Loading...
 

4.4 Warstwy antyrefleksyjne

Odbicie światła od powierzchni warstw stanowiących ogniwo zmniejsza ilość światła docierającego do jego warstw aktywnych. Aby zredukować niekorzystny wpływ tego zjawiska na wydajność ogniwa na wierzchnią warstwę ogniwa nanosi się warstwy antyrefleksyjne (AR lub ARC, ang. antireflecting coating). Warstwy te nie biorą udziału w konwersji fotowoltaicznej. Zwykle są nanoszone na wierzchnią warstwę ogniwa.

Zmniejszenie odbicia, przy stałej absorpcji materiału, zwiększa transmisję, co sprawia, że większa ilość promieniowania słonecznego dociera do warstwy aktywnej.
System antyrefleksyjny może stanowić pojedyncza warstwa lub też system wielowarstwowy.
Pojedynczą warstwę antyrefleksyjną wykonujemy z materiału o wartości współczynnika załamania pośredniej, w stosunku do współczynnika załamania warstw znajdujących się bezpośrednio pod i nad nią (np. warstwy pasywacyjnej i elektrody transparentnej).

W drugim przypadku działanie systemów antyrefleksyjnych opiera się na zjawisku interferencji fal elektromagnetycznych. Dobór grubości i współczynnika załamania warstw stanowiących ten system prowadzi do zwiększenia transmisji. Wielowarstwowe systemy antyrefleksyjne są oparte na teorii filtrów LH (ang. low, high). Jest to zestaw warstw w których naprzemiennie występują warstwy o wysokim i niskim współczynniku załamania. Pozwala to na kształtowanie charakterystyki odbiciowej w taki sposób, by w zakresie długości fali elektromagnetycznej pracy systemu fotowoltaicznego, transmisja była największa (odbicie największe). Przykładowy systemu antyrefleksyjnego to cztery dwuwarstwy \( TiO_{2} \)/ \( SiO_{2} \).

Grubość warstwy antyrefleksyjnej d związana jest z współczynnikiem załamania światła w warstwie n i długością fali λ światła z obszaru maksymalnej fotoczułości ogniwa [1] – wzór ( 1 ):

\( n \cdot d=\frac{\lambda }{4} \)


Odbicie można minimalizować dopasowując współczynnik załamania światła powłoki [2], \( n_{AR} \) do materiałów po obu stronach oznaczanych jako \( n_{otoczenia1} \) oraz \( n_{otoczenia2} \) bazując na zależności ( 2 ):

\( n_{AR}=\sqrt{{n_{otoczenia1}\cdot n_{otoczenia2}}} \)


Charakterystyki współczynnika odbicia systemu antyrefleksyjnego przedstawiono na Rys. 1. Kolorem czerwonym oznaczono system znajdujący się w otoczeniu powietrza, niebieskim system znajdujący się między dwoma szklanymi taflami.
Charakterystyki zostały wygenerowane przy pomocy programu symulacyjnego Anti-Reflection Coatings(external link) [1].

Współczynniki odbicia dla warstwy antyrefleksyjnej dla zadanej grubości i współczynnika załamania a) n =1,4 d=100 nm; b) n =1,8 d=100 nm; c) n =1,4 d=50 nm; d) n =1,8 d=50 nm. Oprac. własne.
Rysunek 1: Współczynniki odbicia dla warstwy antyrefleksyjnej dla zadanej grubości i współczynnika załamania a) n =1,4 d=100 nm; b) n =1,8 d=100 nm; c) n =1,4 d=50 nm; d) n =1,8 d=50 nm. Oprac. własne.


Jak wspomniano powyżej, w zależności od maksimum widma absorpcyjnego absorbera w ogniwie słonecznym, można sterować charakterystyką odbiciową warstwy antyrefleksyjnej. Przedstawiono poniżej warstwy antyrefleksyjne ( Rys. 2 ) z maksimum transmisji/minimum odbicia a) dla długości fali 500 nm, b) dla długości fali 400 nm.

Współczynniki odbicia dla warstwy antyrefleksyjnej dla zadanej grubości i współczynnika załamania a) n =1,94 d=63,4 nm; b) n =2,47 d=40,6 nm. Oprac. własne.
Rysunek 2: Współczynniki odbicia dla warstwy antyrefleksyjnej dla zadanej grubości i współczynnika załamania a) n =1,94 d=63,4 nm; b) n =2,47 d=40,6 nm. Oprac. własne.


Cienkowarstwowe systemy antyrefleksyjne są wytwarzane metodami próżniowymi przez jonowe rozpylenie lub naparowanie.


Ostatnio zmieniona Czwartek 08 z Lipiec, 2021 10:39:51 UTC Autor: Konstanty Marszałek, Katarzyna Dyndał, Gabriela Lewińska
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.