目前晶硅异质结太阳电池大多采用刻蚀绒面来减小光学损耗,但该方法工艺繁琐,且重复性和后期镀膜均匀性不佳;同时,绒面增加了载流子的传输路径和复合概率,限制了电池性能的提高。本文利用太阳电池模拟软件OPAL和光学膜系设计软件TFCalc,以平面硅为衬底,设计了一种双层TiO₂/SiN_x减反膜。考虑到太阳光谱分布和异质结太阳电池的光谱响应,本文以加权平均光学损耗作为评价函数,将TiO₂/SiN_x双层减反膜与玻璃、衬底作为一体进行了优化,并将本文设计的减反膜与绒面硅上单层ITO减反膜的加权平均光学损耗进行了对比。结果表明,与绒面硅上单层ITO减反膜相比,所设计的双层减反膜的加权平均光学损耗更小,为4.69%,较单层ITO减反膜减小了1.97个百分点,且吸收损耗显著降低。本文研究为平面硅替代绒面硅提供了理论支持。

晶硅异质结太阳电池表面的减反层是ITO薄膜,其低的紫外透过率、高的近红外光学损耗限制了电池效率的提升。为此,本文设计了三层减反膜来减小ITO薄膜的光学损耗。利用光学薄膜膜系设计软件TFCalc、光线追迹程序(OPAL 2)和太阳电池模拟软件 PC1D 对三层减反膜的光学性能和相应电池的电学性能进行了模拟和分析,并对折射率色散效应、晶硅表面形貌以及各膜层的厚度容差进行了讨论。结果表明:考虑折射率色散效应的三层减反膜比ITO薄膜的寄生吸收更小,减反射带宽更大;绒面硅表面减反膜比平面硅表面减反膜的加权平均光学损耗降低了2.43个百分点,相应电池的短路电流密度和转换效率分别提高了0.82 mA/cm 2和0.34个百分点;减反膜中低折射率的SiOx 膜层具有更大的厚度容差范围。

采用溶胶-凝胶法制备了聚乙二醇(PEG2000)改性TiO₂薄膜,研究了PEG2000添加量对TiO₂薄膜的微结构、表面形貌、透射率和自清洁性能的影响。以紫外光为光源,分析了PEG2000含量对TiO₂薄膜光催化活性的影响。结果表明,所制备的薄膜均为锐钛矿结构;通过调节PEG2000的添加量,可以调控薄膜的微观结构,从而调控TiO₂薄膜的光学性能和自清洁性能。

以SiH4和H2作为气源, 采用热丝化学气相沉积法制备a-Si∶H薄膜钝化c-Si表面, 采用准稳态光电导法和I-V法分析了工艺参数对钝化效果的影响, 采用C-V法和深能级瞬态谱法对钝化后硅片表面的缺陷态进行测试。实验结果表明, 在频率为200 kHz时, 表面复合速率为54 cm/s的硅片的表面缺陷态密度为1.02×1011 eV-1·cm-2, 固定电荷密度为6.12×1011 cm-2; 本征a-Si∶H对硅片表面的钝化效果是由该薄膜在硅片表面引入的氢对应的键终止以及由其引入的固定电荷形成的场钝化效应共同决定的; 本征a-Si∶H钝化后硅片表面的深能级缺陷特征是电子陷阱, 激活能、俘获截面以及缺陷浓度分别为-0.235 eV、1.8×10-18 cm2、4.07×1013 cm-3。

HIT结构的a-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池迎光面遮光损失大是限制其效率提升的瓶颈之一。设计并制备了银栅线/SiNx/c-Si(n+)/n-c-Si/a-Si∶H(i)/a-Si∶H(p+)/ITO/银栅线结构的双面太阳能电池。对制备的双面太阳能电池样品每一面的进光情况进行J-V、量子效率和Suns-Voc测试分析。研究结果表明, 该结构太阳能电池采用背结结构入光可获得比前结结构入光更高的短路电流密度, 从而获得更高的光电转换效率；当制绒后硅片厚度为160 μm时, 双面太阳能电池的短路电流密度最高, 为40.3 mA·cm-2, 优于HIT结构的最优值39.5 mA·cm-2 。

为改善氧化钨电致变色薄膜的电化学循环稳定性，采用磁控溅射方法制备了钽掺杂的氧化钨电致变色薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、光谱椭偏仪（SE）、紫外可见分光光度计、电化学工作站对薄膜的微观结构、光谱调制能力、着色效率、循环稳定性进行了表征和分析，研究了钽掺杂对氧化钨薄膜结构及电致变色性能的影响。结果表明，适量掺杂可以调节薄膜的微观结构，使薄膜中的裂纹减少，表面更为均匀；但当掺杂过度时，薄膜太过致密，甚至出现表面颗粒团聚凸起的现象，影响了薄膜的多孔性和均匀性，阻碍了离子在薄膜中的迁移和扩散；相对于未掺杂的氧化钨薄膜，适量钽掺杂的薄膜具有更宽的光谱调制范围和更高的着色效率，亦表现出良好的循环稳定性。

为改善氧化钨薄膜的电致变色性能，通过溶胶凝胶法钨粉过氧化路线制备了聚乙二醇改性的氧化钨电致变色薄膜。采用X射线衍射仪、光谱椭偏仪、紫外可见分光光度计和电化学工作站对薄膜的微观结构、光谱调制能力、着色效率、离子扩散能力、可逆性和响应时间及循环稳定性进行了表征和分析，并研究了聚乙二醇对氧化钨薄膜结构及电致变色性能的影响。结果表明，聚乙二醇可以使氧化钨薄膜结晶延迟；添加一定量的聚乙二醇可以得到纳米晶/非晶复合结构薄膜，从而更有利于离子在薄膜中的扩散与迁移；相对于未添加聚乙二醇改性的氧化钨薄膜，聚乙二醇改性的薄膜具有更宽的光谱调制范围和更高的着色效率，亦表现出良好的可逆性和循环稳定性。

研究了在玻璃基底上采用不同厚度的铬膜作过渡层,对银膜的光学性质及其附着力的影响。光谱测量结果表明,随着铬膜层厚度的增加,银膜的反射率先增大后减小。与直接镀在玻璃基底上的银膜的反射率相比,铬膜层厚度为8～14 nm时,银膜的反射率较低; 铬膜层厚度为17～21 nm时,银膜的反射率得到提高,其中铬膜厚度为17 nm时,银膜的反射率最高; 继续增加铬膜层的厚度,银膜的反射率又降低,说明采用一定厚度的铬膜作过渡层可以提高银膜的反射率。X射线衍射(XRD)结构分析表明,一定厚度的铬膜改善了银膜的结晶程度,使薄膜的晶粒度增大,晶界散射及缺陷减少,从而使应变减小。剥落实验证明薄膜与玻璃基底之间的附着力也得到了提高。

对比了背投领域几种主要技术的原理和性能特点,同时介绍了多媒体投影系统所需要的各类光学薄膜的作用、参数和光学性能;并针对该领域国内外最新研究状况进行了调研,给出了现在所面临的关键技术难题并对其发展前景做了预测。