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CN106684205B - 一种多结太阳电池减反射膜及其制备方法 - Google Patents

一种多结太阳电池减反射膜及其制备方法 Download PDF

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CN106684205B CN201510744419.2A CN201510744419A CN106684205B CN 106684205 B CN106684205 B CN 106684205B CN 201510744419 A CN201510744419 A CN 201510744419A CN 106684205 B CN106684205 B CN 106684205B
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王训春
张玮
周大勇
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Abstract

本发明提供一种多结太阳电池减反射膜及其制备方法，本发明所提供的多结太阳电池减反射膜的制备方法包括：步骤一、选择材料分别进行单层沉积；获得对应沉积条件下，沉积入射角与沉积速率的关系；步骤二、测量步骤一得到的各单层膜的光学参数，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率、光学参数的对应关系；通过仿真程序设计减反射膜结构，优化各层厚度，使得在确定总厚度及沉积条件下，整个减发射膜的平均反射率在300~1700nm范围内最小。本发明所提供的多结太阳电池减反射膜的反射率在300~1700nm内的反射率小于0.25%。

Description

一种多结太阳电池减反射膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种多结太阳电池技术领域的方法，具体涉及一种可应用于多结太阳电池的多层渐变性宽光谱减反射膜及其制备方法。
背景技术
随着太阳电池技术的发展，高效率的实现需要使用更多结太阳电池来对光谱进行更有效利用，因此要求减反射膜的有效范围拓宽到300-1700nm，以保证对光的有效吸收。当前广泛使用的三结电池利用简单的双层减反射膜控制反射，而更宽光谱减反射的实现，必须采用多层薄膜结构，形成折射率梯度变化的减反射膜体系，才能进一步在300nm-1700nm范围内降低电池表面对光的反射率，以保证对光的有效吸收以及在子电池之间电流匹配。
目前国内对适合多结太阳电池的宽光谱减反射膜研究近乎空白。而国外多结太阳电池的发展很早，美国的Emcore公司及Spectrolab公司等相继报道了四结、五结甚至六结的太阳电池，效率较传统的三结太阳电池有了很大突破，因此，国外对减反射膜也相应地进行了更为深入的研究。Lucas Alves等人的专利《Antireflection Coating for Multi-junction Solar Cells》（US 2011/0232745 A1）中就已报道在三结太阳电池上得到300-1850nm范围内平均反射率小于5%的减反射膜。
在多结电池的减反膜研制方面，国内目前主要是将三结电池中的减反射膜结构直接移植到四结太阳电池上，但是要保证各子电池之间的电流匹配和光的有效吸收就需要引入多层薄膜结构。本发明着重解决多结太阳电池中的宽光谱减反射膜研制问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种宽光谱渐变性多结太阳电池减反射膜，提高对光的吸收；为解决所述问题，本发明提供一种多结太阳电池宽光谱渐变性减反射膜及其制备方法。
本发明所提供的多结太阳电池减反射膜制备方法，包括：
步骤一、选择材料分别进行单层沉积；获得对应沉积条件下，沉积入射角与沉积速率的关系；
步骤二、测量步骤一得到的各单层膜的光学参数，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率、光学参数的对应关系；通过仿真程序设计减反射膜结构，优化各层厚度，使得在确定总厚度及沉积条件下，整个减发射膜的平均反射率在300~1700nm范围内最小。
进一步，还包括：测量各单层膜的厚度，并与沉积设定厚度相比较，获取沉积厚度误差。
进一步，采用椭圆偏振仪测量各单层膜的光学参数。
进一步，所述的减反射膜的折射率从基底到空气层逐层递减。
进一步，所述减反射膜的沉积条件为对应各单层膜的光学参数时，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率。
本发明所提供的多结太阳电池减反射膜，包括：基底为多结太阳电池，减反射膜的层数和每层材料的厚度由仿真程序设计得出，与多结太阳电池的结构有关。
