太阳能电池减反射膜技术 原理、制造与应用

能源与环保是新世纪科学技术发展的重要因素，太阳能作为清洁和可再生能源成为当前人们关注的资源，随着太阳能电池技术的发展，太阳能电池替代火电已成为一种不可阻挡的趋势。特别是纳米技术的发展及新材料的不断涌现，为太阳能的充分利用提供了支持。近年来太阳能产业飞速发展，太阳能电站如雨后春笋遍布全国，但太阳能电池的光电转换效率和太阳能电站的维护一直是太阳能电池使用的瓶颈，提高太阳能电池光电转换效率直接有效的方法就是提高太阳能电池封装玻璃或薄膜的透过率，减反射膜技术因此应运而生，成为太阳能电池产业升级的关键。开发使用具有自清洁功能的减反射膜，不仅可以提高太阳能电池的发电效率，而且还能增加太阳能电池输出电量的稳定性，因此，使用自清洁减反射膜技术成为太阳能电池行业迫切的市场需求。同时，减反射技术还可以应用到平板显示器、飞机汽车前挡风玻璃、光学仪器、塑料大棚等军工、航天、农业等领域。

从2007年5月笔者应国内某太阳能玻璃龙头企业之邀开始做太阳能玻璃减反射膜开发工作起，至今已过去12年。十多年来，从初研究出的减反射膜实验室小样，到太阳能玻璃生产线的试车生产的产品，再到如今应用于太阳能电站的太阳能电池组件（可提高太阳能电池的发电效率），减反射膜的研究和开发走过了漫长而曲折的道路，其产品也由初的减反射膜、超亲水型自清洁减反射膜，到如今的可防灰超疏水型减反射膜，其技术在不停地进步，整个新产品开发经过了十多年的艰难历程。

同步地，太阳能电池组件也由初的只能用于太空、航空这些高端行业，发展到替代火电走入日常使用的道路，并开始走上千家万户的屋顶。至今，太阳能电池已被人类广泛用于工业、农业、海洋、高山，甚至随时可将太阳能电池穿在身上，举在头顶，放在身边……太阳能电池类型也从沉重的不可折叠的硬型太阳能电池，渐渐变为轻盈可携带、可折叠的柔性薄膜太阳能电池。时代在变迁，太阳能技术在不断发展，减反射膜技术也在与时俱进。

随着太阳能电池技术的发展、太阳能电池应用的拓宽，对太阳能电池组件提高光电转换效率、降低成本的要求日益迫切，特别是对已经在运行的太阳能电站，太阳能电池减反射膜的应用要求日益迫切，渐渐显示出其重要性。

本书的写作过程亦如此，从2012年开始写出初稿，经历了中国光伏行业的兴起、低谷和东山再起，因种种原因，直至今日才得以全部完成，其中变数一言难尽。无论多少风雨，笔者一直沉浸在太阳能这个行业，致力于对减反射膜技术进行完善和改进，其结果是美好的。

本书共分九章，章对太阳能、太阳能电池、太阳能电池工作原理分别进行介绍，并根据笔者对太阳能电池产业的了解和国内外太阳能电池应用的进展，对太阳能电池的发展趋势进行了系统阐述。第二章主要介绍了太阳能玻璃的发展过程，并叙述了减反射膜在太阳能玻璃上的应用，从这部分，可以了解太阳能玻璃的由来和发展。第三章阐述了减反射膜应用于太阳能电池上的基本原理，并对不同类型的减反射膜进行了分类，其中介绍了天然的蛾眼结构和的仿生结构减反射膜。第四章阐述了减反射膜的设计和制造，这部分的内容主要是论述减反射膜的设计原理和制造过程，包括太阳能玻璃减反射膜镀膜工艺和设备以及生产过程，对希望了解和制造减反射膜的读者有一定的参考借鉴作用。第五章系统介绍了减反射膜的性能和测试方法，其内容包括，减反射膜的物理化学性质及其测试方法和仪器，减反射膜的光学性能、力学性能等各项技术指标的成因、原理和测试方法与标准，这部分是制造和生产减反射膜必须了解的技术要求。第六章对所有的减反射膜耐候性（耐老化）检测技术指标进行了相关介绍。其中，一部分是根据国际电工委员会（IEC）有关太阳能电池组件的检测方法和标准，另一部分来源于欧盟（EN）对太阳能电池组件检测的方法和技术标准，还有一部分参考国内镀膜玻璃国家标准和建材行业太阳能玻璃减反射膜标准，以及笔者在实际研究、开发和应用过程中了解到的有关减反射膜耐老化试验的快速检测方法。第七章针对日益发展壮大的柔性太阳能电池及其减反射膜进行了详细介绍，这部分内容涉及了目前前沿的太阳能电池研究，例如：石墨烯太阳能电池、纳米天线太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。同时，也介绍了纳米技术对太阳能电池的促进和发展。第八章主要介绍笔者十几年来所研究和应用的太阳能电池减反射膜的设计、制造和应用，其内容主要包括超亲水减反射膜和超疏水防灰减反射膜这两类技术，这部分内容是笔者在太阳能玻璃减反射膜方面研究工作的总结，作为参考提供给读者。第九章是笔者将减反射膜技术应用于太阳能电站的实际案例。首先介绍了国内外的太阳能电站情况，太阳能电站的发展；其次介绍了太阳能电站的运作和维护过程与要求，以及目前面临的问题和解决方案；后，介绍了笔者在太阳能电站使用减反射膜的实际情况和试验结果、未来减反射膜使用过程中可能面临的问题，并提出了解决建议。

