光伏发电是一种将太阳能转化为电能的效应。无抗反射涂层的太阳能电池表面的反射率非常高，超过30%的入射光会从硅表面反射，因此太阳能电池性能面临的主要挑战是反射损耗。光捕获、表面纹理和抗反射涂层等是减少反射损耗最广泛使用的方法。美能绒面反射仪是太阳能电池片生产厂商检测反射率的利器，可以测试电池片对不同波长段的光的反射率强度。采用衍射光栅光谱仪，通过光栅进行色散，分辨率更高。

抗反射涂层理论

抗反射涂层（Anti-Reflection Coating, ARC）在太阳能电池中起着至关重要的作用，其主要目的是减少光在表面的反射，从而增加光的透射率，提高光电转换效率。大部分太阳能电池都涂有抗反射涂层，一套优化设计良好的前表面抗反射涂层，可以将电池前表面的反射率从30%降低到5%以下。

两种介质界面处的反射

上图展示了“薄膜中的光干涉”原理（是基于光波在不同介质界面之间反射和透射时发生的干涉现象）。从界面a和b反射的光进行破坏性干涉，从而将其能量传递给电池。当入射光正常照射在覆盖有厚度为d1透明层的硅表面时，反射能量的表达式为：

对于零反射率的透明层：

单层抗反射涂层

不同材料的单层抗反射涂层（SLARC）及其折射率如下表所示。

不同材料的单层抗反射涂层及其折射率

为了提高太阳能电池的性能，要考虑到太阳光谱的分布和硅相对的光谱响应，选择合理的波长。太阳光谱中的能量峰值出现在0.5μm处，而太阳能电池的相对光谱响应峰值在0.8-0.9μm波长范围内，因此抗反射效果最好的波长范围在0.5-0.7μm。

无涂层和涂有单层抗反射层的硅的反射率随波长的变化

从图中可以看出，无抗反射涂层的硅电池反射率很高（30%），在波长大于 500nm时，涂有SLARC的硅反射率＜20％，在波长 600nm时，涂有Al₂O₃和 Si₃N₄的硅反射率＜0.4％。反射率仅在一个波长处最小，而其他波长处较高。在高波长侧逐渐增加，在低波长侧急剧降低。硅太阳能电池有抗反射涂层有助于显著降低反射率。

双层抗反射涂层

通过双层抗反射涂层（DLARC）进一步降低反射率。对于双层抗反射涂层，反射率的表达式更为复杂，表示为：

具有DLARC的硅太阳能电池反射率随波长的变化

上图显示了反射率随波长的变化，DLARC的反射率曲线呈W形，意味着反射率在对应两个波长时达到最小值，能够在宽波长范围（400 - 1200nm）内降低反射率。从图中可以清楚地看出，DLARC的效果要比SLARC好得多。在450 - 900nm波长范围内，MgF₂/ZnS和 SiO₂/TiO₂的DLARC反射率几乎可忽略不计。

抗反射涂层对太阳能电池性能的影响

对带有抗反射涂层的太阳能电池性能进行评估，包括短路电流（Isc）、开路电压（Voe）、填充因子（FF）和效率（η）等参数，如下表所示：

AM 1.5照射下SLARC和DLARC硅太阳能电池的光伏数据

由表可以看出，无抗反射涂层的硅太阳能电池效率为9.3%，而Si₃N₄的单层抗反射涂层，太阳能电池效率为13.6%，对于 MgF₂/ZnS和SiO₂/TiO₂的双层抗反射涂层，太阳能电池的效率分别达到了14.28％和14.34％。

内部量子效率随光波长的变化

对于双层抗反射涂层中的 MgF₂/ZnS和SiO₂/TiO₂，在450-900nm的波长范围内，内部量子效率＞95％，其中短路电流增加了约52%。内部量子效率的提高对应着短路电流的增加，这表明 DLARC有助于提高太阳能电池对光子的利用效率，从而提升电池的性能。

由此可见，SLARC 可部分改善太阳能电池性能，而设计合理的 DLARC 可在很大程度上改善性能，通过应用SiO₂/TiO₂的DLARC可实现低反射率，短路电流从2.18增加到3.32，光伏效率约为14.34％。

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