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光线通过镜片的前后表面时,不但会产生折射,还会产生反射。这种在镜片前表面产生的反射光会使别人看戴镜者眼睛时,看到的却是镜片表面一片白光。拍照时,这种反光还会严重影响戴镜者的美观。
眼镜光学理论认为眼镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点形成一个清晰的像,也可以解释为所视物的光线通过镜片发生偏折并聚集于视网膜上,形成像点。但是由于屈光镜片的前后表面的曲率不同,并且存在一定量的反射光,它们之间会产生内反射光。内反射光会在远点球面附近产生虚像,也就是在视网膜的像点附近产生虚像点。这些虚像点会影响视物的清晰度和舒适性。
象所有光学系统一样,眼睛并不完美,在视网膜上所成的像不是一个点,而是一个模糊圈。因此,二个相邻点的感觉是由二个并列的或多或少重叠的模糊圈产生的。只要二点之间的距离足够大,在视网膜上的成像就会产生二点的感觉,但是如果二点太接近,那么二个模糊圈会趋向与重合,被误认为是一个点。
对比度可以用来反映这种现象,表达视力的清晰度。对比值必须大于某一确定值(察觉阈,相当于1-2)才能够确保眼睛辨别二个邻近点。
对比度的计算公式为:D=(a-b)/(a+b)
其中C为对比度,二个相邻物点在视网膜上所成像的感觉最高值为a,相邻部份的最低值为b。如果对比度C值越高,说明视觉系统对该二点的分辨率越高,感觉越清晰;如果二个物点非常接近,它们的相邻部分的最低值比较接近于最高值,则C值低,说明视觉系统对该二点感到不清晰,或不能清晰分辨。
模拟这样一个场景产:夜晚,一位戴眼镜的驾车者清晰地看见对面远处有二辆自行车正冲着他的车骑过来。此时,尾随其后的汽车的前灯在驾车者镜片后表面上产生反射:该反射光在视网膜上形成的像增加了二个被观察点的强度(自行车车灯)。所以,a段和b段的长度增加,即然分母(a+b)增加,而分子(a-b)保持不变,于是就引起了C值的减少。对比减小的结果会令驾驶员最初产生的存在二个骑车人的感觉重合成为单一的像,就好比区分它们的角度被突然减小!
反射光占入射光的百分比取决于镜片材料的折射率,可通过反射量的公式进行计算。
反射量公式:R=(n-1)平方/(n+1)平方
R:镜片的单面反射量n:镜片材料的折射率
例如普通树脂材料的折射率为1.50,反射光R=(1.50-1)平方/(1.50+1)平方=0.04=4%。
镜片有两个表面,如果R1为镜片前表面的量,R2为镜片后表面的反射量,则镜片的总反射量R=R1+R2。(计算R2的反射量时,入射光为100%-R1)。镜片的透光量T=100%-R1-R2。
由此可见,高折射率的镜片如果没有减反射膜,反射光会对戴镜者带来的不适感比较强烈。
减反射膜又称增透膜,它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。
最简单的增透膜是单层膜,它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一,相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反,叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率,这时光学表面的反射光可以完全消除。
一般情况下,采用单层增透膜很难达到理想的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果,往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜,因此,它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题,研究的重点是寻找新材料,设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数,最简单、最稳定的工艺,获得尽可能高的成品率,达到最理想的效果。
对激光薄膜来说,减反射膜是激光损伤的薄弱环节,如何提高它的破坏强度,也是人们最关心的问题之一。
减反射膜的原理是膜外界面反射光与膜内界面反射光叠加抵消,反射光就很微弱了,使几乎全部的光子进入镜头这里首先要走出一个误区,(重要!)光波的抵消不是由两次具体的反射光抵消形成的,而根本原因是光是一种概率...
减反射膜的作用是增加更多的光吸收,可以增大光电流。同时,减反射膜对硅片还有保护和钝化作用,可以增加电生电压,对提高光伏电池的电性能有很大帮助。现在的光伏电池均有减反射膜 ,不论是一线厂家或者二线厂家,...
