折射率。
其中，第一层薄膜、第二层薄膜和第三层薄膜的材料均为TiO2；第一层薄膜厚度为20～80nm，第二层薄膜厚度为5～20nm，第三层薄膜厚度为60～100nm；第一层薄膜600nm折射率为2.5～2.9，第二层薄膜600nm折射率为2.0～2.4，第三层薄膜600nm折射率为1.5～2.0。
上述晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜的制备方法，包括如下步骤：
1)        利用物理气相沉积法在太阳能电池硅基衬底表面沉积梯度折射率减反膜的第一层薄膜，第一层薄膜600nm波长折射率为2.5～2.9，厚度为20～80nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为0～20°；
2)        利用物理气相沉积法在第一层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第二层薄膜，第二层薄膜600nm波长折射率为2.0～2.4，厚度为5～20nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为20～60°；
3)        利用物理气相沉积法在第二层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第三层薄膜，第三层薄膜600nm波长折射率为1.5～2.0，厚度为60～100nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为60～85°。
其中，所述第一层薄膜，第二层薄膜和第三层薄膜的材料均为TiO2。
所述物理气相沉积法（PVD）可以为磁控溅射沉积法或电子束蒸发法：
当采用磁控溅射沉积法沉积时，其控制参数如下：气体流量比标气与氧气的体积比为1～20：1，溅射气压为0.5Pa～2Pa。
当采用电子束蒸发法沉积时，其控制参数如下：真空度为8×10-2～10-5Pa，电子枪工作电压为5～12KV，速流为0.5～1.5A。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的梯度折射率减反膜折射率在膜厚方向上按照三次方关系梯度变化；折射率变化趋势由三层具有特定折射率的膜层体现；三层具有特定折射率的膜层均由同一材料组成；三层膜层的折射率和厚度采取控制物理气相沉积的靶面与硅片表面夹角，以及沉积时间来实现。该梯度折射率减反膜具有宽光谱、光角谱减反射效果，且制备方法简单易于工业化生产。
附图说明
图1 为本发明所述的晶硅太阳能电池梯度折射率减反射膜的结构示意图；
图2为本发明实施例2中梯度折射率减反膜梯度分布图；
图3为本发明实施例2中梯度折射率减反膜所代表的梯度曲线图；
图4为本发明实施例2中梯度折射率减反膜在不同入射角度下的反射率曲线图。
图中：1-硅基衬底，2-梯度折射率减反膜，21-第一层薄膜、22-第二层薄膜、23-第三层薄膜，3、玻璃EVA封装膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
参见图1，参见图1，所述晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜2设置于晶硅太阳能电池硅基衬底1上；所述梯度折射率减反膜2上设有玻璃EVA封装膜3；所述梯度折射率减反膜由下自上包括第一层薄膜21，第二层薄膜22和第三层薄膜23；所述三层薄膜中任一层薄膜的折射率函数为：n=nsi-(nsi-nglass)(Ax+Bx2+Cx3)，其中n为该层薄膜的折射率，x为该层薄膜上表面与硅基衬底1上表面的距离，A、B和C为相同或不同的常数，nsi为硅基衬底1的折射率，nglass为玻璃EVA封装膜3的折射率。
其中，第一层薄膜21、第二层薄膜22和第三层薄膜23的材料均为TiO2；第一层薄膜21厚度为20～80nm，第二层薄膜22厚度为5～20nm，第三层薄膜23厚度为60～100nm；第一层薄膜21 600nm折射率为2.5～2.9，第二层薄膜22 600nm折射率为2.0～2.4，第三层薄膜23 600nm折射率为1.5～2.0。所述梯度折射率减反膜2上设有玻璃EVA封装膜3。
实施例2
1）利用磁控溅射沉积法在太阳能电池硅基衬底表面沉积梯度折射率减反膜的第一层薄膜，第一层薄膜600nm波长折射率为2.5～2.9，厚度为20～80nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为0～20°；其他控制参数如下：气体流量比标气与氧气（O2）的体积比为1～20：1，溅射气压为0.5Pa～2Pa；
2）利用磁控溅射沉积法在第一层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第二层薄膜，第二层薄膜600nm波长折射率为2.0～2.4，厚度为5～20nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为20～60°；其他控制参数如下：气体流量比标气与氧气（O2）的体积比为1～20：1，溅射气压为0.5Pa～2Pa；
