太阳能电池减少反射损耗的研究
摘要
现如今，社会的日新月异，不管是在工业、农业还是第三服务产业以及高新技术产业，是处于人类历史上前所未有的发展阶段。社会的快速发展，提高了人类的生活水平，加强了社会生产力，同时也就加大了对能源的需求和使用幅度，从汽车到家用电器，都是需要能源去运作。
随着能源的消耗，化石燃料的燃烧，世界面临着两个问题，第一个是温室气体过度排放，污染严重，同时，致使全球气候变暖，南北极冰川面积缩小，海平面上升，自然灾害频繁发生。第二是能源的枯竭。开发利用无污染、可持续再生的清洁能源已经成为当务之急。这时社会开始大力提倡并研发新型绿色环保能源，其实最具代表性的绿色能源就是太阳能。太阳能一般是指太阳光
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关键字:能源太阳能绿色环保
目录
第一章 绪论 5
1.1太阳电池发展背景研究 5
1.1.1发展历史 5
1.1.2典型的太阳电池 6
1.2.1减反射的重要性 7
1.2.2目前典型减反射模型 7
1.3本文的研究目标和研究内容 10
1.3.1研究内容 10
1.3.2研究目标 10
第二章 减反射原理的模型研究 11
2.1薄膜结构减反射原理 11
2.2微结构的减反射原理 12
2.3纳米技术与减反射 13
第三章 复合减反射模型的研究与设计 16
3.1减反射模型的综合分析 16
3.2纳米硅在减反射中的应用 18
3.3复合减反射模型的设计 20
3.3.1新型模型 20
3.3.2 加工过程 20
第四章 结论与展望 23
4.1结论 23
4.2展望 23
参考文献 24
致谢 25
第一章 绪论
1.1太阳电池发展背景研究
太阳无时无刻不在向茫茫的宇宙空间发射着大量的电磁波。这当中射向地球的那一部分，会向地球表面带来大量的光和热。根据有科研者粗约预算，太阳每分钟向地球表面散发的热能约莫是250亿亿卡，这个热量差不多是等于4亿吨烟煤然受之后所带来的能量。太阳在一年之中，输送到地球上的能量，远远超过我们人类现在所拥有的各种能源在同期内所提供产生能量的上万倍。我们所有的天然能源(如煤、石油等)是会枯竭的的，太
阳能则是无穷无尽的。
图1 太阳能
1.1.1发展历史
20世纪70年代的第一次能源危机，人类意识到地球上化石能源是有限的，所以我们就要寻找其他可以能够代替的一些能源。之后，像USA这样的发达国家纷纷在这一方面投进了大量的人力、物力和财力去支持太阳能电池的研发，同时也因为大气污染、温室效应等环境问题的日益严峻，在全球范围内掀起了开发利用太阳能的热潮，至此太阳电池发电的序幕被拉开了。如图1就是太阳能电池发电的示意图。在此之后短短的十几年，众多的科学家以及相关科研人员都本自己的一身奉献在了太阳能研究利用上面从太阳能电池的材料结构以及制作的程序等等方面进行了深入的研究，在加强太阳能电池的使用效能和减少研发成本方面做出了巨大贡献。
图2太能能电池发电的结构示意图
第19世纪30年代末法国某科学家报道了在电解槽中发现了光生伏特效应以后，这一效应的理论和实验方面对世界各国家科学家所了解之后使他们都产生了深刻的兴趣。19世纪70年代末光生伏特效应被发现了它存在于固体硒中，第一片硒太阳电池被成功研制出来。20世纪初德国物理学家 对光电效应进行了研究并发表了论文——著名理论光生伏特效应由此诞生。在20世纪40年代初基于PN结的单晶硅光伏器件的设想被科学家提出，然后在此基础上， 实验室的三位科学家于20世纪中叶成功设计出了世界上第一个实用型单晶硅PN结太阳电池，起初电池的转换率仅有4.5，一段时间后，他们大大的提高了电池的转换率。由此光伏技术进入了了新时代。时至今日，除了硅电池以外，人们还研究过有机半导体、金属一绝缘体一半导体反型层等在内的各种材料和结构的太阳电池，但因为考虑到利用效率以及制作成本等因素，到最后能实现产业化的只有硅电池并且最终硅电池能在世界各国的光伏市场上占据显著位置。经过各国科学家的研究表明，通过改变太阳能电池的材料从而提高其电池的使用效率这条路很难行得通，为此科学家们在太阳电池的表层增加一个了设备或者涂附一层材料以达到减少太阳电池对太阳光的吸收损失的目的，从而大大提高太阳电池的利用效率。
