减反射膜

减反射膜，又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。

中文名：减反射膜

外文名：antireflection

又称：增透膜

功能：减少平面镜等光学表面的反射光

作用：减少或消除系统的杂散光。

应用：太阳能电池

1、减反射膜的应用

减反射膜是一种应用范围很广的光学镀层，广泛应用于日常生活、工业、天文学、军事学、电子等领域。随着电子工业和计算机的发展，显示器防眩防静电膜和电脑视保屏成为减反射膜新的应用领域，具有广阔的市场前景，它不仅能够有效提高电池的转化效率，而且能改善基体的力学性能、电学性能、光学性能及其他物理化学性能。

在太阳能电池中的应用

硅材料是一种半导体材料，太阳能电池发电原理主要就是利用这种半导体的光电效应。硅折射率很大，照射到硅表面的光不能充分被吸收，而是很大一部分被反射掉，为了最大限度地减少反射损失，可采用在电池上镀一层或多层折射率和厚度与电池匹配的减反射膜来提高电池的转化效率

过镀减反射膜膜可增加光的透过率，从而提高电池的效率，多孔二氧化硅减反射膜不仅使电池的转化效率提高了5%～6%，而且还可以提高基体的抗裂强度；氮化硅减反射膜使电池的转化效率提高到16．7%，薄膜致密性好且能够钝化硅片表面的缺陷；二氧化钛和氧化锆减反射膜能提高玻璃基体的抗碱性能和防水防潮性能。

2、制备方法

溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法（Sol－gel）就是以含高化学活性组分的化合物为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，通过提拉、涂覆等工艺过程在基体上得到减反射膜。溶胶－凝胶法是目前在实验室中应用最广泛的合成减反射膜的方法。Sol－gel法制备薄膜具有合成温度低、操作简单、反应易于控制、制备材料非常均匀等特点，在溶胶的制备、成型、老化、干燥、脱水、致密化过程中，通过控制和调整溶剂用量、陈化时间、保温时间及温度等因素可合成均匀致密的薄膜。

刘永生等用正硅酸乙酯（TEOS）和乙醇为原料，氨水和盐酸为催化剂，采用溶胶－凝胶法制备出双层低折射率的纳米减反射膜，通过对比基体镀膜前后的透过率，发现在可见光波段透过率可以提高6%左右，镀膜后的反射率明显低于镀膜前的反射率。对于单晶硅电池，转化效率可增加1．2%；对于非晶硅电池，转化效率可增加0．5%。他们还利用原子力显微镜（AFM）观察薄膜表面形态，发现表面溶胶－凝胶法（Sol－gel）就是以含高化学活性组分的化合物为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，通过提拉、涂覆等工艺过程在基体上得到减反射膜。溶胶－凝胶法是目前在实验室中应用最广泛的合成减反射膜的方法。Sol－gel法制备薄膜具有合成温度低、操作简单、反应易于控制、制备材料非常均匀等特点，在溶胶的制备、成型、老化、干燥、脱水、致密化过程中，通过控制和调整溶剂用量、陈化时间、保温时间及温度等因素可合成均匀致密的薄膜。

刘永生等用正硅酸乙酯（TEOS）和乙醇为原料，氨水和盐酸为催化剂，采用溶胶－凝胶法制备出双层低折射率的纳米减反射膜，通过对比基体镀膜前后的透过率，发现在可见光波段透过率可以提高6%左右，镀膜后的反射率明显低于镀膜前的反射率（图6）。对于单晶硅电池，转化效率可增加1．2%；对于非晶硅电池，转化效率可增加0．5%。他们还利用原子力显微镜（AFM）观察薄膜表面形态，发现表面均匀平整。熊华山等用溶胶－凝胶法制备SiO2增透膜，研究了水解条件、溶胶陈化时间对膜性能的影响，结果表明，氨的使用能够缩短溶胶到达最佳涂膜效果的陈化时间，并且随着陈化时间的延长薄膜的透光率先增大后减小，峰值透光率约为98%（图7，R为氨水的物质的量）。另外他们还研究了溶胶折光指数与陈化时间的关系，折光指数作为物质属性，与溶胶状态有一定的对应关系，测试结果表明，折光指数随着陈化时间的延长先降低后增加R为氨水的物质的量，当折光指数最小时，薄膜的折光率最小，涂膜后膜层的增透效果最好，折光指数可以确定溶胶的最佳涂膜时间。

化学气相沉积法

化学气相沉积法（CVD）是把含有构成薄膜元素的气体供给衬底，利用加热、等离子体及紫外光等能源，在衬底上发生化学反应沉积薄膜，可以制备SiN、ZnS、SiO2、SiC等太阳能电池减反射膜。

CVD法有很多优点：薄膜形成方向性小，微观均匀性好；薄膜纯度高，残余应力小，延展性强；薄膜受到的辐射损伤较小。

CVD的主要缺点是需要在高温下反应，衬底温度高，沉积速率较低，一般每小时只有几微米到几百微米，使用的设备复杂，基体难以进行局部沉积以及反应源和反应后的余气都有一定的毒性等。CVD常常以反应类型或者压力来分类，常用的有以下几种：低压CVD（LPCVD）、常压CVD（APCVD）、亚常压CVD（SACVD）、超高真空CVD（UHCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）、高密度等离子体CVD（HDPCVD）以及快热CVD（RTCVD）。

等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）是工业沉积多种材料应用最广泛的方法。

溅射法

溅射法根据其特征分为以下4种：

（1）直流溅射；

（2）射频溅射；

（3）磁控溅射；

（4）反应溅射。

磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气，在阴极（柱状靶或平面靶）和阳极镀膜室壁之间施加直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光发电，使氩气电离。氩离子在电场作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。磁控溅射法最常用制备氧化钽、氮化硅薄膜。

3、未来发展方向

减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，至今仍是光学薄膜技术中的重要研究对象，其存在的问题有：

（1）虽然减反射膜具有一定的力学性能、化学性能、抗腐蚀、耐酸碱，但是长期在户外工作的太阳能电池对减反射膜的利用率并不高；

（2）掺杂减反射膜性能有待进一步提高。提高电池的转化效率不仅可以通过镀一层或多层折射率和厚度与基体匹配的减反射膜，而且还可以通过减少载流子损失技术、合理设计和精细制作电极减少电池内部电阻、电池表面制绒等方法提高电池的效率。因此，进一步提高减反射膜的性能和改进制备工艺是今后减反射膜的研究重点。

减反射膜研究方向有以下几个方面：

（1）寻找新材料，设计新膜系；

（2）改进淀积工艺，用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得高性能的薄膜；

（3）探索更多种类掺杂减反射膜的制备且研究掺杂减反射膜对太阳能电池转化效率的影响。相信通过深入细致的研究，减反射膜将会拥有广阔的应用前景。