关于太阳能电池减反射膜的研究报告

太阳能玻璃减反增透膜研究现状及前景展望摘要：太阳能光伏发电装置的构成包括光伏玻璃，空气与光伏玻璃之间存在界面会导致太阳光反射，所折射的太阳光无法进入到光电转换中，从而容易出现光损耗问题。

减反射膜的合理应用，能够有效控制因折射率而产生的光损耗，所以在太阳能光伏发电装置中，需要镀减反射膜。

减反射膜不仅需要拥有良好的性能，也需要在不同环境下保持稳定性，满足光伏产业低成本与均匀成膜的标准。

关键词：光伏玻璃；减反射膜；研究太阳能光伏是目前最具发展潜力的清洁能源之一，各国相关从业者正全力开发各种先进技术与新产品，希望能提高光电转换效率。

而决定晶硅太阳能电池转换效率的因素中，最重要的决定因素是光电组件中的晶硅技术，其次是保护光电组件的太阳能光伏玻璃；相对而言，提高太阳能光伏玻璃的光学特性，要比提高晶硅电池的转换效率更容易，成本更低。

目前大部分的光伏封装玻璃为低铁超白压花玻璃，透光率可达91.5%以上，通过在太阳能光伏玻璃表面镀制一层减反射层有望进一步提升晶体硅光伏组件的发电功率。

本文系统介绍太阳能玻璃减反射膜的研究进展，并分析太阳能玻璃减反射膜存在的问题，对其发展趋势进行了展望。

一、太阳能玻璃减反射膜的研究现状溶胶-凝胶法是制备增透减反膜的常用方法，一般溶胶-凝胶法制备增透减反膜是以硅酸酯为原料，在酸或碱催化作用下，发生水解、缩聚等反应，生成一种颗粒状网状结构或线性网状结构的硅溶胶，一定条件下将溶胶在超白光伏玻璃基体上成膜，膜层经固化和钢化后形成增透减反膜。

从增透减反膜常见结构类型概括可分三类：（1）纳米实心颗粒减反射膜；（2）纳米介孔减反射膜；（3）纳米空心球颗粒减反射膜。

（一）纳米实心颗粒减反射膜早期的减反射膜是由几十到上百纳米粒径大小的 SiO2纳米颗粒堆积形成的薄膜，可通过球形颗粒大小来调节膜层透光率。

早在1947年1/4波长的二氧化硅减反射膜就被提出，到了1968年，用碱催化法制备的单分散球形二氧化硅颗粒制得了折射率低至1.22的减反射膜。

毕业论文题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究目录摘要 (1)绪论 (3)第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6)1.1化学气相淀积技术 (6)1.2 PECVD原理和结构 (6)1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8)1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9)1.5表面钝化与体钝化 (9)第二章实验 (11)2.1 PECVD设备简介 (11)2.2 PECVD设备操作流程 (13)2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13)2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13)2.5 理论实验总结 (15)结束语 (16)参考文献 (17)晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。

氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。

探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。

本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。

实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。

关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。

关于太阳能电池减反射膜的研究报告作者：杨嘉贺（江西南昌理工学院南昌 330044）【摘要】在太阳电池表面形成一层减反射薄膜是提高太阳电池的光电转换效率比较可行且降低成本的方法。

应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统，采用SiH4和NH3气源以制备氮化硅薄膜。

研究探索了PECVD生长氮化硅薄膜的基本物化性质以及在沉积过程中反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率对薄膜性质的影响。

通过大量实验，分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数，并得出制作战反射膜的优化工艺。

【关键词】太阳电池；PECVD减反射；氮化硅薄膜一、引言太阳能光伏技术是将太阳能转化为电力的技术，其核心是半导体物质的光电效应。

最常用的半导体材料是硅。

光伏电池由P型和N型半导体构成，一个为正极，一个为负极。

阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流，阳光强度越大，电流就越强。

太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。

晶体硅是当前太阳能光伏电池的主流。

目前晶体硅电池光电转换效率可以达到20％，并已实现大规模生产。

除效率外，光伏电池的厚度也很重要。

薄的硅片(wafer)意味着较少的硅材料消耗，从而可降低成本。

在查阅了大量国内外相关文献，并结合我国对晶体硅太阳电池技术开发的迫切需要，在制备太阳电池减反射膜(氮化硅薄膜)的工艺中，对气体流量比、微波功率、沉积压强和温度对减反射膜性质的影响进行了研究，通过大量有效的工作及一系列工艺数据，得出了制作减反射膜，分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数和优化工艺。

