董天鹏 王将 俞长庆 吕华博
（江西彩虹光伏有限公司 上饶 334000）
摘 要：使用彩虹双层镀膜液在光伏玻璃基板上，利用辊涂工艺成功制备了由不同厚度和折光率二氧化硅层构成的双层减反射薄膜。通过对不同制备参数下得到的双层SiO2减反射薄膜的微观结构、光学性质和组装的组件光伏性能进行对比研究，结果表明：在制备的底层和表层SiO2膜厚分别为75 nm和127 nm时，减反射镀膜玻璃样品在波长380～1100 nm范围的平均透过率为94.33%（AM 1.5平均），封装的光伏组件也表现出了更高的外量子效率和组件功率。
关键词：双层SiO 减反射薄膜；辊涂；微结构；透过率；外量子效率
0 引言
太阳能取之不尽，用之不竭，以其不必长距离输送、无噪声、无污染等独特优点成为理想的代替化石燃料的清洁能源。光伏发电是太阳能利用率高且具有发展前景的利用方式。目前，在光伏市场中，较为成熟的太阳能发电器件为硅基太阳电池和薄膜（碲化镉、砷化镓等）太阳电池，其组件的光电转换效率虽然在近年来取得快速发展，然而依旧在20%左右。提高太阳电池组件中光吸收材料的光电转换效率不仅成本高，而且存在技术瓶颈，很难突破。因此，提高组件中其他材料（如盖板玻璃和EVA胶等）的透光率是目前提高光伏组件发电功率的常用方法［1］。在光伏盖板玻璃上制备减反射薄膜可以明显降低反射率，增加透过率，从而增加硅基吸收层对太阳能的吸收［2］。
减反射薄膜有单层膜、双层膜和多层膜之分。单层膜材料主要有多孔SiO2、ZnS和TiO2等，很难实现宽域范围内理想的减反射效果，而三层减反射膜会增加材料、资金的损耗以及镀膜工艺的复杂性［3］。常用的双层减反射薄膜系主要是 TiO2 /SiO2、MgF2 /ZnS或TiOx /Al2O3。TiO2和SiO2薄膜具有较大的折射率差，可获得比较宽的反射带，因而被广泛应用于双层减反射薄膜中。SiO2薄膜具有硬度高、耐磨性好、膜层牢固、光透过率高、散射吸收小、透明区一直延伸到紫外区等良 好的光学性能，更低廉的原料价格使得双层 SiO2减反射薄膜在光伏市场中更有优势。
在固体薄膜的制备过程中，常见的沉积方法有: 脉冲激光沉积、磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、化学气相沉积等。本文采用镀膜成本低的溶胶-凝胶方法，选用连续辊涂的方式在光伏压延原片玻璃上连续沉积两层不同厚度和折射率的SiO2薄膜，成功实现了双层SiO2减反射膜的制备，进行了光学性能测试。
1 实验
1.1 原料
CH-202A/CH-202B镀膜液（彩虹光伏有限公司）；异丙醇；3.2 mm超白光伏压延玻璃（彩虹光伏有限公司）。
1.2 仪器与设备
辊涂镀膜机；气浮台式光谱透射比测量系统（ 奥博泰Filmeasure2100）；场发射扫描电子显微镜；PCT加速老化试验箱。
1.3 双层SiO2减反射膜的制备
在恒温恒湿镀膜房中，使用明硕镀膜机在2267 mm×1128 mm×3.2 mm的太阳能光伏压延原片玻璃表面依次辊涂底层膜和面层膜。原片玻璃的透过率为91.66%。双层减反射膜的制备中，选用固定型号的两种镀膜液以分别固定顶层和底层薄膜的折射率。主要通过辊涂工艺中调节胶辊转动速度来控制所得的薄膜厚度，以保证满足光学 性能要求。在辊涂工艺中，提高胶辊速度能线性提高涂布液体的数量，因此可以调节双层SiO2减反射膜顶层和底层薄膜厚度。在标准镀膜过程中，镀膜液与异丙醇的补给量按比例2∶1，主传动速度设为12 m/min，胶辊速度设为12.5～13.5 m/min，固化炉温度设为120～200 ℃。镀膜固化后进入钢化炉钢化，按照常规钢化工艺在680～ 720 ℃钢化2～3 min，然后经清洗机清洗、烘干， 得到镀有双层SiO2减反射膜的光伏镀膜玻璃。
