劉立強(qiáng)，王曉臨，李真一，孫明杰，崔凱旋

（1.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省綠色建筑協(xié)同創(chuàng)新中心，山東濟(jì)南250101；3.澳大利亞創(chuàng)新材料協(xié)會(huì)，新南威爾士伍倫貢2522；4.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，山東青島266071）

太陽(yáng)能高效利用減反射技術(shù)研究進(jìn)展

劉立強(qiáng)1，2，王曉臨3，李真一4，孫明杰1，2，崔凱旋1，2

（1.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省綠色建筑協(xié)同創(chuàng)新中心，山東濟(jì)南250101；3.澳大利亞創(chuàng)新材料協(xié)會(huì)，新南威爾士伍倫貢2522；4.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，山東青島266071）

減反射技術(shù)是提高太陽(yáng)能利用效率、促進(jìn)太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)展的有效途徑。但受各種減反射薄膜制備技術(shù)的限制，目前還難于達(dá)到最佳利用效果，因此減反射技術(shù)在太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用還有很大發(fā)展空間。文章綜述了在太陽(yáng)能利用領(lǐng)域所采用的各種減反射技術(shù)，如PVD、Sol-Gel和腐蝕等方法的性能、工藝特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出現(xiàn)有的以1/4波長(zhǎng)干涉原理為基礎(chǔ)的減反射技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效利用的原因，總結(jié)分析了不同類型的減反射技術(shù)和性能特點(diǎn)，提出了梯度折射率減反射是實(shí)現(xiàn)超低反射率、超寬帶減反射的最佳技術(shù)路線，通過(guò)總結(jié)PVD、等離子刻蝕、納米組裝、Sol-Gel及腐蝕法等各種減反射方法的制備技術(shù)特點(diǎn)，闡述了各種減反射技術(shù)制備梯度折射率膜層的可行性，展望了梯度折射率減反射技術(shù)在太陽(yáng)能高效利用領(lǐng)域的發(fā)展前景。

太陽(yáng)能；高效利用；減反射技術(shù)；梯度折射率；制備技術(shù)

Key words：solar energy；high efficiency；antireflection technology；gradient refractive index；preparation technology

0 引言

太陽(yáng)能是取之不盡的清潔能源，太陽(yáng)能利用是現(xiàn)代社會(huì)解決能源問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，太陽(yáng)能建筑一體化已成為綠色建筑節(jié)約能源的有效手段［1-4］。無(wú)論哪種太陽(yáng)能利用技術(shù)，如光伏、光熱、陽(yáng)光溫室以及光催化等，其器件或所用玻璃表面的光反射都會(huì)大大降低太陽(yáng)光的利用效率，并且增加光污染、影響人們的正常生活，甚至引發(fā)交通事故。因此，減少或消除太陽(yáng)光的不利反射，在太陽(yáng)能利用領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

減反射技術(shù)的研究和發(fā)展已有幾百年的歷史，直到20世紀(jì)50年代物理蒸發(fā)氣相沉積（PVD）鍍膜方法的發(fā)明，才加速了減反射技術(shù)的研究、并逐漸在光學(xué)儀器、激光、光電子器件、光通訊、視覺(jué)系統(tǒng)和軍事等高科技領(lǐng)域得到應(yīng)用。到20世紀(jì)末，通常的減反射技術(shù)在解決窄帶、正入射、小面積光學(xué)減反射問(wèn)題方面已經(jīng)非常成熟。隨著科技和社會(huì)的快速發(fā)展，化石能源的逐漸減少和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的逐漸提高，使太陽(yáng)能光伏電池、光熱發(fā)電、太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)光溫室等應(yīng)用成為全世界發(fā)展的重要方向，2100年太陽(yáng)能利用將會(huì)占到全世界總能源消耗的60%以上［2］。而目前太陽(yáng)利用的效率還相對(duì)較低，以光伏和光熱為例，無(wú)論何種類型，其組件表面的總反射率（包括基板硅材料和外罩玻璃材料的總反射率）都大于8%，大角度入射的反射率甚至高達(dá)30%以上，使大量的太陽(yáng)光被反射而浪費(fèi)掉。因此，研究并消除太陽(yáng)能利用中的不利光反射，將會(huì)大大提高太陽(yáng)能的利用效率，這對(duì)太陽(yáng)能利用技術(shù)的推廣意義重大，將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)光伏、光熱及其相關(guān)技術(shù)在居民生活、綠色建筑、綠色工業(yè)、特斯拉Power Wall等清潔能源應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，使解決能源危機(jī)和因能源應(yīng)用造成的霧霾污染問(wèn)題成為可能［4-6］。