二、减反射膜（增透膜）工作原理2.1基本概念：在了解减反射薄膜原理之前，要先了解几个简单的概念：第一，光在两种媒质界面上的振幅反射系数为(1-ρ)／(1+ρ)，其中ρ为界面处两折射率之比。

第二，若反射光存在于折射率比相邻媒质更低的媒质内，则相移为180°；若该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率，则相移为零。

第三，光因受薄膜上下两个表面的反射而分成2个分量，这2个分量将按如下方式重新合并，即当它们的相对相移为180°时，合振幅便是2个分量振幅之差；称为两光束发生相消干涉。

降低太阳能电池表面反射率研究分析摘要：太阳能电池正面的一次反射损耗高，一直是制约光伏转换效率的关键挑战。

由于半导体层的折射率高于空气，部分太阳光在空气与半导体界面处丢失。

在空气和半导体之间形成逐渐变化的折射率，可以最大限度地减少表面反射，加强光捕获并促进pn结内的载流子分离，从而降低太阳能电池正面的一次反射损耗。

本文介绍的AAO纳米光栅和倒金字塔纳米结构，可有效降低表面反射损耗。

关键词：折射率； AAO纳米光栅；倒金字塔能源是发展和经济增长的主要驱动力，工业革命后全球能源在很大程度上依赖于化石燃料，而化石燃料的过度开采和使用，导致与能源生产相关的全球变暖、资源枯竭和生物多样性丧失等环境问题逐渐暴露。

2015年9月25日，可持续发展峰会在纽约召开，联合国共193个成员国于峰会上表决通过了17个可持续发展目标，旨在以综合方式解决社会、经济和环境三个维度的发展问题，向可持续发展道路转型。

可持续发展被定义为在不损害后代需求的情况下满足当代人的需求，可再生能源替代化石燃料势在必行。

电力作为一种功能性能源形式，是工业、农业以及现代设备运行的基础。

随着人口的增长和经济的发展，电力需求增长率逐年增加，而太阳能是一种很有前途的可再生能源。

光伏太阳能电池板技术(PV)在其运行过程中不会排放温室气体(GHG)，因此被认为是一种环境友好型技术，已研发出单晶硅电池、非晶硅电池、砷化镓电池和钙钛矿电池等不同类型的太阳能电池。

其中硅太阳能电池具有寿命长、性能可靠、价格低廉等优点，在光伏领域应用广泛。

光伏太阳能系统主要以并网和离网两种形式用于发电，并网系统主要应用于大型太阳能发电厂和城市区域小型分布式光伏发电，离网系统主要应用于家庭和小型商业电网。

为了满足全球对能源的需求，设计与制作具有高转换效率的太阳能电池是关键，提高太阳能电池的光电转换效率显得尤为重要。

作者简介：闫晓峰(1993-)，男，河南濮阳人，助理工程师，研究方向为新能源1 晶硅太阳能电池制备工艺流程随着晶硅太阳能电池经的工艺技术不断革新，光电转换效率不断提升，但是常规晶硅太阳能电池的生产工艺流程并无根本性改变。

太阳能电池减反射膜的作用太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，它可以将太阳能直接转化为电能，减轻对传统能源的依赖，减少对环境的污染。