本书是针对太阳能电池光伏组件、太阳能电站和有关太阳能电池提高效率、降低成本，所进行的减反射膜原理和研究论述，其专业性不仅限于太阳能电池，也可能对其他领域的减反射膜应用和太阳能利用方面有一定的借鉴作用。

笔者整个研究、开发和应用过程长达12年之久，写这本书的过程既是经验总结也是学习应用的过程。完成书稿的过程也是培养人才的过程，本书第二作者，从2007年开始到太阳能玻璃企业观摩整个技术的研究和在中试线上的试生产过程，并在写这本书的资料准备中，做出了大量检索翻译工作，从2016年开始参与本书的编写工作，特别是2017年暑假，在麻省理工大学进行了大量的文献检索、翻译，并从此开始介入本书的写作，目前第二作者已进入康纳尔大学学习，并继续参加太阳能电池有关的研究工作。

书中所有图片、照片和数据，除特别注明外，均为笔者拍摄和绘制。

在本书相关内容的研究和开发应用工作中，笔者得到了许多太阳能行业和相关企业的支持。在此，特别感谢珠海兴业太阳能股份公司刘红维主席、孙金礼总裁、张超执行总裁、汤立文总经理、肖慧明总工和工作在一线的阳江鑫业太阳能电站的工作人员，他们对笔者在太阳能电站应用防灰减反射膜的试验给予了大力支持！这一工作的完成，使笔者所研究开发的新型自清洁减反射膜技术得到了实际应用和实践检验。还要感谢多年来在研究开发减反射膜技术的过程中所遇到的其他企业界领导给予的支持和帮助，他们是信义玻璃研发中心主任杨建军高级工程师，中航三鑫玻璃技术公司副总经理吕皓高级工程师，原华美新材料玻璃公司吕林军先生，河南思可达光伏材料有限公司吴丽霞女士，青岛金晶玻璃已故董事长刘同佑先生和印冰博士，深圳纪兴源科技股份有限公司总经理冯纪先生和彭汉新先生，易事特创始人何思模先生、易事特项目部经理邱文龙先生也对我们在太阳能电站的工作给予了大力支持。在此，深深感谢在太阳能玻璃减反射膜生产应用过程中很多光伏玻璃企业和太阳能企业的企业家们的支持和帮助！国家农业标准化监测与研究中心（黑龙江）总工程师彭丽萍研究员为笔者检索和提供了太阳能电池光伏组件检测的国家标准资料，暨南大学光电系钟金刚教授为本书光学部分内容进行了审阅，暨南大学物理系研究生冯坚参与了部分图片的绘制，在此一并致谢！

此外，感谢本书责任编辑对本书如此漫长的写作过程给予的理解和支持！

由于太阳能电池和减反射膜技术的快速发展及笔者专业水平所限，书中存在的不足和失误在所难免，希望读者在阅读本书的过程中，发现问题不吝赐教。

李玲  向嘉欣

2019年11月28日

于美国纽约州，Ithaca

本书从实际应用出发，结合光学基础理论和材料学设计理论，系统论述了减反射膜的设计、结构测试和生产制造技术，并通过自清洁减反射膜在太阳能电站的应用实例，提出了减反射膜技术的解决方案。

