梯度折射率减反射光伏玻璃的研究

盛玉新 张旭

摘 要：随着我国社会经济的飞速发展，能源危机问题越来越严重，在这种形势下，太阳能作为一项取之不尽用之不竭的能源，得到了世界各国的高度重视。近年来，太阳能电池的大规模使用使减反射光伏玻璃的需求也在不断增加，光伏玻璃减反射技术的研究也成为了光伏领域的一个主要研究热点。鉴于此，本文主要分析探讨了梯度折射率减反射光伏玻璃方面的内容，以供参阅。

关键词：梯度折射率;减反射;光伏玻璃

【中图分类号】 TM914.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）18-0203-01

1 减反射技术分类介绍

薄膜制备方法按照成相的环境分为气相法、液相法和其它方法。另一种分类方式是根据成膜的机理：一类是基于除去方法，是通过化学或物理作用，使多成分玻璃在表面上及表面附近区域内失去一些组成部分，由此得到的膜与衬底接触最佳，其成分与大玻璃稍有不同，而且这种膜总有相当多的孔;附加成膜的制备方法是另一大类。它是用淀积方法给玻璃衬底镀膜，几乎在所有情况下，这种膜的成分都与衬底不同，膜与衬底的粘附良好，在大多数情况下都可达到相当紧密地结合;附加法还包括自组装或生长出微结构的方法。各种方法在形成镀膜的介质、所要求的技术设备、膜形成速率，所要求的衬底温度以及一切进行再生产和使最终涂层性质稳定的其它工序等方面。

2 减反射玻璃生产技术路径选择结论

首先，通过上述分析，PVD法减薄膜的生产成本较高，并且设备运行维护成本也比较高，在中国以低成本为优势的太阳能电池产品不能接受。因此，PVD方法不是国内厂家的最优技术路线。其次，国内外减反射技术研究最多的是溶胶-凝胶法，特别是近几年来有关研究报道非常多。而多数技术所有者积极推广应用的减反射技术也大多是溶胶-凝胶法，如德国的Centro Solar、美国的Xero Coat、台湾的泉耀、中国的上海光机所等，除Centro Solar外其它都还没有形成完整的生产线，其产品没有经过实际的应用考验。研究对某家国产厂家样品进行了分析测试，效果并不理想。虽然本研究在溶胶-凝胶技术方面有一些前期积累，但要从技术上超越上述厂家、达到理想的减反射性能并实现规模化生产也是比较困难的事情。第三，腐蚀法的优势是减反射性能好、镀膜成本比较低，并且丹麦Sunarc采用腐蚀技术生产减反射玻璃已经有十几年的历史，从技术上看其性能和规模化生产都是可行的。最后，通过对上述情况进行综合分析，可以确定研究探索方向为腐蚀法减反射技术，认为该技术是国内减反射玻璃生产厂家的最佳选择。论文在实验室研究的基础上建立试验生产线，进而得到符合技术指标要求的减反射玻璃样品，为国内光伏产业的发展提供理论基础及技术支撑。

3 梯度折射率減反射玻璃的制备

3.1 梯度折射率带宽减反射光伏玻璃的实验步骤

（1）将光伏玻璃原片清洗干净，用专用的玻璃清洗液擦洗或清洗机清洗2-4遍，然后用清水冲洗1-2遍，最后用去离子水清洗干净，晾干或烘干备用。（2）配制一定浓度的一次腐蚀液，放入腐蚀容器中并将腐蚀液控制在一定温度。然后将清洗好的玻璃放入装有一次腐蚀液的容器中，溶液要漫过玻璃最上沿，经一定时间后将玻璃取出用去离子水清洗干净。（3）配制一定浓度的二次腐蚀液，放入腐蚀容器中并将腐蚀液控制在一定温度。然后将经过一次腐蚀并清洗干净的玻璃放入装有二次腐蚀液的容器中，溶液要漫过玻璃最上沿，经一定时间后将玻璃取出用去离子水清洗干净。（4）将经过二次腐蚀处理并清洗干净的玻璃放入烘箱或特制炉子内，按一定温度和时间加热处理，然后将热处理过的玻璃切割成待测样品尺寸，以备测试。（5）制备样品的测试：通常要经过目测，观察减反射表面颜色、缺陷和膜层均匀。

3.2 试验结果与讨论

首先，在可见光波段，五种折射率分布函数的透过率都随膜层厚度的增加而增加，厚度在110nm以下的透过率曲线差别较大;当膜厚达到220nm以上直到880nm，透过率基本不随厚度的增加而改变，透过率稳定在97%-99.4%较小的范围内。因此当厚度达到220nm即可满足可见光的减反射要求，继续增加厚度没有实际意义。

其次，在太阳光波段，本文进一步研究了分层数对梯度折射率薄膜减反射性能的影响，计算结果表明：当分层数大于100层时各种折射率分布和不同膜层厚度下的透过率曲线几乎都是重合的，说明100层以上的分层数完全可以确保计算结果的正确性。

再次，通过对线性、二次曲线、对称二次曲线和余弦函数四种折射率分布函数的计算结果比较发现：在可见光波段，以余弦函数分布的梯度折射率减反射薄膜在膜厚大于220nm时具有最高的透过率，并且透过率曲线稳定在99.4%-99.6%的之间。而直线函数在红外波段具有最高的透过率和整个太阳光谱最高的平均透过率。但是，在衡量光伏领域通用的透射比数值上（可见光透射比和太阳光直接透射比），余弦函数折射率分布的减反射性能要好于直线函数和其它函数。

最后，为了获得梯度折射率减反射光伏玻璃并验证理论计算结果，本文用一种全新的二次腐蚀法，得到了一层厚度为200-300nm左右，具有特殊密度渐进式的Si-O结构，物相分析显示减反射膜层是由无规则且均匀分布的多孔微结构组成，其微结构尺度大多在20-30nm左右，表面微结构从上到下基本均匀，孔隙率和微结构颗粒大小都没有明显的梯度分布。因此，减反射膜层的折射率分布也较均匀，不会有明显的突变或者折变。测试结果显示，在392-1024nm波段的透过率大于99%（ 0.15%），在390-1000nm的平均透过率为99.22%（ 0.15%）。证明本研究制备的梯度折射率减反射光伏玻璃具有良好的宽角度入射减反射特性。

结束语

综上所述，随着我国社会经济的飞速发展，能源问题也将被提到一个新的高度，太阳能作为未来社会经济发展中的一项主要能源，不仅需要其具有较高的转换效率，而且还要实现成本的降低。太阳能电池的大规模必定会在一定程度上使增加反射光伏玻璃的需求。

参考文献

[1]李真一.梯度折射率减反射光伏玻璃的研究[D].中国海洋大学.2014.

[2]张月.梯度折射率减反射光伏玻璃的相关研究[J].价值工程.2015（04）.