减反射涂层在光伏应用的研究进展

 光伏产业的一项技术挑战是如何提高太阳能电池的光电转换效率。然而除了光电转换效率外，如果阳光被电池片反射出去，也就意味着一部分阳光将不能到达太阳能电池表面，也就不利于能量输出。没有经过处理的玻璃表面会反射多达4 ％的阳光 - 这部分光是被丢失的，无法转换成电能。

如何减少不必要反射是现代光伏设计的一个重要组成部分。达到此目的的一个有效方法就是使用减反射涂层（ARC）降低反射水平，增加太阳能电池组件的能量输出。

Magnolia Solar首席技术官Roger Welser博士认为：“防反射涂层可以减少平滑的表面造成的眩光、闪烁以及不必要的反射，并能增加太阳能电池和光学传感器等光电器件的光功率输出。”

对减反涂层（ARC）展开的研究很多，ARC技术的代表研究机构及研究趋势有以下一些：

ARC - 佛罗里达大学

佛罗里达大学的研究人员已经研究了建立在蛾眼结构基础上的防反射技术。

在最近几年，研究机构已经开发了一些革新性的抗反射涂层。其中一个有趣的例子来自佛罗里达大学，基于蛾眼结构的防反射技术。据佛罗里达大学化学工程系副教授姜鹏博士解释：蛾的眼睛有一种规则排列的乳头结构构成的“周期性的亚波长结构”。蛾的眼睛是非常暗的，这不是因为蛾眼中有任何色素，而是因为它们眼睛的角膜结构。

“我们的技术可以在各种基材上模仿这些结构，造成反射抑制，”姜教授说。

该技术的开发是为了克服一些涂在光伏组件硅电池片表面的“传统”四分之一波长氮化硅或二氧化钛涂层结构的缺点。姜教授称，蛾眼构造相比传统的介电涂层表现出“宽带”防反射。

“蛾眼结构，可制作在基材本体上，我们使用自下而上的胶体自组装制作这些结构。这样的工艺发展可以被量产。我们的技术也适用于各种基材，包括单晶硅和多晶硅，砷化镓和玻璃，“姜鹏说。

夏普公司去年宣布，他们已经开发出了基于蛾眼原理的显示器，但姜鹏表示，这些结构技术目前还没有被用于光伏的电池中。目前，使用类似的结构制造的电池已经问世，并且表现出更高的效率 - 姜鹏正积极探讨将该技术进一步商业化的机会。

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ARC - 帝斯曼创新中心

“防反射涂层减少了来自平整表面的不必要的反射，这种反射造成眩光、闪烁... ”

与此同时，总部位于荷兰的DSM公司创新中心开发了一种纳米多孔涂层技术，在商业上称为 KhepriCoat 。该涂层最初用于相框使用的测试和销售，后来才有了为太阳能应用开发的优化版本。

帝斯曼创新中心品牌及传讯总监Leo Smit解释说，通过在非常薄的涂层shang 创造​​纳米多孔空气隙，使得折射指数下降。

“本质上，我们的技术是在固体涂层创造了一系列的纳米孔，并在玻璃上形成封闭的表面和非常良好的粘合 ”斯密特表示。

继最近收购了 Solar Excel后，该公司还开发了一种新型光陷阱技术，让光线可以陷在组件里面，而不是反射到组件外，从而提高效率。

陷光技术仍在研究发展中 - 但KhepriCoat涂料已经是一种商业化的产品，Smit称：“镀膜玻璃‘世界各地的众多太阳能组件生产商正在使用”。”

ARC - Magnolia Solar 研究中心
在美国，位于马萨诸塞州沃本和纽约州奥尔巴尼的Magnolia Solar，还开发了宽带纳米结构的防反射涂层。它最初源于国防高级研究计划局（DARPA）和纽约州能源研究发展管理局（ NYSERDA ）的研究 。

Welser解释说，通过设计涂层材料的光学性质，Magnolia Solar先进的纳米结构光学涂层能够在很宽的光谱和角度范围内降低反射。“我们的涂料可以抑制off-angle反射，从而最大限度地减少光伏组件不必要的闪烁和眩光。”

该涂层能够被应用在各种表面，包括硬质的玻璃基板和柔性塑料片，在所有波长和入射角都超越了传统的四分之一波长的减反射涂层。

其他应用
更广义地说，防反射涂层也用于各种其它应用。例如，它们可以用在各种需要减少光反射的地方。比如灯罩、显示器等，每种应用都有自己的要求，就需要具体的产品开发。

姜鹏也表示，一般情况下，防反射涂层以及那些适用于玻璃表面的涂层可以帮助减少视觉眩光。他还指出，蛾眼构造还可用于发光二极管（LED），以提高光提取。