梯度折射率減反射光伏玻璃的研究

盛玉新 張旭

摘?要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)問題越來越嚴(yán)重，在這種形勢(shì)下，太陽(yáng)能作為一項(xiàng)取之不盡用之不竭的能源，得到了世界各國(guó)的高度重視。近年來，太陽(yáng)能電池的大規(guī)模使用使減反射光伏玻璃的需求也在不斷增加，光伏玻璃減反射技術(shù)的研究也成為了光伏領(lǐng)域的一個(gè)主要研究熱點(diǎn)。鑒于此，本文主要分析探討了梯度折射率減反射光伏玻璃方面的內(nèi)容，以供參閱。

關(guān)鍵詞：梯度折射率;減反射;光伏玻璃

【中圖分類號(hào)】?TM914.4?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）18-0203-01

1?減反射技術(shù)分類介紹

薄膜制備方法按照成相的環(huán)境分為氣相法、液相法和其它方法。另一種分類方式是根據(jù)成膜的機(jī)理：一類是基于除去方法，是通過化學(xué)或物理作用，使多成分玻璃在表面上及表面附近區(qū)域內(nèi)失去一些組成部分，由此得到的膜與襯底接觸最佳，其成分與大玻璃稍有不同，而且這種膜總有相當(dāng)多的孔;附加成膜的制備方法是另一大類。它是用淀積方法給玻璃襯底鍍膜，幾乎在所有情況下，這種膜的成分都與襯底不同，膜與襯底的粘附良好，在大多數(shù)情況下都可達(dá)到相當(dāng)緊密地結(jié)合;附加法還包括自組裝或生長(zhǎng)出微結(jié)構(gòu)的方法。各種方法在形成鍍膜的介質(zhì)、所要求的技術(shù)設(shè)備、膜形成速率，所要求的襯底溫度以及一切進(jìn)行再生產(chǎn)和使最終涂層性質(zhì)穩(wěn)定的其它工序等方面。

2?減反射玻璃生產(chǎn)技術(shù)路徑選擇結(jié)論

首先，通過上述分析，PVD法減薄膜的生產(chǎn)成本較高，并且設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本也比較高，在中國(guó)以低成本為優(yōu)勢(shì)的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品不能接受。因此，PVD方法不是國(guó)內(nèi)廠家的最優(yōu)技術(shù)路線。其次，國(guó)內(nèi)外減反射技術(shù)研究最多的是溶膠-凝膠法，特別是近幾年來有關(guān)研究報(bào)道非常多。而多數(shù)技術(shù)所有者積極推廣應(yīng)用的減反射技術(shù)也大多是溶膠-凝膠法，如德國(guó)的Centro?Solar、美國(guó)的Xero?Coat、臺(tái)灣的泉耀、中國(guó)的上海光機(jī)所等，除Centro?Solar外其它都還沒有形成完整的生產(chǎn)線，其產(chǎn)品沒有經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用考驗(yàn)。研究對(duì)某家國(guó)產(chǎn)廠家樣品進(jìn)行了分析測(cè)試，效果并不理想。雖然本研究在溶膠-凝膠技術(shù)方面有一些前期積累，但要從技術(shù)上超越上述廠家、達(dá)到理想的減反射性能并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)也是比較困難的事情。第三，腐蝕法的優(yōu)勢(shì)是減反射性能好、鍍膜成本比較低，并且丹麥Sunarc采用腐蝕技術(shù)生產(chǎn)減反射玻璃已經(jīng)有十幾年的歷史，從技術(shù)上看其性能和規(guī)模化生產(chǎn)都是可行的。最后，通過對(duì)上述情況進(jìn)行綜合分析，可以確定研究探索方向?yàn)楦g法減反射技術(shù)，認(rèn)為該技術(shù)是國(guó)內(nèi)減反射玻璃生產(chǎn)廠家的最佳選擇。論文在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上建立試驗(yàn)生產(chǎn)線，進(jìn)而得到符合技術(shù)指標(biāo)要求的減反射玻璃樣品，為國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。