本书适合太阳能技术研究开发者、太阳能电池生产技术人员、太阳能电站企业管理者、高等院校相关专业师生阅读。

章太阳能光谱和太阳能电池/ 001

节太阳的结构和太阳能光谱/ 001

一、太阳的结构/ 001

二、太阳能光谱/ 003

第二节太阳能电池的结构和类型/ 004

一、太阳能电池的结构和基本制造工艺/ 004

二、太阳能电池的类型/ 006

第三节太阳能电池的工作原理与核心技术/ 017

一、太阳能电池的工作原理/ 017

二、太阳能电池的核心技术/ 019

第四节半导体与太阳能电池效率/ 021

一、半导体的性质和结构/ 021

二、半导体材料的吸收曲线/ 022

三、光电转换效率/ 024

第五节太阳能电池的应用和发展趋势/ 025

一、空间飞行器/ 025

二、建筑/ 025

三、交通/ 026

四、通信/ 027

五、石油、海洋、气象/ 027

六、发电系统/ 027

参考文献/ 028

第二章太阳能玻璃及减反射膜应用/ 030

节太阳能电池产业发展的瓶颈和改善途径/ 030

一、开发新的半导体光电材料/ 030

二、改进电池结构组装方法/ 030

三、提高太阳能玻璃和太阳能电池表面封装膜的透过率/ 031

第二节太阳能玻璃的发展/ 032

一、高透过率太阳能玻璃的开发和生产/ 033

二、减反射膜技术的引入/ 034

第三节减反射膜在太阳能电池中的应用/ 036

一、太阳能电池减反射膜的研究进展和应用/ 036

二、纳米技术在减反射膜制备中的应用/ 038

三、太阳能电池减反射膜应用和存在的问题/ 040

参考文献/ 041

第三章太阳能电池减反射原理/ 042

节光学基础和薄膜光学/ 042

一、光学基础知识/ 042

二、薄膜光学/ 045

三、真实薄膜的物理性质及其影响因素/ 046

第二节光学膜的减反射原理/ 048

一、光学膜减反射概要/ 048

二、光的性质对减反射效果的影响因素/ 049

三、光学膜性质对光学膜减反射效果的影响因素/ 050

四、减反射产生的视觉效果和优点/ 053

第三节减反射膜的类型和结构/ 054

一、按材质分类/ 054

二、按结构分类/ 055

参考文献/ 059

第四章减反射膜的设计与制造/ 060

节无机化合物单层减反射膜的设计/ 061

一、材料的选择/ 062

二、结构设计/ 062

第二节有机聚合物减反射膜的设计/ 063

一、材料的选择/ 064

二、结构设计/ 065

第三节无机/有机复合多功能减反射膜的设计/ 065

一、材料的选择/ 066

二、结构设计/ 067

第四节减反射膜的制备方法/ 068

一、化学法/ 069

二、物理法/ 071

三、综合法/ 071

第五节减反射膜的制备工艺和设备/ 071

一、减反射膜的制备工艺路线和镀膜技术要求/ 072

二、减反射膜镀膜工艺/ 073

三、减反射膜辊涂制造工艺的优化/ 076

参考文献/ 078

第五章减反射膜的性能及其测试方法/ 079

节减反射膜的物理化学性质及其测试方法/ 079

一、减反射膜的化学性质及其测试方法/ 079

二、减反射膜的物理性质及其测试方法/ 080

第二节减反射膜的光学性能及其测试方法/ 083

一、减反射膜的透过率和反射率及其测试方法/ 084

二、减反射膜的色差（均匀性）及其测试方法/ 087

第三节减反射膜的力学性能及其测试方法/ 089

一、减反射膜的硬度及其测试方法/ 089

二、减反射膜的附着力及其测试方法/ 093

三、减反射膜的耐磨性（抗剪切力）及其测试方法/ 096

参考文献/ 097

第六章减反射膜的耐老化性能指标及其测试方法/ 098

节耐酸碱性能及其测试方法/ 099

一、减反射膜的耐酸性测试方法和标准/ 099

二、减反射膜的耐碱性测试方法和标准/ 100

第二节耐盐雾性能及其测试方法/ 100

一、盐雾的危害/ 100

二、耐盐雾性能的测试方法和标准/ 101

第三节耐高温和耐低温性能及其测试方法/ 102

一、耐高温性能测试方法和标准/ 102

二、耐低温性能测试方法和标准/ 104

第四节耐风沙冰雹冲击性能测试方法和标准/ 105