然而，太阳能电池在转化过程中会遭受反射损失，导致能量的浪费和效率的降低。

为了解决这个问题，人们开发了太阳能电池减反射膜，用以减少反射损失，提高太阳能电池的利用效率。

1.提高光吸收：减反射膜能够降低太阳光在太阳能电池表面的反射率，使更多的光线被吸收，转化为电能。

通常，普通玻璃表面的反射率约为4%，而具有减反射膜的太阳能电池表面的反射率可以降低到1%左右。

通过减少反射，太阳能电池的光吸收能力得到提高，从而提高了其转化效率。

2.增强光透射：太阳能电池减反射膜能够增强光的透射能力，使光线更容易通过太阳能电池的表面，达到光栅、PN结等光电器件之间，提高能量的传递效率。

光透射的增强可以有效降低太阳能电池光吸收层的光路径长度，减小光的损失，提高太阳能电池的光电转换效率。

3.抑制光能损失：减反射膜可以通过多层膜材料的叠加，实现光的全波段抑制，使光线更多地被吸收，而不是被反射出去。

这样可以有效减少光能的损失，提高电池的能量转化效率。

4.增加太阳能电池的耐候性和耐腐蚀性：太阳能电池减反射膜采用特殊的材料和处理工艺制成，具有良好的耐候性和耐腐蚀性，能够长时间稳定地保护太阳能电池表面光电转换层的性能和稳定性。

总的来说，太阳能电池减反射膜的作用是降低太阳能电池表面的反射损失，增加光的吸收和透射，提高太阳能电池的转化效率。

通过有效利用太阳能，并降低能源消耗，太阳能电池减反射膜可以减少对传统能源的依赖，保护环境，具有重要的经济和环境意义。

光伏减反射膜光伏减反射膜是一种应用于太阳能电池板上的薄膜材料，其主要作用是减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。

在太阳能电池板的应用中，光伏减反射膜是非常重要的一种材料，下面我们来详细了解一下光伏减反射膜的相关知识。

光伏减反射膜是一种能够减少太阳光的反射的薄膜材料，其主要作用是提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。

在太阳能电池板的应用中，光伏减反射膜能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。

此外，光伏减反射膜还能够提高太阳能电池板的耐候性和耐腐蚀性，延长太阳能电池板的使用寿命。

二、光伏减反射膜的种类光伏减反射膜的种类主要有以下几种：1、硅氧化物减反射膜硅氧化物减反射膜是一种常用的光伏减反射膜，其主要成分是SiO2。

硅氧化物减反射膜具有良好的光学性能和化学稳定性，能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。

2、氮化硅减反射膜氮化硅减反射膜是一种新型的光伏减反射膜，其主要成分是Si3N4。

氮化硅减反射膜具有良好的光学性能和化学稳定性，能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。

此外，氮化硅减反射膜还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，能够延长太阳能电池板的使用寿命。

3、氧化锌减反射膜氧化锌减反射膜是一种常用的光伏减反射膜，其主要成分是ZnO。

氧化锌减反射膜具有良好的光学性能和化学稳定性，能够有效地减少太阳光的反射，提高太阳能电池板的光吸收率，从而提高太阳能电池板的发电效率。

此外，氧化锌减反射膜还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，能够延长太阳能电池板的使用寿命。

三、光伏减反射膜的制备方法光伏减反射膜的制备方法主要有以下几种：1、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种常用的光伏减反射膜制备方法，其主要原理是利用高温下的物理气相反应，在太阳能电池板表面形成一层光伏减反射膜。

减反射膜基本理论在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫减反射膜。

减反射膜又叫增透膜，即能减少反射光、增加透射光的薄膜。

其基本原理是膜外界面反射光与膜内界面反射光叠加抵消,反射光就很微弱了,使几乎全部的光子进入薄膜中。

在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。

有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。

然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。

随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。

因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。

让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。

一、减反射膜原理1、从宏观上由能量守恒分析光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。

为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。

这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。

一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。

即满足能量守恒定律。

当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。

摘要利用太阳能电池发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。

目前，80%以上的太阳电池是由晶体硅材料制备而成的，制备高效率低成本的晶体硅太阳能电池对于大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义。

减反射膜的制备和氢钝化是制备高效率的晶体硅太阳电池的非常重要工序之一。

减反射膜的对光的吸收又与那些因素有关呢？本实验将就镀膜功率、镀膜温度、镀膜时间等对氮化硅减反射膜的影响进行测试。

实验表明氮化硅薄膜的沉积速率随硅烷/氨气流量比增大而增大，随温度升高而略有降低,随沉积功率增大而明显增加，氮化硅薄膜的折射率随硅烷/氨气流量比增大而增大，随温度升高而略有增加,随沉积功率增大而略为降低。