3?梯度折射率減反射玻璃的制備

3.1?梯度折射率帶寬減反射光伏玻璃的實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將光伏玻璃原片清洗干凈，用專用的玻璃清洗液擦洗或清洗機(jī)清洗2-4遍，然后用清水沖洗1-2遍，最后用去離子水清洗干凈，晾干或烘干備用。（2）配制一定濃度的一次腐蝕液，放入腐蝕容器中并將腐蝕液控制在一定溫度。然后將清洗好的玻璃放入裝有一次腐蝕液的容器中，溶液要漫過玻璃最上沿，經(jīng)一定時(shí)間后將玻璃取出用去離子水清洗干凈。（3）配制一定濃度的二次腐蝕液，放入腐蝕容器中并將腐蝕液控制在一定溫度。然后將經(jīng)過一次腐蝕并清洗干凈的玻璃放入裝有二次腐蝕液的容器中，溶液要漫過玻璃最上沿，經(jīng)一定時(shí)間后將玻璃取出用去離子水清洗干凈。（4）將經(jīng)過二次腐蝕處理并清洗干凈的玻璃放入烘箱或特制爐子內(nèi)，按一定溫度和時(shí)間加熱處理，然后將熱處理過的玻璃切割成待測(cè)樣品尺寸，以備測(cè)試。（5）制備樣品的測(cè)試：通常要經(jīng)過目測(cè)，觀察減反射表面顏色、缺陷和膜層均勻。

3.2?試驗(yàn)結(jié)果與討論

首先，在可見光波段，五種折射率分布函數(shù)的透過率都隨膜層厚度的增加而增加，厚度在110nm以下的透過率曲線差別較大;當(dāng)膜厚達(dá)到220nm以上直到880nm，透過率基本不隨厚度的增加而改變，透過率穩(wěn)定在97%-99.4%較小的范圍內(nèi)。因此當(dāng)厚度達(dá)到220nm即可滿足可見光的減反射要求，繼續(xù)增加厚度沒有實(shí)際意義。

其次，在太陽(yáng)光波段，本文進(jìn)一步研究了分層數(shù)對(duì)梯度折射率薄膜減反射性能的影響，計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)分層數(shù)大于100層時(shí)各種折射率分布和不同膜層厚度下的透過率曲線幾乎都是重合的，說明100層以上的分層數(shù)完全可以確保計(jì)算結(jié)果的正確性。

再次，通過對(duì)線性、二次曲線、對(duì)稱二次曲線和余弦函數(shù)四種折射率分布函數(shù)的計(jì)算結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)：在可見光波段，以余弦函數(shù)分布的梯度折射率減反射薄膜在膜厚大于220nm時(shí)具有最高的透過率，并且透過率曲線穩(wěn)定在99.4%-99.6%的之間。而直線函數(shù)在紅外波段具有最高的透過率和整個(gè)太陽(yáng)光譜最高的平均透過率。但是，在衡量光伏領(lǐng)域通用的透射比數(shù)值上（可見光透射比和太陽(yáng)光直接透射比），余弦函數(shù)折射率分布的減反射性能要好于直線函數(shù)和其它函數(shù)。

最后，為了獲得梯度折射率減反射光伏玻璃并驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果，本文用一種全新的二次腐蝕法，得到了一層厚度為200-300nm左右，具有特殊密度漸進(jìn)式的Si-O結(jié)構(gòu)，物相分析顯示減反射膜層是由無規(guī)則且均勻分布的多孔微結(jié)構(gòu)組成，其微結(jié)構(gòu)尺度大多在20-30nm左右，表面微結(jié)構(gòu)從上到下基本均勻，孔隙率和微結(jié)構(gòu)顆粒大小都沒有明顯的梯度分布。因此，減反射膜層的折射率分布也較均勻，不會(huì)有明顯的突變或者折變。測(cè)試結(jié)果顯示，在392-1024nm波段的透過率大于99%（?0.15%），在390-1000nm的平均透過率為99.22%（?0.15%）。證明本研究制備的梯度折射率減反射光伏玻璃具有良好的寬角度入射減反射特性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源問題也將被提到一個(gè)新的高度，太陽(yáng)能作為未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一項(xiàng)主要能源，不僅需要其具有較高的轉(zhuǎn)換效率，而且還要實(shí)現(xiàn)成本的降低。太陽(yáng)能電池的大規(guī)模必定會(huì)在一定程度上使增加反射光伏玻璃的需求。

參考文獻(xiàn)

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