减反射膜为什么用一层折射率较低的薄膜,怎样达到减反射的目的。
利用衍射原理增透减反,在大学有物理光学,有详细的原理解说
1064nm光纤端面激光减反射膜的研制
针对导弹探测制导光源的特殊应用,通过对材料的选择、膜系的设计和工艺参数的优化,采用电子束真空镀膜及离子辅助沉积的方法,成功的在光纤端面为50μm的口径上镀制减反射膜。研究了膜层的应力匹配和低温镀膜时膜层的牢固性,并给出了光纤端面测试前后结果的实例对比图和曲线。在以YAG激光器为光源的系统中,当激光器的工作电流为2000 mA时,光纤的输出功率比未镀膜时提高了5%,能够承受激光光源的照射和恶劣的环境测试,达到了使用要求。
一种新型太阳能电池减反射膜的制备
提高太阳电池的光电转换效率的方法有很多,该文提出了一种折射率不断变化的减反射膜,具有更好的减反射效果,增加了光生载流子的生成数量,从而提高晶硅太阳电池的转换效率。通过硅烷和氨气流量的连续变化,从而使减反射膜的折射率由上至下等速率地增大,可提高电池片转换效率0.13%。
摘要:本文研究了通过等离子气相沉积(PECVD)在多晶硅片上制作三层氮化硅减反射膜层,设计的折射率逐渐减小的三层氮化硅膜层能更好的钝化多晶硅片的体表面和减小光的反射,提高了多晶太阳电池的开路电压和短路电流,从而有效的提高了多晶太阳电池的光电转换效率。
氮化硅薄膜作为表面介质层在传统晶硅太阳电池制造中被广泛应用,它能够很好地钝化多晶硅片表面及体内的缺陷和减少入射光的反射。氮化硅膜层中硅的含量增高,折射率和消光系数均相应增高,随之氮化硅对光的吸收就会增强,所以高折射率、高消光系数的薄膜不适合作为减反膜,但是相应地增加硅的含量,表面钝化作用呈现增强趋势[1]。为了兼顾氮化硅膜层的钝化和减反射效果,对于多晶太阳电池普遍采用双层氮化硅膜的减反射膜层,即先淀积一层高折射率的氮化硅可以更好地钝化太阳电池的表面,然后生长低折射率的氮化硅用于降低表面反射率,从而有效的提高了太阳电池的光电转换效率。理论上采用多层氮化硅减反射膜层通过不断降低折射率,能够更好的钝化太阳电池表面和降低表面反射率[2]。本文研究的是利用PECVD制作三层氮化硅膜以及其对多晶太阳电池的影响。
1实验
本实验采用156×156多晶硅片,电阻率1~3Ω˙cm,厚度180um的P型硅片,所有硅片除PECVD工艺外,其它都经过相同的处理过程。首先硅片经过HF和HNO3的混合溶液进行制绒,然后经过820℃~870℃的POCl3扩散,接着进行湿法刻蚀去背结。再经过管式PECVD制作氮化硅减反射膜,PECVD过程中分别采用传统双层膜工艺和本文设计的三层膜工艺各做一组实验,采用Sentech的SE400测试监控氮化硅膜的折射率以及厚度。传统双层氮化硅膜工艺:第一层膜(与硅表面接触的那一层)折射率为2.3左右,厚度为30nm,第二层膜折射率为2.0左右,厚度为55nm;本文设计的三层膜结构为第一层膜折射率为2.35以上,厚度为10nm,第二层氮化硅薄膜的折射率为2.15左右,厚度为25nm,第三层氮化硅薄膜的折射率为2.0以内,厚度为50nm。
PECVD镀完膜厚,通过反射率测试仪分别对采用双层和三层氮化硅膜工艺的实验片在波长300~1200nm之间进行反射率测试,用WT2000少子寿命测试仪分别对采用双层和三层氮化硅膜工艺的实验片进行少子寿命抽测,抽测样片数量为实验总片数的10%。最后经过丝网印刷制作背电场及前后电极并进行烧结做成电池片,在光照AM1.5,温度25℃的条件分别测试两组实验片的电性能。
2结果与讨论
通过反射率测试仪分别采用双层氮化硅膜和三层氮化硅膜工艺所做实验片进行反射率测试,波长选择300~1200nm,反射率曲线如图1所示。可以看出在短波部分(300~500nm)三层氮化硅比双层氮化硅膜具有更低的反射率。可能是由于折射率从硅片表层向外逐渐递减三层氮化硅膜,能使入射的太阳光在内部多次反射和干涉,更大程度的增加了入射光的吸收,达到更好的减反射效果。