一、冰雹撞冲测试方法和标准/ 105

二、耐风沙冲击测试方法和标准/ 106

第五节耐紫外照射性能及其测试方法/ 108

参考文献/ 109

第七章柔性薄膜太阳能电池及其减反射膜/ 110

节柔性薄膜太阳能电池的特点和优势/ 110

一、柔性薄膜太阳能电池的特点/ 110

二、柔性薄膜太阳能电池的优越性/ 112

三、柔性薄膜太阳能电池的起源和发展趋势/ 113

第二节柔性薄膜太阳能电池的分类/ 114

一、无机柔性薄膜太阳能电池/ 115

二、有机柔性薄膜太阳能电池/ 118

三、无机-有机柔性薄膜太阳能电池/ 119

四、新型柔性薄膜太阳能电池/ 120

第三节柔性薄膜太阳能电池的结构和封装材料/ 122

一、柔性薄膜太阳能电池的结构/ 122

二、柔性薄膜太阳能电池封装的特点/ 124

第四节柔性薄膜太阳能电池的减反射膜/ 124

一、柔性薄膜太阳能电池减反射膜分类/ 124

二、柔性薄膜太阳能电池减反射膜的制备/ 125

参考文献/ 126

第八章自清洁减反射膜的制造与应用/ 127

节超亲水自清洁减反射膜的制造与应用/ 127

一、超亲水减反射膜的工作原理/ 127

二、表面组成和结构对超亲水效果的影响/ 128

三、光催化对表面自清洁的影响/ 128

四、超亲水自清洁减反射膜的制备/ 129

五、多孔自清洁玻璃的宏观效果/ 131

六、多孔膜的优势和不足/ 132

第二节疏水防灰自清洁减反射膜的制备与应用/ 132

一、灰尘的类型和性质/ 132

二、灰尘分布及其对太阳能电池组件的危害/ 133

三、防灰的原理与应用/ 135

四、太阳能电池板的清洁方法、水用量和积灰发电损失/ 136

五、防灰减反射膜的设计与制备/ 137

六、防灰减反射膜的表面结构与性能测试结果/ 138

第三节减反射膜的应用和产业前景/ 140

一、减反射膜在平板显示器上的应用/ 140

二、减反射膜在光学仪器上的应用/ 141

三、减反射膜在汽车和飞机挡风玻璃上的应用/ 141

四、减反射膜在农业塑料膜上的应用/ 142

五、减反射膜在太阳能电站上的应用/ 142

参考文献/ 143

第九章防灰减反射膜在太阳能电站的应用实例/ 144

节国内外太阳能电站的现状/ 144

一、全球太阳能电站总量和分布/ 144

二、中国太阳能电站总量和分布/ 149

第二节太阳能电站的运行和维护/ 151

一、太阳能电站运行的准备/ 151

二、太阳能电站的运行/ 152

三、太阳能电站运行中的故障和处理/ 152

四、太阳能电站运行系统的智能化/ 152

第三节太阳能电池板表面的维护/ 153

一、太阳能电池板表面的污染物类型和对发电量的影响/ 153

二、太阳能电池板的维护/ 154

三、太阳能电站的清洗成本/ 155

四、太阳能电站清洗对环境的影响/ 156

第四节太阳能电站减反射膜的实施和效果案例/ 156

一、灰尘的危害/ 156

二、太阳能电站减反射膜实施案例/ 157

三、防灰效果和提高发电量数据分析/ 158

第五节太阳能电站减反射膜实施问题和解决方案/ 166

一、通过现场试验发现的问题/ 166

二、海量太阳能电池板涂膜的解决方案/ 167

参考文献/ 168

附录1中华人民共和国建材行业标准：太阳能光伏组件用减反射膜玻璃（JC/T 2170—2013）/ 169

附录2国际标准：光伏(PV)组件安全鉴定试验要求（IEC 61730-2：2004）/ 188

本书从实际应用出发，结合光学基础理论和材料学设计理论，系统论述了减反射膜的设计、结构测试和生产制造技术，并通过自清洁减反射膜在太阳能电站的应用实例，提出了减反射膜技术的解决方案。

本书适合太阳能技术研究开发者、太阳能电池生产技术人员、太阳能电站企业管理者、高等院校相关专业师生阅读。

1.本书理论联系实际，首先从太阳能电池应用角度出发，对太阳能减反射膜的结构和应用原理、减反射膜的结构和测试方法、减反射膜的设计和制备技术以及减反射膜的性能指标和测试技术进行了系统的论述，并对太阳能产业的发展和减反射膜的应用开拓进行了前瞻性的介绍。 

2。本书作者从事太阳能玻璃减反射膜开发十余年，经验丰富，成果显著。