1.4 性能测试
透过率测试采用奥博泰Filmeasure2100气浮台式光谱透射比测量系统，在380～1100 nm波长 范围内对减反射镀膜钢化玻璃样品进行测试。
微观形貌结构的测试利用场发射扫描电子显微镜测量减反射膜层厚度及表面和断面结构形貌。
耐候性能的测试是在PCT加速老化实验箱中，在温度121℃±0.5 ℃，相对湿度99%～100% 下保持48 h，测试膜层的腐蚀对比情况。
2 结果与讨论
2.1 双层SiO2减反射膜的透过率增益
通过调节双层SiO2减反射膜制备过程中镀膜机的胶辊转动速度来控制双层薄膜中底层薄膜和顶层薄膜的厚度，利用顶层薄膜和底层薄膜不同折射率和厚度来调节镀膜的整体光学性能，从而调节镀膜光伏盖板玻璃的整体透过率。
图1为单层SiO2减反射膜光伏玻璃和使用不同胶辊转速工艺制备的双层SiO2减反射膜光伏玻璃的透过率曲线；具体数据见表1。
图1 不同工艺制备的光伏玻璃的透过率曲线
表1 不同光伏玻璃的透过率
由表1可知，由于原片玻璃表面对太阳光的反射以及内部离子对太阳光的吸收，透过率只有91.66%；使 用彩虹CH202B镀液制备的单层SiO2减反射膜光伏玻璃能有效减少玻璃表面对太阳光的反射，透过率提高到94.06%；而使用彩虹CH202A镀膜液在不同胶辊转速制备的双层SiO2减反射膜光伏玻璃的透过率均高于单层SiO2减反射膜光伏玻璃的透过率，其中镀膜机胶辊转速均为 12 m/s时样品的透过率最高，达到了94.33%，与原片玻璃相比，透过率增益达到了2.67%。双层镀膜的光学增益明显。
2.2 双层SiO2减反射膜的微观结构
由透过率增益可以看出，制备双层SiO2减反射膜制备的底层薄膜和顶层薄膜的最佳胶辊转速均为12 m/s，得到的顶层薄膜和底层薄膜的厚度分别为127nm和75nm。对制备的SiO2减反射膜的微结构进行表征，图2和图3分别为单层和双层 SiO2减反射膜的表面和断面扫描电镜照片。
（a）单层 （b）双层
图2 单层/双层SiO2减反射膜表面扫描电镜照片
（a）单层 （b）双层
图3 单层/双层SiO2减反射膜断面扫描电镜照片
由图2可以看出，单层SiO2减反射膜和双层 SiO2减反射膜的外层表面结构基本相似，表面均匀分布了孔径为50nm左右的椭圆形纳米微孔。
由图3可以看出，单层SiO2减反射膜其膜层厚度约为118nm，膜层中存在分布均匀且互不连通的椭圆形气孔。双层SiO2减反射膜其顶层薄膜的厚度127nm，底层较为致密薄膜的厚度为75nm，顶层薄膜的微结构与单层SiO2减反射膜类似，均匀分布了互不连通的椭圆形气孔，其底层薄膜相对均匀，没有明显的气孔。双层SiO2减反射膜因其顶层薄膜和底层薄膜不同的微结构和折光率，实现了透过率2.67%的增益。
光伏镀膜玻璃由于要在户外长期使用，因此，耐候性能表现对于光伏镀膜玻璃的综合性能和长期可靠工作而言是十分重要的。双层SiO2减反射膜由于底层致密二氧化硅层的引入，可对光伏玻璃本体起到隔绝水汽入侵的保护作用。因此，还对制备的镀有SiO2减反射膜的光伏玻璃样品进行了耐候性能的测试和对比。
单层和双层SiO2减反射膜经过PCT加速老化测试后的表面和断面扫描电镜见图4和图5。由表面和断面扫描电镜照片来看，单层SiO2减反射膜经过 PCT加速老化测试后膜层表面和内部均有损坏，薄膜表面粗糙不平且厚度不均；双层SiO2减反射膜经过PCT加速老化测试后膜层表面和内部的微结构基本保持不变。这是因为双层SiO2镀膜的底层较为致密，能明显抑制玻璃本体中碱性金属离子（钠钙 等）的析出，从而产生保护效应［4］。由此可见，双层SiO2减反射膜较单层SiO2减反射膜具有更好的耐水汽侵蚀性能，镀膜的综合耐候性能得以明显提高。
