抗反射涂層對(duì)太陽能電池性能的影響

光伏發(fā)電是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效應(yīng)。無抗反射涂層的太陽能電池表面的反射率非常高，超過30%的入射光會(huì)從硅表面反射，因此太陽能電池性能面臨的主要挑戰(zhàn)是反射損耗。光捕獲、表面紋理和抗反射涂層等是減少反射損耗最廣泛使用的方法。美能絨面反射儀是太陽能電池片生產(chǎn)廠商檢測反射率的利器，可以測試電池片對(duì)不同波長段的光的反射率強(qiáng)度。采用衍射光柵光譜儀，通過光柵進(jìn)行色散，分辨率更高。

抗反射涂層理論

抗反射涂層（Anti-Reflection Coating, ARC）在太陽能電池中起著至關(guān)重要的作用，其主要目的是減少光在表面的反射，從而增加光的透射率，提高光電轉(zhuǎn)換效率。大部分太陽能電池都涂有抗反射涂層，一套優(yōu)化設(shè)計(jì)良好的前表面抗反射涂層，可以將電池前表面的反射率從30%降低到5%以下。

兩種介質(zhì)界面處的反射

上圖展示了“薄膜中的光干涉”原理（是基于光波在不同介質(zhì)界面之間反射和透射時(shí)發(fā)生的干涉現(xiàn)象）。從界面a和b反射的光進(jìn)行破壞性干涉，從而將其能量傳遞給電池。當(dāng)入射光正常照射在覆蓋有厚度為d1透明層的硅表面時(shí)，反射能量的表達(dá)式為：

對(duì)于零反射率的透明層：

單層抗反射涂層

不同材料的單層抗反射涂層（SLARC）及其折射率如下表所示。

不同材料的單層抗反射涂層及其折射率

為了提高太陽能電池的性能，要考慮到太陽光譜的分布和硅相對(duì)的光譜響應(yīng)，選擇合理的波長。太陽光譜中的能量峰值出現(xiàn)在0.5μm處，而硅電池的相對(duì)光譜響應(yīng)峰值在0.8-0.9μm波長范圍內(nèi)，因此抗反射效果最好的波長范圍在0.5-0.7μm。

無涂層和涂有單層抗反射層的硅的反射率隨波長的變化

從圖中可以看出，無抗反射涂層的硅電池反射率很高（30%），在波長大于 500nm時(shí)，涂有SLARC的硅反射率＜20％，在波長 600nm時(shí)，涂有Al?O?和Si?N?的硅反射率＜0.4％。反射率僅在一個(gè)波長處最小，而其他波長處較高。在高波長側(cè)逐漸增加，在低波長側(cè)急劇降低。硅太陽能電池有抗反射涂層有助于顯著降低反射率。

雙層抗反射涂層

通過雙層抗反射涂層（DLARC）進(jìn)一步降低反射率。對(duì)于雙層抗反射涂層，反射率的表達(dá)式更為復(fù)雜，表示為：

具有DLARC的硅太陽能電池反射率隨波長的變化

上圖顯示了反射率隨波長的變化，DLARC的反射率曲線呈W形，意味著反射率在對(duì)應(yīng)兩個(gè)波長時(shí)達(dá)到最小值，能夠在寬波長范圍（400 - 1200nm）內(nèi)降低反射率。從圖中可以清楚地看出，DLARC的效果要比SLARC好得多。在450 - 900nm波長范圍內(nèi)，MgF?/ZnS和 SiO?/TiO?的DLARC反射率幾乎可忽略不計(jì)。

抗反射涂層對(duì)太陽能電池性能的影響

對(duì)帶有抗反射涂層的太陽能電池性能進(jìn)行評(píng)估，包括短路電流（Isc）、開路電壓（Voe）、填充因子（FF）和效率（η）等參數(shù)，如下表所示：

AM 1.5照射下SLARC和DLARC硅太陽能電池的光伏數(shù)據(jù)

由表可以看出，無抗反射涂層的硅太陽能電池效率為9.3%，而Si?N?的單層抗反射涂層，太陽能電池效率為13.6%，對(duì)于MgF?/ZnS和SiO?/TiO?的雙層抗反射涂層，太陽能電池的效率分別達(dá)到了14.28％和14.34％。

內(nèi)部量子效率隨光波長的變化

對(duì)于雙層抗反射涂層中的MgF?/ZnS和SiO?/TiO?，在450-900nm的波長范圍內(nèi)，內(nèi)部量子效率＞95％，其中短路電流增加了約52%。內(nèi)部量子效率的提高對(duì)應(yīng)著短路電流的增加，這表明 DLARC有助于提高太陽能電池對(duì)光子的利用效率，從而提升電池的性能。

由此可見，SLARC 可部分改善太陽能電池性能，而設(shè)計(jì)合理的 DLARC 可在很大程度上改善性能，通過應(yīng)用SiO?/TiO?的DLARC可實(shí)現(xiàn)低反射率，短路電流從2.18增加到3.32，光伏效率約為14.34％。

美能絨面反射儀

美能絨面反射儀RTIS通過漫反射激發(fā)電池片，然后通過8度角采用光譜儀檢測。RTIS具有定位的機(jī)臺(tái)和導(dǎo)軌，能夠方便而快速地送入樣品，實(shí)現(xiàn)電池片樣品的定位，提高使用人員的工作效率。

• 光譜測試范圍可達(dá)350-1050nm
• 快速、自動(dòng)任意多點(diǎn)測量
• 每點(diǎn)測試速度約0.1s，檢測時(shí)間僅為傳統(tǒng)反射率的1/10

精準(zhǔn)測量反射率、膜厚等多項(xiàng)重要參數(shù)

抗反射涂層能降低硅太陽能電池的反射率，從而增加光子吸收，提高短路電流和效率。美能絨面反射儀是太陽能電池片生產(chǎn)廠商檢測反射率的利器，可以測試電池片對(duì)不同波長段的光的反射率強(qiáng)度，測試結(jié)果會(huì)通過軟件對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算最終以可視化的曲線呈現(xiàn)出來，有利于用戶對(duì)電池片的反射率這一特性進(jìn)行系統(tǒng)表征。

*特別聲明：「美能光伏」公眾號(hào)所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞光伏行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號(hào)相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，若有侵權(quán)，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我司進(jìn)行刪除。