编者的话：利用电化学处理方法制作出次微米的孔洞数组，并配合反向模造(RVM)技术翻制出大面积的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)次次微米结构抗反射镜片(AR lens)，并将此抗反射结构能应用于硅基太阳能电池模块上，旨在增加入射光穿透太阳能电池模块的能量，使太阳能电池达到更高的光电转换效率。该技术应用于光伏电厂时，可降低土地使用面积提高发电量。

硅基太阳能电池模块表面抗反射层制造与应用研究

陈照彰，陈建志，陈宏昱，徐睿明

(台湾科技大学机械工程学系)

近年来，太阳能电池(Solar Cell)为科学家研究之主流，如何提升太阳能电池的发电效率已成为讨论热点。硅基太阳能电池的主要材料为硅，硅为地球上含量第二丰富的元素，其材料获取容易且有较小的能阶隙(Bandgap，能阶隙为1.12eV)，价电带的电子吸收高于1.12eV的能量之后，可被激发到传导带进行导电，这些特性使硅基太阳能电池(Crystalline Silicon)在市场上占有极大优势；但其缺点为发电效率不易提高，原因在于硅材料本身具有很高的反射系数(Reflection Index)，使入射的太阳光不易被硅基太阳能电池吸收，造成其发电效率无法提升。另一方面，由于入射光经过太阳能电池表面的模块基板时，会造成入射光衰落，故如能在太阳能电池模块上制作抗反射层，则将能够提升入射光照射于太阳能电池之光线^[4．5]。针对太阳能电池模块会衰减入射光能量的问题，本研究拟于材料表面制作AR结构的方式来增加太阳能电池模块的入射光线。

1 实验部分

1.1 实验材料

本研究主要材料有两种，第一种为镀铝硅晶圆，第二种为聚合前之浆体状(Polymethylmethacry-late，PMMA)。本研究的镀铝硅晶圆为表面溅镀(Sputter)了一层1um厚铝薄膜(纯度99.999%)直径101.6mm(4吋)的硅晶圆，主要作为制作次微米结构的基材，而预聚合(Pre-polymerization)之PM—MA为制作AR Lens所使用的材料。

1.2 多孔质阳极氧化铝制作

多孔质阳极氧化铝(Porous Anodic Aluminum，简称PAA)技术^[6]可利用电化学反应制作出微纳米孔洞数组，具有制作方法简单、成本低、速度快等优点。本研究于PAA技术参数为80V及0.1mol/L草酸溶液的环境下，将101.6mm(4吋)镀铝硅晶圆制作成具次微米抗反射结构的PAA模板。

1.3 反向模造技术

本研究用反向模造技术以增加气体压力的方式挤压预聚合PMMA浆体，使浆体能够填入次微米结构模板的孔洞模穴内，复制出具有次微米结构的ARLens。

1.4太阳能电池发电效率测量

制作出具次微米结构的AR Lens之后，将ARLens置于Solar cell上，作太阳能电池发电效率测量，测量机使用台湾科技大学化工系Oriel class A91160A Newport Corporation设备，配合一台NEW-PORT电动致动器与可解读出太阳发电效率信号的NEWPORT UV侦测器，将NEWPORT太阳仿真光源系统所产生的近似太阳能可见光光谱的光源透过AR Lens后照射在太阳能电池上，再运用仪器撷取其I-V信号，求出其发电效率。

2 结果与讨论

2.1 PAA模板

用PAA技术所制作出具次微米结构的PAA模板外观如图1（图略）所示，晶圆中间具渐层颜色区块为SWS结构所在之区域。次微米结构的SEM侧视图如同2（图略）所示，此侧视图共分为三层材料，由上而下依序为氧化铝、纯铝及硅晶圆材料。本研究以PAA技术仿制蝉翼上的次微米结构^[7]，使PAA模扳上的次微米结构具抗反射效能。图3（图略）为蝉翼上次微米结构的SEM图，蝉翼的样本取自于薄翅蝉翅膀。经观察蝉翼结构其间距为100nm，结构底部直径为160nm顶部直径为70nm高度为400nm而本研究制作的PAA模板其SWS结构为间距为146nm结构底部直径为120nm顶部直径为63nm高度为302nm。

2.2 AR Lens

将PMMA单体与BPO一块调制，将调制好的PMMA倒人放置浆体的模具，合膜后以200 kPa气压持压，井放在加热烤箱升温，使PMMA预聚合浆体固化。硅晶圆清除后将AR Lens取出，浸入二氯化铜、稀盐酸与去离子水混和的溶液中，将残留的铝薄膜去除；再将AR Lens浸人氢氧化钠溶液加去离子水去除试片上的PAA薄膜后，成功地翻制出101.6mm(4吋)AR Lens。图4（图略）为具次微米结构101.6mm(4吋)AR Lens，图5（图略）为AR Lens上次微米结构之SEM斜视网。由SEM图可观察其结构间距为146nm结构底部直径为117nm．顶部直径为63nm高度为272nm。

2.3太阻能电池发电效率测量

图6（图略）为无结构PMMA置于太阳能电池上的发电效率与测量状况，其发电效率量测结果为12.377。

图7（图略）为AIR Leas置于太阳能电池的发电效率与测量结果，其发电效率量测结果为12.637%。将以上两种结果比较后发现，于PMMA材料上添加次微米结构后，可将发电效率由12.377%提升至12.637%，效率提升2.1%，证明本研究的次微米结构有助于发电效率的提升。

3 结论

本研究利用PAA技术配合RVM方法翻制出101．6mm(4吋)大面积的AR Lens，而AR Lens上的结构特征由仿制薄翅蝉翅膀上之次微米结构而来，成功地制作出具次微米结构的101.6mm(4吋)AR Lens。在太阳能电池发电效率测量中证明，在无结构PMMA材料的添加次微米结构后，可有效提升太阳能电池的发电效率。此技术未来可应用于硅基太阳能电池模块产业中，将模块的发电效率提升。

参考文献：

[1] 何光朗．次微米阳极氧化铝孔洞制作光学组件之研究[D]．台湾：国立台湾科技大学机械工程研究所，2008．

[2] 陈照彰，何光朗，詹景翔．次微米阳极氧化铝孔洞制作光学组件之研究[c]∥中国机械工程学会．第二十五届全国学术研讨会论文集．台湾：彰化大叶大学，2008：21—22．

[3] 陈照彰，詹景翔，何光朗．多孔质阳极氧化铝制程研究[c]∥中国机械工程学会．2008第六届全国精密制造研讨会论文集．台湾：昆山科技大学，2008：8．

[4] Karen Forberich，Gilles Dennler．Performance improvement of organic solar cells with moth eye anti—reflection coating[J]．Thin Solid Films，2008，516：7167-7170．

[5] Kang—Soo Han，Hyunju Lee．Fabrication of anti—reflection structure on protective layer of solar cells by hot—embossing meth—odEJ]．Solar Energy Materials&Solar Cells，2009，93：1214—1217．

[6] Keller F，Robinson D L．Structural features of oxide coatings on aluminum[J]．Journal of the Electrochemical Society，1953，100l 411-419．

[7] 詹景翔．多孔质阳极氧化铝模板制作似蝉翼抗反射结构[D]．台湾：国立台湾科技大学机械工程研究所，2009