3减反射技术和减反射原理.docx

第3章减反射原理和减反射技术
在光学中：
当光波从一种介质传到另一种介质时，在两种介质的分界面上将发生反射、折射现 象。反射光按反射定律反回原介质，折射光按折射定律进入另一介质。
折射定律：光在入射介质中的传播“Lambertian”处理，也即，认为在所有方向上捕获的光有均匀的亮度。
在宏观尺度的范围，一种计算反射的二维（2。）模型如图3-3所示。假设沟槽尺寸 大于光波长，所以沟槽和光之间的作用可以用光路近似来描述。沟槽角度为a，沟槽壁 将向下入射光的反射分量反射到对面得到第二次入射机会，这样减低了总的反射率。对 于垂直于太阳电池片平面的入射光，a有几个使反射特性改变的门限值。一旦某些光线 a超过30o,靠近底部的入射光就能得到“二次入射”效应的好处。a超过45o所有垂直 入射光线将“二次入射”。当a上升到54o以上时，靠近沟槽底部的入射光线被三次反射 有了可能。对于60。，所有垂直入射的光线将“三次入射”，等等。如果光线对于太阳电 池平面而言，偏离垂直角度，这些门限将变得有些模糊。如果具有反射率R的表面上反 射与角度的依赖性可以忽略，那么，n次入射后的反射率将为Rn。例如封装在折射率为 ，在太阳光谱波长的峰值，在自由空间600nm波长附近的反射率大约为 20%，在“二次入射”后降到4%， “三次入射”后低于1%。从数学上讲，对于45。忍a ^60o的情形，垂直入射光线经历三次入射的比例可以表示为：
/ sin（5以-270） f =
3 sin（90 -以） （3-4）
对于硅在（100）品面上用碱溶液腐蚀制作的绒面，角锥体表面为（111）面，与底面为 。，所有垂直入射光将得到至少二次入射机会，%的在沟槽底部的入射光将经历三 次入射。尽管化学腐蚀能够在不同的品面之间产生很尖锐的边缘，有时会发生边缘圆 整，这是由于后续工序原因，或是故意地这样做以便消除集中在顶层的应力，这些应力 可能来自氧化、扩散等热处理工艺。这样，在被圆整后的顶部，一旦该处切线与底面的 夹角低于45。，垂直底面入射该处的光线将只有一次入射机会。相似的考虑可用于不如图 3-3所示的沟槽这样规则的形状。总而言之，设计原则是“越陡越好”。
为了使太阳电池的开路电压最大，太阳电池中的复合必须最小。一个有效方法是减小 太阳电池的体积。为了获得尽可能好的光伏特性，接下来要做的便是，必须利用所有好 的方法来在有限体积内提高光的吸收能力。这意味着，利用陷光原理，使进入太阳电池 内的光在第一次穿过电池体积的过程中未被吸收的部分能有另外的机会被吸收。太阳电 池体内的这种光路增长，被称为陷光结构。
对于进入半导体薄片中的光线来说，从内向外看，只有入射角在arcsin（1/n）内的光 线能够穿过界面逃逸出去，n为半导体的折射率。对于硅而言，这一角度在16。〜17。。其 余的光线由于内部全反射而返回硅片内。着意味着每次穿越硅片的过程中只有一部分光 线逃逸出去。因此人为地选择表面形貌，可以获得较好的陷光作用。
对于封装结构来说，上述原理依然适用，只是n应该考虑成封装材料（EVA、玻璃） 的折射率。

描述波长为入、以入射角80入射多层光学薄膜时的矩阵为:
i(』)sin 8
① 1
cos 8
1
cos 8
2
i% sin 8 2
zC1)sin 8
① 2
cos8
2
cos 8 i(U—)sin 8
n &①
n
i① sin 8 cos 8
(3-5)
n cos。.
①=n cos巾
①=n /cos8
反射率表达为
R= |（3 0A +3 03
单层减反射膜（sLarc ）设计
（P成分）
（s成分）ni为第i层薄膜材料的折射率。
B - C - 3 D) / (^ A +3& B + C + 3 D) | 2
; ,g 0 0 g g
(3-6)
品体硅太阳电池上的单层减反射膜，通常使用 TiO、SiN等介质薄膜。这是因为 TiO、SiN等介质薄膜的折射率与品体硅材料有较好的光学匹配4特性，使用它们可以获 得良好时减反射效果。TiO、SiN等介质薄膜的工艺制作技术是半导体加工技术中很成 熟的商业化生产技术。利角等离¥体增强化学气相沉积（PECVD）技术制作的SiN减反 射膜，在工艺过程中产生的氢离子，对品体硅的表面及晶界还具有良好的钝化作用：这 对提高太阳电池的光电转换效率有关键性影响。
表面化学腐蚀去除切片机械损伤层20p m,绒面腐蚀深度20p m,绒面角锥体平均3 M m，表面钝化SiO薄膜厚度5 nm, TiO减反射膜厚度65顷。反射率曲线计算结果如图 。2 2
双层减反射膜(D