进一步，所述多结太阳电池减反射膜的反射率在300~1700的波长范围内小于0.25%。
本发明的优点包括：
建立对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率、光学参数的对应关系，通过仿真程序进行优化，从而得到优化的多结太阳电池减反射膜结构及制备工艺；实验结果已经证明，通过本发明所提供的减反射膜的反射率可以小于0.25%，满足航天应用需求。
附图说明
图1是多结太阳电池宽光谱减反射膜的制备方法流程图；
图2是本发明实施例所提供的四结电池与减反射膜的位置结构示意图；
图3是本发明实例中，设计的应用于四结太阳电池上减反射膜的反射谱图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。
本实施例具体包括如下步骤，如图1所示：
步骤一、选择镀膜材料分别进行单层沉积；获得对应沉积条件下，沉积入射角与沉积速率的关系；所述镀膜材料可以选择常用的用于太阳电池反射膜的材料，比如TiO2、SiO2、Al2O3等。
步骤二、测量步骤一得到的各单层膜的光学参数，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率、光学参数的对应关系；通过仿真程序设计减反射膜结构，优化各层厚度，使得在确定总厚度及沉积条件下，整个减发射膜的平均反射率在300~1700nm范围内最小。
光学参数指的是反射率n和消光系数k。
步骤三、根据仿真程序设计的最优结构，以及膜料沉积入射角和镀膜材料的折射率的关系，将所需的材料装入镀膜机上，调节控制每层沉积入射角度，依次沉积每层材料。
在本发明的优选实施例中，还包括，测量各单层膜的厚度，并与沉积设定厚度相比较，获取沉积厚度误差，以便在沉积多结太阳电池宽光谱减反射膜时尽量消除沉积厚度误差的影响。
在本实施例中，采用椭圆偏振仪测量各单层膜的光学参数，椭圆偏振仪具有测量准确、快速、不破坏薄膜的优点。
在优选实施例中，多结太阳电池宽光谱减反射膜的折射率从基底到空气层逐层递减，这样的膜系结构的优点是由于光学薄膜材料种类的限制，理想的膜系折射率递减较难实现，而本专利中的渐变性减反射膜可直接实现理想的折射率递减的膜系。同时，避免多种性质不同的光学薄膜的连续沉积带来极大的工艺复杂度。
通过本发明得到的优化膜系所对应的沉积条件为步骤一中所述为对应各单层膜的光学参数时，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率。
图2是本发明实施例所提供的四结电池与减反射膜的位置结构示意图，
所述减反射膜包括：
基底为多结太阳电池，减反射膜的层数和每层材料的厚度由仿真程序设计得出，与多结太阳电池的结构有关。
进一步，所述多结太阳电池减反射膜的反射率在300~1700的波长范围内小于0.25%。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种多结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于，包括：
步骤一、选择材料分别进行单层沉积；获得对应沉积条件下，沉积入射角与沉积速率的关系；
步骤二、测量步骤一得到的各单层膜的光学参数，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率、光学参数的对应关系，所述光学参数指的是反射率和消光系数；通过仿真程序设计减反射膜结构，优化各层厚度，使得在确定总厚度及沉积条件下，整个减反射膜的平均反射率在300~1700nm范围内最小；
测量各单层膜的厚度，并与沉积设定厚度相比较，获取沉积厚度误差；
所述多结太阳电池减反射膜的反射率在300~1700的波长范围内小于0.25%。
2.依据权利要求1所述的多结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于，采用椭圆偏振仪测量各单层膜的光学参数。
3.依据权利要求1所述的多结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于，所述的减反射膜的折射率从基底到空气层逐层递减。
4.依据权利要求1所述的多结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于，所述减反射膜的沉积条件为对应各单层膜的光学参数时，获得在对应沉积条件下，沉积入射角、沉积速率。
5.权利要求1至4中任意一项所述的多结太阳电池减反射膜制备方法所制备的多结太阳电池减反射膜，其特征在于，包括：基底为多结太阳电池，减反射膜的层数和每层材料的厚度由仿真程序设计得出，与多结太阳电池的结构有关。
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