关键词：太阳能；晶体硅；减反射膜；氮化硅AbstractThe use of solar power generation is one of the important ways to solve the energy and environmental problems. At present, more than 80% solar cells are made from crystalline silicon material prepared by the preparation of crystalline silicon solar cells, high efficiency and low cost is very important for the large-scale use of solar power generation has a meaning. Preparation and hydrogen passivation of antireflection films is one of the very important process of crystalline silicon solar cell fabrication of high efficiency. The absorption of light by antireflection coating is related to those factors? The experiments were tested on coating, coating temperature, coating time power such as antireflection coatings on silicon nitride. Experiments show that the silicon nitride film deposition rate increases with the silane / NH3 flow rate increases, and decreases slightly with the increase of temperature, while increases with the increase of deposition power, refractive index of silicon nitride film rate with silane / NH3 flow rate increases, and slightly increase with the increase of temperature, the power increases slightly with deposition reduce.Keywords: solar energy; crystal silicon; antireflection coating; silicon nitride目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 太阳能电池发展历史和现状 (2)1.3 中电投西安太阳能有限公司简介 (3)1.4 本论文的研究目的与意义 (3)2 硅太阳电池的减反射膜 (5)2.1太阳能电池的制造工艺 (5)2.2 氮化硅薄膜的性质与制备方法 (9)2.2.1 氮化硅薄膜的稳定性 (9)2.2.2碳化硅薄膜的优势 (11)2.2.3氮化硅薄膜的制备方法 (12)2.2.4工业制备氮化硅薄膜的方法 (14)2.2.5影响氮化硅薄膜性质的因素 (14)2.3 太阳电池氢钝化的机理和方法 (15)2.4 太阳电池氢钝化存在的问题 (18)2.5氮化硅薄膜对单晶硅的钝化 (19)2.6 氮化硅薄膜对多晶硅的钝化 (20)3 实验设备与过程 (22)3.1 PECVD设备 (22)3.2 RTP设备 (24)3.3 实验材料 (24)3.4 测试设备 (25)3.4.1 金相显微镜 (25)3.4.2 原子力显微镜(AFM) (25)3.4.3 扫描电子显微镜(SEM) (25)3.4.4 薄膜测试系统 (26)3.5 实验过程 (26)3.5.1 正交实验 (26)3.5.2 氢等离子体的钝化实验 (29)4 不同沉积参数对薄膜性质的影响 (30)4.1不同射频功率与薄膜沉积速率的关系 (31)4.2不同硅烷/氨气流量比与薄膜沉积速率和折射率的关系 (32)4.3热处理对氮化硅减反射膜的影响 (35)4.4热处理对少子寿命的影响 (38)总结 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 引言自1954年美国贝尔实验室的Chapin等人研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。

南通大学毕业设计（论文）立题卡2、课题来源是指：1.科研，2.社会生产实际，3. 其他。

3、课题类别是指：1.毕业论文，2.毕业设计。

4、教研室意见：在组织专业指导委员会审核后，就该课题的工作量大小，难易程度及是否符合专业培养目标和要求等内容提出具体的意见和建议。

5、学院可根据专业特点，可对该表格进行适当的修改。

摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。

氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。

探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。

本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。

实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。

关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN from plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 太阳能光伏产业发展现状和未来 (1)1.2 晶体硅太阳能电池技术的发展 (1)1.3 本课题的主要内容 (2)第二章单晶硅太阳能电池的原理与工艺 (3)2.1 p-n结电池的基本结构 (3)2.2 p-n结电池的基本原理 (3)2.3 单晶硅太阳能电池工艺流程 (5)第三章PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (8)3.1 化学气相淀积技术 (8)3.2 PECVD的原理和结构 (9)3.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (10)3.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (11)3.5 表面钝化与体钝化 (11)第四章实验 (13)4.1 PECVD设备简介 (13)4.2 PECVD 设备操作流程 (14)4.3 SiN减反射膜PECVD镀制工艺流程 (15)4.4 最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (16)4.5 实验数据及分析 (17)4.6 实验总结 (19)第五章结束语 (20)参考文献 (22)致谢 (23)第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。