通过WT2000少子寿命测试仪对双层氮化硅膜和三层氮化硅膜两种镀膜工艺所做实验片镀膜前后的少子寿命进行监测,抽测样片数量为实验总片数的10%,并计算出镀膜前后少子寿命的增加量,根据统计发现三层氮化硅膜镀膜前后的少子寿命增加量比双层氮化硅膜的高。采用双层氮化硅膜工艺的实验片的少子寿命增加量的平均值为7.2us,采用三层氮化硅膜工艺的实验片少子寿命的增加量平均值为12.7us。分析原因应该是由于三层氮化硅膜底层的氮化硅膜层(即与硅片表面接触的那层氮化硅膜层)对硅片表面钝化和体内钝化的更好,所以镀膜前后的少子寿命增加量比较大,少子寿命的提升有利于太阳电池开路电压的提高。
将双层和三层氮化硅膜所做的太阳电池分别进行电性能测试,结果见表1。从表1中看出,三层膜的太阳电池的开路电压比双层膜的提高2mV,另外三层膜太阳电池的短路电流也比双层膜的提高了0.05A。分析原因开路电压的提高应该与三层氮化硅膜的少子寿命高于双层膜,钝化效果较好有关;而短路电流的提升主要是由于三层膜的实验片短波部分反射率较双层膜的低,从而增加了光的吸收,所以短路电流略有提高。开路电压与短路电流的提升,最终使三层氮化硅膜多晶太阳电池比传统双层膜的光电转换效率提高了0.15%。
3结论
在太阳电池的产业化中利用PECVD对多晶硅片进行沉积氮化硅减反射膜,采用三层氮化硅膜工艺能更好的整合氮化硅膜层的减反射效果与体表面的钝化效果。更高的底层折射率的氮化硅膜具有更好的体表面钝化效果,可以进一步提高太阳电池的开路电压,折射率逐渐降低的三层氮化硅膜层能更好的降低太阳电池短波部分的反射率,提高太阳电池的短路电流,批量实验表明三层氮化硅膜的多晶太阳电池转换效率较双层膜的有所提升,所以多晶太阳电池采用三层氮化硅减反射膜比双层氮化硅减反射膜更有利于提高太阳电池的光电转换效率。
参考文献
[1]王晓泉,汪雷,席珍强,等.PECVD淀积氮化硅薄膜性质研究[J].太阳能学报,2004年03期.
[2]毛赣如,原小杰.等离子体增强CVD氮化硅作硅太阳电池的减反射膜[J].太阳能学报,1988(3):286-290.
镜片表面镀有多层减反射膜后,镜片特别容易产生污渍,而污渍会破坏减反射膜的减反射效果。在显微镜下,我们可以发现减反射膜层呈孔状结构,所以油污特别容易浸润至减反射膜层。解决的方法是在减反射膜层上再镀一层具有抗油污和抗水性能的顶膜,也就是大家所说的防水膜。而且这层膜必须非常薄,以使其不会改变减反射膜的光学性能。
抗污膜的材料以氟化物为主,有二种加工方法,一种是浸泡法,一种是真空镀膜,而最常用的方法是真空镀膜。当减反射膜层完成后,可使用蒸发工艺将氟化物镀于反射膜上。抗污膜可将多孔的减反射膜层覆盖起来,并且能够将水和油与镜片的接触面积减少,使油和水滴不易粘附于镜片表面,因此也称为防水膜。
对于有机镜片而言,理想的表面系统处理应该是包括抗磨损膜、多层减反射膜和顶膜抗污膜的复合膜。通常抗磨损膜镀层最厚,约为3-5mm,多层减反射膜的厚度约为0.3mm,顶层抗污腊镀最薄,约为0.005-0.01mm。以法国依视路公司的钻晶(crizal),复合膜为例,在镜片的片基上首先镀上具有有机硅的耐磨损膜;然后采用IPC的技术,用离子轰击进行镀减反射膜前的预清洗;清洗后采用高硬度的二氧化锆(ZrO2)等材料进行多层减反射膜层的真空镀制;最后再镀上具有110的接触角度的防水膜(如图1深圳金域公司WR2防水膜)。钻晶复合膜技术的研制成功表明了有机镜片的表面处理技术达到了一个新的高度。
防水防尘膜使水、尘等脏污与镜片的接触面积变小呈110度角,与使其不易粘附于镜片表面,所以滤光片表面会更加光洁,增加了防水、防雾、防尘、防指纹等防污染的功能。可广泛用于摄相机摄影机镜头上,电子数码产品的窗口片,触摸屏等视窗产品上起防尘片等光学产品。通常防水防尘膜与增透膜一起使用在视窗产品上,还可以起到增加镜片表面的硬度,同时也可以起到防止划伤的作用。这里防刮伤并不是100%的防刮伤,这里是指常规的微小的刮擦,对窗口起到保护的作用。此种镀膜还可以与反光膜一起用在车用后视镜产品。当水落在滤光片表面上时尤如水落到了荷叶上可迅速滑落,可使光学窗口保持清晰的视野.