1.1.2典型的太阳电池
从1970年左右开始，太阳能电池被人类大量使用，太阳能电池对于世界各国的供求量，差不多以每年平均18%的速度逐年增长，太阳能电池的种类也是日渐增多，但转换效率都有待进一步提高，以下是目前几种典型的太阳能电池及转换效率如表一
表一 典型太阳能电池及转换效率
由上表可以看出，现在市场上的太阳能电池类型一般是有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池以及 （单结）太阳能电池、 （单结）太阳能电池等等。其中以 太阳能电池的转换效率最高，理想的转换效率能达到25.7%。不过这些太阳能电池在研发以及生产过程中或多或少都存在着众多不足与弊端。
1.2当前存在的主要问题
对于太阳能电池当前存在以下主要问题
（1）对于太阳能电池的原材料硅缺乏已经成为国际性的一大问题，对我像我国这样的人口众多的发展中国家影响尤为严重。
（2）我国太阳能电池产品主要是外销，但是最近几年我国国内的太阳能电池市场一直处于停滞不前的状态。
（3）我国对于太阳能光伏技术的研发缓慢，像应用比较多的单晶硅太阳能电池的技术的进步差不多都是依靠国外的先进设备。
（4）太阳能电池的转换效率一直得不到有效的提高。
（5）国家和各级政府的政策扶植问题，任何一个产业想要得到飞速发展肯定需要国家及政府的相关大力支持，太阳能电池制造成本较高。
1.2.1减反射的重要性
对于如何提高太阳能电池的使用效率，减反射就显得尤为重要。对于太阳能电池，我们希望太阳百分之一百入射到电池，电池不需要反射面，这就需要我们从太阳能电池材料等层面进行探讨研究，进而进一步减少太阳能电池表面的反射，最终提高转换效率。
1.2.2目前典型减反射模型
（1）薄膜结构减反射模型
膜结构被称为表面涂一层薄膜的透明基材，经过调度薄膜自身的折射率从而实现增长透明基体材料调制膜本身以增加透明材料对一定波长的太阳光的透过率。现如今使用比较多的方法就是在在玻璃表面制备 、 薄膜。
图3 薄膜结构减反射模型
（2）微结构的减反射模型
科学家们发现，通过光的衍射和干涉，相干叠加，反射光和光强度的重新分配，减少表面的反射光强度，从而研发出微结构减反射模型。现目前使用比较广泛的构造表面微结构就是刻蚀技术和光刻技术。如下图就是湿法刻蚀的单晶硅绒面金字塔结构。
图4硅绒面金字塔结构湿式蚀刻
光刻这一词最初是来源于照相制版印刷。但是，在微电子以及光电子技术，光刻的具体含义是：芯片打开掩模图案化模板形成规定形状的窗口，需要转移到芯片表面的图形信息的精细结构，这些图案的曝光的光掩模投影，通过UV光，电子束，离子束，激光束，原子束实现曝光，在沉积的精细结构形成的开窗部位后，蚀刻或生长的过程。
光刻技术中比较典型的例子是:第一步在硅材料的薄片上面涂上一层仅数纳米厚的金属，第二步就是在这层金属上覆上一层名为光阻剂的物质。这层光阻剂在光的照射下一般都是会变硬的。光刻技术的优点是它可以非常精确的控制目标制成的的尺寸和比例，不过它也存在着弊端，这个缺点就是它必须是建立在在平面上使用才可以，如果是在不平的表面上，那么它的就达不到预期的效果，例外，光刻技术还要求有极其严苛的清洁条件。它在用于光伏电池中时，一样也是要求有严格的条件。
图5光科技术实现微结构模型
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