减反射原理及膜材料选择

1.减反射的原理 它是利用光在减反射膜上下表面反射所产生的光程差，使得两束反射光干涉相消，从而减弱反射，增加投射。图7-21示出减反射原理。

从第二个界面返回到第一个界面的反射光，与第一个界面的反射光相位差180°，所以前者在一定程度上抵消了后者，达到减少反射光而增加透射光的目的。

2.减反射膜材料

（1）正常入射光束下，在硅片上覆盖了一层厚度为d₁的透明材料，其表面反射率的表达式为

其中

式中 R———反射率；

r₁———减反膜反射系数；

r₂———硅片反射系数；

θ₁———入射光进入薄膜折射角；

n₀———玻璃折射率；

n₁———减反膜折射率；

n₂———硅片折射率；

d₁———减反膜厚度；

λ———入射光波长。

图7-21 减反射原理

当时，反射率有最小值R_min为

减反射膜的最佳厚度d_1j为(www.xing528.com)

式中 λ₀———真空中的波长。

（2）分析

1）从公式分析。从式（7-34）可看出，若R_min为零，即反射光为零，则

n²₁-n0n2=0 n²₁=n₀n2

空气中硅的折射率约为3.8，减反射膜最佳折射率是硅的折射率开平方，即1.9。电池封装在玻璃之下时，玻璃折射率为1.5。考虑这层因素，减反射膜最佳折射率增加到大约2.3。

2）从试验曲线分析。图7-22示出裸硅和有减反射膜硅的入射光反射率与波长的关系。由图中可看出，波长在0.6μm处，反射率为零，最低。此时减反膜折射率为2.3。

（3）材料选择

1）材料技术要求。减反射膜材料除了有合适的折射率外，还需要良好的透光性，对光的吸收越少越好；良好的耐化学腐蚀；良好的与硅片粘接性。

2）常用减反射膜材料折射系数见表7-14。

图7-22 裸硅和有减反射膜硅的入射光反射率与波长的关系

———空气中 ---玻璃下

表7-14常用减反射膜材料折射系数

① TiO₂光学薄膜具有较高的折射率，透明波段中心与太阳光的可见光谱波段符合良好，是一种理想的减反膜材料。

② Si₃N₄具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力；氮化硅制备过程中还能对硅片产生氢钝化作用，明显改善硅太阳电池的光电转换效率。

③ 对硅片进行织构化并生长20nm的SiO₂钝化层时，厚度匹配为110nm/35nm的MgF₂/ZnS双层减反射膜的反射率接近于零。