（a）单层 （b）双层
图4 腐蚀后测试单层/双层SiO2减反射膜的表面扫描电镜照片
（a）单层 （b）双层
图5 腐蚀后测试单层/双层SiO2减反射膜的断面扫描电镜照片
2.3 单层/双层SiO2减反射膜相关组件的光伏效应
图6显示了使用不同光伏玻璃装备的相应组件的外部量子效应。
图6使用不同光伏玻璃装备的相应光伏组件的外部量子效应
由图6可以看出，不论是单层SiO2减反射膜还是双层SiO2减反射膜在波长＜600nm和波长＞ 700nm时均表现出比原片更高的外部量子效应。 而且双层SiO2减反射膜在波长＜460nm和波长＞ 940nm时，比单层SiO2减反射膜也表现出更高的外部量子效应。这也与对应的减反射膜盖板玻璃的透过率数据是一致的。组件的光伏效应结果表明，使用双层SiO2减反射镀膜玻璃封装的光伏组件，可以有效提高其发电功率。现在新型电池如HJT组件，对于长波长的光学利用效率更 高，因此可以合理预测，双层SiO2减反射镀膜玻 璃封装光伏组件的功率提高效应在未来会更加显著。
3 结论
使用辊涂工艺成功制备了单层SiO2光伏减反射膜和由不同厚度和折光率SiO2层组成的双层SiO2光伏减反射膜样品。对制备得到的单层/双层SiO2减反射镀膜的微观结构、光学性质和组装的相关组件的光伏性能进行了对比研究。在制备的两层 SiO2膜厚分别为75nm和127nm时，双层SiO2减反射镀膜光伏玻璃在波长380～1100nm范围的平均透过率为94.33%（AM 1.5平均），其光学性能明显高于单层镀膜。同时双层镀膜玻璃的耐候性能也有显著提高，组装的对应组件也表现出了较高的外部量子效率。双层SiO2减反射镀膜光伏玻璃的综 合性能要优于单层SiO2减反射镀膜光伏玻璃。
参考文献
［1］周冬兰,周鹏,廖丹.光伏组件封装材料的研究进展[J]. 化工新型材料,2020,48（07）: 15-18.DOI:10.19817/j.cnki.Issn1006-3536. 2020.07.004.
［2］Ballif, C. Dicker, J, Borchert D, et al. Solar glass with industrial porous SiO2 antire-flection coating: measurements of photovoltaic module properties improvement and modelling of yearly energy yield gain[J]. Solar energy materials and solar cells, 2004, 82（3）: 331-344.
［ 3］ Hou, GuoJiao, Iván García, Ignacio Rey-Stolle. Highlow refractive index stacks for broadband antireflection coatings for multijunction solar cells[J]. Solar Energy, 2021, 217（3）: 29-39.
［ 4］ Law, Adam M., et al. Combined Anti-soiling and Antireflection Coatings for Solar Modules[C]. 2021 IEEE 48th Photovoltaic Specialists Conference（PVSC）. IEEE, 2021.
聚砜医疗干粉吸入...
塑料包装材料的减...
汽车功能键触摸盖I...
高性能注塑聚丙烯...