3）利用磁控溅射沉积法在第二层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第三层薄膜，第三层薄膜600nm波长折射率为1.5～2.0，厚度为60～100nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为60～85°；其他控制参数如下：气体流量比标气与氧气（O2）的体积比为1～20：1，溅射气压为0.5Pa～2Pa。
采用上述步骤获得的梯度折射率减反膜的梯度分布参见图2所示，其所代表的梯度曲线参见图3所示，采取上述步骤制备完成的梯度折射率减反膜对不同角度入射光的反射率曲线参见图4所示。
    实施例3
所述物理气相沉积法（PVD）可以为磁控溅射沉积法或电子束蒸发法：
当采用磁控溅射沉积法沉积时，其
当采用电子束蒸发法沉积时，其控制参数如下：真空度为8×10-2～10-5Pa，电子枪工作电压为5～12KV，速流为0.5～1.5A。
1）利用电子束蒸发法在太阳能电池硅基衬底表面沉积梯度折射率减反膜的第一层薄膜，第一层薄膜600nm波长折射率为2.5～2.9，厚度为20～80nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为0～20°；其他控制参数如下：真空度为8×10-2～10-5Pa，电子枪工作电压为5～12KV，速流为0.5～1.5A；
2）利用电子束蒸发法在第一层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第二层薄膜，第二层薄膜600nm波长折射率为2.0～2.4，厚度为5～20nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为20～60°；其他控制参数如下：真空度为8×10-2～10-5Pa，电子枪工作电压为5～12KV，速流为0.5～1.5A；
3）利用电子束蒸发法在第二层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第三层薄膜，第三层薄膜600nm波长折射率为1.5～2.0，厚度为60～100nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为60～85°；其他控制参数如下：真空度为8×10-2～10-5Pa，电子枪工作电压为5～12KV，速流为0.5～1.5A。

Claims (8)

1.一种晶硅太阳能电池梯度折射率减反膜，其特征在于，所述梯度折射率减反膜（2）设置于晶硅太阳能电池硅基衬底（1）上；所述梯度折射率减反膜（2）上设有玻璃EVA封装膜（3）；所述梯度折射率减反膜（2）由下自上包括第一层薄膜（21），第二层薄膜（22）和第三层薄膜（23）；所述三层薄膜中任一层薄膜的折射率函数为：n=nsi-(nsi-nglass)(Ax+Bx2+Cx3)，其中n为该层薄膜的折射率，x为该层薄膜上表面与硅基衬底（1）上表面的距离，A、B和C为相同或不同的常数，nsi为硅基衬底（1）的折射率，nglass为玻璃EVA封装膜（3）的折射率。
2.如权利要求1所述的梯度折射率减反膜，其特征在于，所述第一层薄膜（21），第二层薄膜（22）和第三层薄膜（23）的材料均为TiO2。
3.如权利要求1所述的梯度折射率减反膜，其特征在于，所述第一层薄膜（21）厚度为20～80nm，第二层薄膜（22）厚度为5～20nm，第三层薄膜（23）厚度为60～100nm。
4.如权利要求1所述的梯度折射率减反膜，其特征在于，所述第一层薄膜（21）600nm折射率为2.5～2.9，第二层薄膜（22）600nm折射率为2.0～2.4，第三层薄膜（23）600nm折射率为1.5～2.0。
5.一种制备权利要求1至4任一项所述梯度折射率减反膜的方法，包括如下步骤：
1）利用物理气相沉积法在太阳能电池硅基衬底表面沉积梯度折射率减反膜的第一层薄膜，第一层薄膜600nm波长折射率为2.5～2.9，厚度为20～80nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为0～20°；
2）利用物理气相沉积法在第一层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第二层薄膜，第二层薄膜600nm波长折射率为2.0～2.4，厚度为5～20nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为20～60°；
3）利用物理气相沉积法在第二层薄膜表面沉积梯度折射率减反膜的第三层薄膜，第三层薄膜600nm波长折射率为1.5～2.0，厚度为60～100nm，沉积时控制沉积设备靶面与硅基衬底表面的夹角为60～85°。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一层薄膜，第二层薄膜和第三层薄膜的材料均为TiO2。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物理气相沉积法为磁控溅射沉积法，其控制参数如下：气体流量比标气与氧气的体积比为1～20：1，溅射气压为0.5Pa～2Pa。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物理气相沉积法为电子束蒸发法，其控制参数如下：真空度为8×10-2～10-5Pa，电子枪工作电压为5～12KV，速流为0.5～1.5A。
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