光伏玻璃减反射膜的研究进展

林昇华^1,2，张景²，艾玲²，鲁越晖²，王林军¹，宋伟杰^2,3

1. 上海大学材料科学与工程学院2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所3. 江苏省光伏科学与工程协同创新中心

摘 要：典型的商业化太阳能电池组件封装结构由光伏玻璃、胶膜、电池片、背膜等部分组成,由于光伏封装玻璃与空气之间存在界面,会带来约4%的太阳光反射,这部分太阳光无法参与到光电转换过程中,造成了一定的光损耗。减反射膜可以有效地抑制由于界面存在折射率差而导致的光反射损耗,因此,在光伏组件中普遍需要在光伏玻璃表面镀减反射膜,这具有重要的现实意义和巨大的经济价值。然而,由于太阳光的宽谱特性,光伏组件面临着严苛的户外环境使用要求,这需要光伏玻璃减反射膜不仅具有较好的减反增透特性,还需在复杂环境下保持稳定,并且符合光伏产业大面积、低成本、均匀成膜的技术要求。事实上,实现兼具以上特性的减反射膜材料制备和镀膜是极具挑战的。与玻璃衬底折射率匹配的减反射膜需要具有极低的折射率（低于自然界中天然材料的折射率）,为了获得这种超低折射率需要在材料中引入一定比例的孔隙结构,而这与所要求的严苛环境下材料的稳定性存在矛盾。因此,光伏玻璃减反射膜研究除追求优异的光学特性外,维持其在复杂气候条件下的稳定性也至关重要,减反射膜耐候性、机械强度以及多功能特性（如自清洁、防尘抗污和防潮等）增强方面的探索都成为主要研究课题。在光学特性方面,利用仿生折射率渐变结构提升减反射膜的宽光谱、广角减反特性研究已取得了一系列进展。而在光伏产业中,基于光学特性、稳定性和制造成本的考虑普遍采用溶胶-凝胶二氧化硅单层减反体系,相比于传统的纳米实心二氧化硅颗粒制备的多孔二氧化硅减反射膜,新型介孔二氧化硅和具有封闭孔隙结构的空心二氧化硅减反射膜体现出更好的耐候性和机械强度,同时维持了所需的孔隙率,保持了较好的减反增透特性。此外,为了应对在不同气候环境下的长期应用需求,研究者们进行了一些二氧化硅减反射膜自清洁和防尘抗污等多功能改性方面的探索,但目前在实现同时具有优异的光学特性、较高的力学性能和长效的耐候性的多功能减反射膜方面仍存在较大挑战。本文归纳了光伏玻璃减反射膜的研究进展,从减反射膜的基本概念、原理出发,介绍了针对光伏玻璃减反射膜的特定评价方法,并围绕当前光伏产业中普遍采用的溶胶-凝胶二氧化硅单层减反射膜制备技术进一步对具有三类不同孔隙结构的二氧化硅减反射膜体系进行了介绍,分析了光伏玻璃减反射膜所面临的问题并对其发展趋势进行了展望,以期为制备减反增透特性更优异、在极端环境下更稳定和具有更丰富表面功能特性的新型光伏玻璃减反射膜提供参考。

关键词：减反射膜;光伏玻璃;溶胶-凝胶;改性;