一种用于光电器件的复合型减反射膜的制作方法

1.本实用新型涉及光技术领域，具体涉及一种反射膜。


背景技术：

2.光是一切有机生命活动的能量来源，没有光辐射，地球上就没有生命。在生命系统中，植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气，成为一切生物体和人类氧气的来源。在能源供应系统方面，太阳能电池通过光电效应或者光化学效应将光能转换成电能，对改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现经济社会可持续发展具有重要的意义。
3.当光线与物体表面相互作用时，空气和基底材料之间的界面会产生不同程度的反射光。过量的光辐射给人类的生活和生产环境带来了许多不良影响，如能量转换效率低、生态环境污染、光污染等。因此，通过有效的光管理，包括减反、陷光、光散射和光衍射，来提高光伏电池、发光二极管、光电探测器等光电器件的光电转换效能成为目前研究的热点之一。
4.通过在光电器件表面蒸镀单层或多层减反膜的方式可以大大降低某特定波段的光学反射，其主要基于不同薄膜界面处发生的干涉相消效应。然而，该类减反膜的制备方法存在以下问题：
①
由于不同材料的引入导致热力学不匹配、附着力差以及机械稳定性差等；
②
该类薄膜通常仅在某特定波段内拥有较好的抗反射性能，而不能在较宽光谱范围以及较广入射角度上减少反射光损失；
③
材料的可选性有限，对材料厚度控制的要求也较高。相比之下，表面微纳减反结构因其具有渐变折射系数可实现宽光谱广角度表面减反、稳定性高等的优点，被广泛应用于各类光电器件中。
5.通常借助干法刻蚀技术制备微纳减反结构，然而该种利用大量高能离子束轰击基底材料表面的方法会引入大量表面缺陷，该类缺陷会增加光电器件尤其是太阳能电池表面的非辐射复合，进而降低光电转换效率。


