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随着太阳能发电技术的大力发展,提高效率、降低成本成为光伏产业面临的世界性难题。太阳能电池减反射薄膜的研制,可以大幅度降低电池表面太阳光的反射,增加进入到电池内部的光通量,产生更多的光生载流子,是提高电池效率最经济有效的途径。因此探索出一种性能匹配的太阳能电池减反射薄膜材料及其制备工艺具有重要的价值。
经过对减反射薄膜材料的光学性质、稳定性、制备工艺和生产成本的综合考虑,本文采用磁控溅射法制备了TiO2单层和SiO2/TiO2双层结构的太阳能电池减反射薄膜。用台阶仪、原子力显微镜、X射线衍射仪、紫外可见光分光光度计等仪器对薄膜的厚度、表面形貌、晶体结构、光学性能等结构特性进行了表征,研究了制备工艺对减反射薄膜结构与光学特性的影响,并利用PC1D仿真软件研究了减反射薄膜对太阳能电池输出特性的影响。
实验结果表明:TiO2薄膜的沉积速率随着氧气流量比的增大而减小,随着溅射功率的提高呈线性增长,随着衬底温度的升高逐渐减小。薄膜的表面粗糙度受沉积速率的影响较大,提高衬底温度可以使薄膜光滑致密,减小表面粗糙度。沉积态的TiO2薄膜为非晶态结构,经过300~500℃的低温退火,薄膜转变为锐钛矿结构。TiO2薄膜在可见光区域有较高的透射率,折射率的变化区间为2.19~2.46(λ=600nm),消光系数很小,数量级达到10-3。TiO2单层及SiO2/TiO2双层减反射薄膜在适当的工艺条件下可以取得很好的减反射效果,在400~900nm波长范围内,加权平均反射率分别为7.5%和1.2%。仿真结果表明:减反射薄膜可以有效提高太阳能电池的输出特性,填充因子在77%~79%之间,镀制TiO2单层和SiO2/TiO2双层减反射薄膜的太阳能电池转换效率分别为18.1%和18.5%,与未镀膜相比效率可提高66.7%。