摘要：通过模拟车间组件制作环境，对不同类型的镀膜玻璃的透光率衰减进行了研究分析。采用X涉嫌光电子能谱（XPS）和椭偏仪等手段对多孔SiO2减反射膜层进行了表征。结果表明，镀膜玻璃初期表面预衰减主要和膜层的微观折射率和孔隙率有关，折射率越小，孔隙率越大，则越容易吸附微小颗粒，从而导致膜层表面孔口堵塞，折射率增加，减反效果降低，透光率下降。 

关键词：镀膜玻璃；SiO2；折射率；孔隙率；透光率

随着全球人口增长和经济的快速发展，能源紧张和环境污染日益严重。而太阳能是取之不尽用之不竭的清洁可再生能源。因此研究太阳能对解决能源危机和环境保护，对人类的可持续发展具有重要意义。

目前90%的以上的太阳能电池都是晶硅太阳能电池，其封装制作组件的效率在15%-17%。而晶体硅太阳能电池的极限理论效率为34%，在现有工艺水平的基础上进一步提高太阳能电池效率的成本较高。如果能够提高封装组件对太阳光的利用率，则可以以较低的成本获得组件系统较高的发电量。在光伏盖板玻璃表面镀制减反射膜就是一种成本低廉，有效利用光能的途径。

在纳米多孔SiO2膜膜层设计过程中，通过增加孔隙率，以得到接近1.23[1]理论折射率的膜层，从而获得最佳的减反射效果。但是孔隙率过高，膜层容易在短期内吸附外界环境中的微小颗粒物质，从而造成孔口堵塞，折射率反而增加，透光率衰减严重。本文旨在研究镀膜层不同光学参数对镀膜玻璃透光率衰减的影响，从而筛选出具有高效减反，低衰减的镀膜玻璃。

1 实验部分

1.1 实验材料
镀膜玻璃 防霉隔离纸 硅胶 

1.2 镀膜玻璃实验样品制备
层压实验:在镀膜玻璃表面垫上一层防霉纸，在层压机上进行层压。约15min后取出镀膜玻璃样品。并用去离子水擦拭玻璃表面。

固化实验：将镀膜玻璃置于正在硅胶固化中的组件之间。6小时后取出样品。并用去离子水擦拭玻璃表面。

1.3 镀膜玻璃表征
采用奥博泰GST-3，在380-1100nm波段上，对实验前后的镀膜玻璃进行透光率测试。

采用X射线光电子能谱仪（XPS）对实验前后的玻璃进行表征，分析实验前后元素含量的变化。

采用美国J.A.WOLLAM公司的α-SETM椭偏仪对实验前后的镀膜玻璃进行折射率和孔隙率测试。

2 结果与讨论

2.1 镀膜玻璃透光率衰减数值分析

3种玻璃样品在经过不同实验后透光率衰减数值见表1，由表1可知，相比于2#和3#样品，1#镀膜样品在经过垫纸层压实验、固化实验后，透光率均有较大幅度的衰减，2#样品衰减值较低，而3#普通钢化玻璃实验前后的衰减值基本上可以忽略。对于1#镀膜玻璃，在3种实验中，玻璃透光率层压后的衰数值大于固化后衰减值。

2.2 XPS表征结果
对1#镀膜样品进行XPS分析，各种元素含量百分比如表2所示。从表2中可知，镀膜玻璃在经过垫纸层压和固化后，碳含量百分比明显增加，且前者明显大于后者，和表一中透光率衰减数值一致。这可能是实验后，镀膜玻璃表面含碳有机物明显增加。玻璃隔纸中微小的醋酸纤维素酯颗粒在经过150度左右的层压温度后吸附于镀膜玻璃表面，和硅胶吸湿固化释放的有机气体吸附于多空二氧化硅膜表面。


2.3 镀膜玻璃表面膜层光学性能分析
由于菲涅尔反射的原因，普通光学玻璃反射率一般不会超过92%[2]，对于光学厚度为nd=1/4λ的膜在单色光垂直入射时，其反射率满足如下公式：
其中n1为空气折射率，n3为玻璃折射率，都为常数，n2为膜层折射率。反射率随着n2的减小而减小，当反射率为0时，n2达到极限最小值为1.23。但是一般的致密材料很难达到如此低的折射率。SiO2的折射率大约为1.46，无法达到理论值，而膜层的折射率与空隙率有如下关系[3]：
其中np为含空隙膜层的折射率，n为致密膜材的折射率，而P为膜材的孔隙率。

因此，可以通过增加多孔SiO2膜层的孔隙率来减小二氧化硅膜层的折射率，从而使其接近理论值1.23，达到减反增透的效果。

表3为不同镀膜玻璃样品测得膜层光学参数。由下表可知，相对于2#镀膜玻璃，1#镀膜玻璃折射率要低0.045，其孔隙率则要高出9.6个百分点。而普通钢化玻璃的折射率最高，大概在1.5左右。

综合镀膜玻璃衰减数值分析和XPS表征结果分析可知，一味追求高透光率，低折射率，会使膜层孔隙率过大，从而导致环境中的微小纳米颗粒吸附在多孔膜层表面，使得孔口堵塞，孔隙率反而下降，从而造成透光率大幅衰减。

因此对于镀膜玻璃单层膜设计，应该在透光率与孔隙率之间寻求平衡点，设计适宜的折射率和孔隙率的膜层，在保证高效增透的同时，使得吸附达到最小，如2#镀膜样品。

3 结论

实验结果表明：镀膜玻璃短期的透光率衰减主要是和其膜层的折射率与孔隙率有关。折射率越小，孔隙率越大，则越容易产生颗粒吸附，导致膜层孔口堵塞，使得折射率增加，透光率下降。在对膜层进行设计过程中，应该使镀膜玻璃膜层折射率保持在1.38左右，从而保证高透光率的同时，衰减又达到最小。

参考文献
[1] 张林, 杜凯等. 紫外激光SiO2减反射膜的制备. 光学学报, 1996, 16(7): 998~100.
[2] 物理通报编辑部. 物理教学问题荟萃(振动, 波动, 光学). 河北大学出版社, 1992, 9: 285~288.
[3] B. E. Yoldas, D. P. Partlow. Wide Spectrum Antireflective Coating for Fused Silica and Other Glass. Appl. Opt, 1984, 23(9): 1418. 
[4] 素木洋一(著), 刘达权, 陈世兴(译). 硅酸盐手册, 轻工业出版社. 1982: 155 表 1.59.

作者简介 王永飞，硕士，毕业于常州大学石油化工学院。目前就职于中盛光电集团研发产品部，担任高级工程师，从事光伏组件研发及应用。（电话：15295132358，邮箱：yongfei.wang@etsolar.com，地址：江苏省泰州市江洲南路97号，邮编：225300。）