技术实现要素：

6.为解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于光电器件的复合型减反射膜，实现光电器件表面宽谱广角减反和表面钝化功能。
7.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.一种用于光电器件的复合型减反射膜，包含：微纳减反结构，减反射层和光电器件；微纳减反结构位于减反射层上方，减反射层位于光电器件上方。
9.优选的：所述微纳减反结构为宽谱广角减反射介质微纳结构。
10.优选的：所述介质微纳结构高度和底部直径为数百纳米至数微米，形状包括：凸起式或凹陷式的柱状、锥状、圆台状、线状、球/半球状、抛物线状之一。
11.优选的：所述介质微纳结排列方式包括矩形、六边形或无规则形之一按照紧密或具一定间隙方式排列。
12.优选的：所述介质微纳结构材质为具有折射率和透明度的非结晶的或无定形的介
质薄膜，包括sio2、sio、si3n4、sin
x
、tio2、al2o3、mgf2、ta2o5、zns之一。
13.优选的：所述微纳减反结构位于减反射层上方；所述减反射层由双层所述介质薄膜组成，上层介质薄膜的折射率 n1小于下层介质薄膜的折射率n2，以实现折射率渐变的关系；所述上层介质薄膜材料与所述微纳减反结构的材质一致；所述减反射层各层厚度为数纳米至数微米。
14.优选的：所述减反射层位于光电器件上方；所述光电器件包括太阳能电池、光电探测器、光学镜片、发光二极管、光学传感器之一，用于支撑所述微纳减反结构以及所述减反射层；所述光电器件的折射率n3大于所述下层介质薄膜的折射率n2。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型为一种用于光电器件的复合型减反射膜，采用双重减反设计即微纳减反结构 减反射层，制作方法简单，制备成本低，可实现宽谱广角减反以及表面钝化，对降低光电器件表面反射具有重要意义。
附图说明
16.图1为用于薄膜硅太阳能电池的高效复合型减反射膜示意图；
17.图2为用于薄膜硅太阳能电池的高效复合型减反射膜的俯视图；
18.图3为用于单结gaas太阳能电池的高效复合型减反射膜示意图；
19.图4为用于单结gaas太阳能电池的高效复合型减反射膜的俯视图；
20.其中：1为微纳减反结构，2为减反射层，3为光电器件，4为上层介质薄膜，5为下层介质薄膜、6为氧化铟锡（ito）电极，7为硅活性层，8为正面电极，9为接触层，10为窗口层，11为发射层，12为基底层，13为背场层，14为缓冲层，15为衬底层，16为背电极。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合说明书附图做进一步的详细说明。
22.实施例一：
23.一种表面制备高效复合型减反射膜的薄膜硅太阳能电池，如图1所示，包含微纳减反结构1、减反射层2、光电器件3、上层介质薄膜4、下层介质薄膜5、氧化铟锡（ito）电极6和硅活性层7；
24.所述微纳减反结构置于减反射层之上，本实施例中微纳减反结构为sio2纳米圆台；
25.所述微纳减反结构呈六边形排列，各微纳减反结构之间紧密排列，具体如图2所示；
26.所述减反射层置于光电器件之上；
27.所述减反射层由上层介质薄膜和下层介质薄膜组成，本实施例中上层介质薄膜为sio2介质薄膜，下层介质薄膜为sin
x
介质薄膜；
28.所述微纳减反结构与所述上层介质薄膜材料相同；
29.所述上层介质薄膜的折射率n1小于所述下层介质薄膜的折射率n2；
30.所述光电器件为薄膜硅太阳能电池，包括氧化铟锡（ito）电极6和硅活性层7；
31.所述下层介质薄膜的折射率n2小于所述光电器件中氧化铟锡（ito）电极的折射率
n3；
32.当入射波长为300 nm时，上层介质薄膜即sio2介质薄膜的折射率n1为1.50，下层介质薄膜即sin
x
介质薄膜的折射率n2为2.25，光电器件中氧化铟锡（ito）电极的折射率n3为2.38，满足n1＜n2＜n3关系。此外，根据，其中λ0为300 nm，计算得上层介质薄膜的厚度h1为50 nm，下层介质薄膜的厚度h2为33 nm。微纳减反结构即sio2纳米圆台可降低可见光全波段的表面反射，减反射层即sio2 sin
x
双层减反层可降低300 nm附近波段的表面反射（该波段可见光辐射强度较大），两者结合进而达到双效减反目的，电池短路电流亦得到提升。此外，上层介质薄膜即sio2介质薄膜和下层介质薄膜即sin
x
介质薄膜均具有较好的表面钝化能力，可以大大降低电池表面非辐射复合进而提升电池开路电压。短路电流和开路电压的增大可以进一步带动电池光电转换效率的提升。因此，采用表面制备复合型减反射膜的方式，最终实现薄膜硅太阳能电池光电转换效能的提升。
33.实施例二：
34.本实用新型提供一种表面制备高效复合型减反射膜的单结gaas太阳能电池，如图3所示，包含微纳减反结构1、减反射层2、光电器件3、上层介质薄膜4、下层介质薄膜5、正面电极8，接触层9，窗口层10，发射层11，基底层12，背场层13，缓冲层14，衬底层15，背电极16；
35.所述微纳减反结构1置于减反射层2之上，本实施例中该结构为sio2纳米柱；
36.所述微纳减反结构1呈矩形排列，各微纳减反结构1之间具一定间隙，具体如图4所示；
37.所述减反射层2置于光电器件3之上；
38.所述减反射层2由上层介质薄膜4和下层介质薄膜5组成，本实施例中上层介质薄膜4为sio2介质薄膜，下层介质薄膜5为tio2介质薄膜；
39.所述微纳减反结构1与所述上层介质薄膜4材料相同；
40.所述上层介质薄膜4的折射率n1小于所述下层介质薄膜5的折射率n2；
41.所述光电器件3为单结gaas太阳能电池，包括正面电极8，接触层9，窗口层10，发射层11，基底层12，背场层13，缓冲层14，衬底层15，背电极16；
42.所述下层介质薄膜5的折射率n2小于所述光电器件3中窗口层10的折射率n3；
43.当入射波长为500 nm时，上层介质薄膜4即sio2介质薄膜的折射率n1为1.47，下层介质薄膜5即tio2介质薄膜的折射率n2为2.05，光电器件3中窗口层10的折射率n3为3.49，满足n1＜n2＜n3关系。此外，根据，其中λ0为500 nm，计算得上层介质薄膜4即sio2介质薄膜的厚度h1为85 nm，下层介质薄膜即tio2介质薄膜的厚度h2为61 nm。微纳减反结构1即sio2纳米圆台可降低可见光全波段的表面反射，减反射层即sio2 tio2双层减反层可降低500 nm附近波段的表面反射（该波段可见光辐射强度最大），两者结合进而达到双效减反目的，电池短路电流亦得到提升。此外，上层介质薄膜即sio2介质薄膜和下层介质薄膜即tio2介质薄膜均具有较好的表面钝化能力，可以大大降低电池表面非辐射复合进而提升电池开路电压。短路电流和开路电压的增大可以进一步带动电池光电转换效率的提升。因此，采用表面制备复合型减反射膜的方式，最终实现单结gaas太阳能电池光电转换效能的提升。
44.本实用新型提出一种用于光电器件的复合型减反射膜，该减反膜采用介质薄膜材料，并在其上制备微纳减反结构，使得介质微纳结构不仅具有宽谱减反作用，还可钝化材料表面以降低表面非辐射复合。同时，介质微纳结构底部设置双层介质减反层，该减反层不仅可以弥补微纳减反结构减反效果较弱的波段以实现全光谱高效减反，而且可以增强表面钝化效果，具一定现实意义。
45.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。