基本介紹
- 中文名：減反射膜
- 外文名：antireflection
- 又稱：增透膜
- 功能：減少平面鏡等光學表面的反射光
- 作用：減少或消除系統的雜散光。
- 套用：太陽能電池
套用,製備方法,發展方向,
套用
減反射膜是一種套用範圍很廣的光學鍍層，廣泛套用於日常生活、工業、天文學、軍事學、電子等領域。隨著電子工業和計算機的發展，顯示器防眩防靜電膜和電腦視保屏成為減反射膜新的套用領域，具有廣闊的市場前景，它不僅能夠有效提高電池的轉化效率，而且能改善基體的力學性能、電學性能、光學性能及其他物理化學性能。
在太陽能電池中的套用
矽材料是一種半導體材料，太陽能電池發電原理主要就是利用這種半導體的光電效應。矽折射率很大，照射到矽表面的光不能充分被吸收，而是很大一部分被反射掉，為了最大限度地減少反射損失，可採用在電池上鍍一層或多層折射率和厚度與電池匹配的減反射膜來提高電池的轉化效率
過鍍減反射膜膜可增加光的透過率，從而提高電池的效率，多孔二氧化矽減反射膜不僅使電池的轉化效率提高了5% ～6%，而且還可以提高基體的抗裂強度；氮化矽減反射膜使電池的轉化效率提高到16．7%，薄膜緻密性好且能夠鈍化矽片表面的缺陷；二氧化鈦和氧化鋯減反射膜能提高玻璃基體的抗鹼性能和防水防潮性能。
製備方法
溶膠－凝膠法
溶膠－凝膠法（Sol－gel）就是以含高化學活性組分的化合物為前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，並進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，通過提拉、塗覆等工藝過程在基體上得到減反射膜。溶膠－凝膠法是目前在實驗室中套用最廣泛的合成減反射膜的方法。Sol－gel法製備薄膜具有合成溫度低、操作簡單、反應易於控制、製備材料非常均勻等特點，在溶膠的製備、成型、老化、乾燥、脫水、緻密化過程中，通過控制和調整溶劑用量、陳化時間、保溫時間及溫度等因素可合成均勻緻密的薄膜。
劉永生等用正矽酸乙酯（TEOS）和乙醇為原料，氨水和鹽酸為催化劑，採用溶膠－凝膠法製備出雙層低折射率的納米減反射膜，通過對比基體鍍膜前後的透過率，發現在可見光波段透過率可以提高6%左右，鍍膜後的反射率明顯低於鍍膜前的反射率。對於單晶矽電池，轉化效率可增加1．2%；對於非晶矽電池，轉化效率可增加0．5%。他們還利用原子力顯微鏡（AFM）觀察薄膜表面形態，發現表面溶膠－凝膠法（Sol－gel）就是以含高化學活性組分的化合物為前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，並進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，通過提拉、塗覆等工藝過程在基體上得到減反射膜。溶膠－凝膠法是目前在實驗室中套用最廣泛的合成減反射膜的方法。Sol－gel法製備薄膜具有合成溫度低、操作簡單、反應易於控制、製備材料非常均勻等特點，在溶膠的製備、成型、老化、乾燥、脫水、緻密化過程中，通過控制和調整溶劑用量、陳化時間、保溫時間及溫度等因素可合成均勻緻密的薄膜。
劉永生等用正矽酸乙酯（TEOS）和乙醇為原料，氨水和鹽酸為催化劑，採用溶膠－凝膠法製備出雙層低折射率的納米減反射膜，通過對比基體鍍膜前後的透過率，發現在可見光波段透過率可以提高6%左右，鍍膜後的反射率明顯低於鍍膜前的反射率（圖6）。對於單晶矽電池，轉化效率可增加1．2%；對於非晶矽電池，轉化效率可增加0．5%。他們還利用原子力顯微鏡（AFM）觀察薄膜表面形態，發現表面均勻平整。熊華山等用溶膠－凝膠法製備SiO2增透膜，研究了水解條件、溶膠陳化時間對膜性能的影響，結果表明，氨的使用能夠縮短溶膠到達最佳塗膜效果的陳化時間，並且隨著陳化時間的延長薄膜的透光率先增 大 後 減 小，峰 值 透 光 率 約 為98%（圖7，R 為氨水的物質的量）。另外他們還研究了溶膠折光指數與陳化時間的關係，折光指數作為物質屬性，與溶膠狀態有一定的對應關係，測試結果表明，折光指數隨著陳化時間的延長先降低後增加R為氨水的物質的量，當折光指數最小時，薄膜的折光率最小，塗膜後膜層的增透效果最好，折光指數可以確定溶膠的最佳塗膜時間。
化學氣相沉積法
化學氣相沉積法（CVD）是把含有構成薄膜元素的氣體供給襯底，利用加熱、電漿及紫外光等能源，在襯底上發生化學反應沉積薄膜，可以製備 SiN、ZnS、SiO2、SiC 等太陽能電池減反射膜。
CVD 法有很多優點：薄膜形成方向性小，微觀均勻性好；薄膜純度高，殘餘應力小，延展性強；薄膜受到的輻射損傷較小。
CVD 的主要缺點是需要在高溫下反應，襯底溫度高，沉積速率較低，一般每小時只有幾微米到幾百微米，使用的設備複雜，基體難以進行局部沉積以及反應源和反應後的餘氣都有一定的毒性等。CVD 常常以反應類型 或 者 壓 力 來 分 類，常 用 的 有 以 下 幾 種：低 壓 CVD（LPCVD）[20]、常壓 CVD（APCVD）、亞常壓 CVD（SACVD）、超高真空CVD（UHCVD）、電漿增強 CVD（PECVD）、高密度電漿CVD（HDPCVD）以及快熱 CVD（RTCVD）。
電漿增強化學氣相沉積法（PECVD）是工業沉積多種材料套用最廣泛的方法。
濺射法
濺射法根據其特徵分為以下4種：
（1）直流濺射；
（2）射頻濺射；
（3）磁控濺射；
（4）反應濺射。
磁控濺射法是在高真空充入適量的氬氣，在陰極（柱狀靶或平面靶）和陽極鍍膜室壁之間施加直流電壓，在鍍膜室內產生磁控型異常輝光發電，使氬氣電離。氬離子在電場作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜。磁控濺射法最常用製備氧化鉭、氮化矽薄膜。
發展方向
減反射膜是套用最廣、產量最大的一種光學薄膜，至今仍是光學薄膜技術中的重要研究對象，其存在的問題有：
（1）雖然減反射膜具有一定的力學性能、化學性能、抗腐蝕、耐酸鹼，但是長期在戶外工作的太陽能電池對減反射膜的利用率並不高；
（2）摻雜減反射膜性能有待進一步提高。提高電池的轉化效率不僅可以通過鍍一層或多層折射率和厚度與基體匹配的減反射膜，而且還可以通過減少載流子損失技術、合理設計和精細製作電極減少電池內部電阻、電池表面制絨等方法提高電池的效率。因此，進一步提高減反射膜的性能和改進制備工藝是今後減反射膜的研究重點。
減反射膜研究方向有以下幾個方面：
（1）尋找新材料，設計新膜系；
（2）改進澱積工藝，用最少的層數，最簡單、最穩定的工藝，獲得高性能的薄膜；
（3）探索更多種類摻雜減反射膜的製備且研究摻雜減反射膜對太陽能電池轉化效率的影響。相信通過深入細緻的研究，減反射 膜 將 會 擁 有 廣 闊 的 應 用 前景。