無(wú)論光伏還是光熱技術(shù)的減反射研究，主要集中在對(duì)太陽(yáng)能吸收材料和覆蓋玻璃的表面處理方面。對(duì)玻璃而言，其折射率一般在1.52左右，垂直入射的總反射率約為8%；而70°入射的反射率大于27%。對(duì)于Si材料，折射率約為4，垂直入射的單面反射率為36%，70°入射的反射率則高達(dá)56%。如果不做減反射處理，大量的太陽(yáng)能就會(huì)因發(fā)射而損失掉。因此，對(duì)這些太陽(yáng)能應(yīng)用材料表面進(jìn)行減反射處理的效果會(huì)非常顯著。然而，要解決太陽(yáng)能利用并不是簡(jiǎn)單地鍍制一層減反射膜就能解決。首先太陽(yáng)能利用大多是寬波段，如晶Si太陽(yáng)能電池的應(yīng)用波段為380～1150 nm；而太陽(yáng)能光熱發(fā)電、多結(jié)太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)房、溫室等應(yīng)用，則要求整個(gè)太陽(yáng)光譜（250～2500 nm）。另外，由于地球表面太陽(yáng)光的能量密度有限，太陽(yáng)能利用產(chǎn)品和設(shè)施的面積一般都比較大，因此要求所采用的減反射技術(shù)能比較容易地實(shí)現(xiàn)大面積均勻鍍膜。當(dāng)然，太陽(yáng)能利用是大規(guī)模工業(yè)和民用項(xiàng)目，產(chǎn)品成本也是推廣應(yīng)用的重要瓶頸，這就要求其減反射技術(shù)的成本要比較低。因此，一項(xiàng)適合太陽(yáng)能應(yīng)用的減反射技術(shù)，必須同時(shí)滿足低反射率、大帶寬、大面積和低成本等各項(xiàng)要求，這對(duì)減反射技術(shù)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

1 太陽(yáng)能利用減反射技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前，減反射技術(shù)在太陽(yáng)能領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，多數(shù)晶Si太陽(yáng)能電池廠家主要采用成熟的基于陷光原理的腐蝕法技術(shù)制備絨面進(jìn)行減反射處理，有些廠家也采用物理蒸鍍（PVD）、化學(xué)沉積（CVD）和溶膠凝膠法進(jìn)行減反射處理。特別是一些新的電池材料，如CIGS、非晶硅和染料敏化電池等，其減反射原理大多仍是遵循經(jīng)典的干涉法。在光伏領(lǐng)域，對(duì)玻璃蓋板的減反射處理已經(jīng)成為必須，但多數(shù)技術(shù)都比較簡(jiǎn)單，有表面壓花的，還有采用溶膠凝膠法（Sol-Gel）在玻璃表面涂鍍一層減反射薄膜；或是兩者的結(jié)合。表面壓花減反射玻璃（即絨面壓花玻璃）是被廣泛采用的具有一定減反射效果的光伏蓋板玻璃，但這種類型的玻璃比平板玻璃的透過(guò)率增加值一般低于2%，有的甚至不足1%，不能滿足光伏玻璃減反射的要求［5-6］。為了進(jìn)一步增加光伏玻璃的透過(guò)率，多數(shù)光伏玻璃制造商都采用了Sol-Gel法減反射技術(shù)［7-9］。該減反射技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以采用浸涂、噴涂或滾涂等多種簡(jiǎn)單方法進(jìn)行大面積涂布，并且成本相對(duì)較低，因此很多研究者都致力于Sol-Gel法技術(shù)的改進(jìn)提高。但是Sol-Gel方法的缺點(diǎn)是厚度不容易精確控制，膜層的折射率較大，難于實(shí)現(xiàn)多層鍍膜，實(shí)際應(yīng)用的減反射效果并不理想。而將玻璃壓花與Sol-Gel涂層組合應(yīng)用的透過(guò)率增加值一般小于4%。其原因主要是Sol-Gel法減反射大多是單層涂布，壓花玻璃的表面凹凸不平使涂層不均勻、難于滿足1/4波長(zhǎng)減反射要求，并且所得減反射膜的減反射帶寬也比較窄，高透過(guò)率帶寬通常小于400 nm。這離晶體硅電池要求的800 nm和CIGS的950 nm減反射帶寬還有較大差距，更不能滿足未來(lái)多結(jié)電池的要求，離太陽(yáng)能光熱和溫室等要求太陽(yáng)光全譜段寬帶減反射要求就差的更遠(yuǎn)。除光伏應(yīng)用外，Sol-Gel法減反射技術(shù)在光熱領(lǐng)域也已得到了應(yīng)用，由于集熱器玻璃管不存在光伏玻璃的表面微結(jié)構(gòu)，比較容易實(shí)現(xiàn)均勻的減反射膜層，但由于集熱管一般為圓形，造成多數(shù)時(shí)間太陽(yáng)光為大角度入射，其減反射效果也不理想。因此，Sol-Gel法減反射技術(shù)在太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

除表面壓花和Sol-Gel法減反射技術(shù)之外，PVD和CVD方法在太陽(yáng)能領(lǐng)域也有部分應(yīng)用，這些方法能夠鍍制幾十層的均勻折射率減反射薄膜，可以做到在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有非常低的剩余反射率，并且其膜層質(zhì)量和硬度其它方法都很難以達(dá)到。雖然該類減反射技術(shù)解決小型光學(xué)、激光和光電子元件較窄帶寬的減反射問(wèn)題很有優(yōu)勢(shì)，但要在大面積太陽(yáng)能應(yīng)用器件上鍍制具有高透過(guò)率、大帶寬特性且均勻性良好的幾十甚至上百層減反射薄膜，現(xiàn)有的PVD和CVD無(wú)論從工藝、設(shè)備和成本上都很難做到［10］。因此，PVD和CVD技術(shù)僅僅在某些太陽(yáng)能電池和集熱器產(chǎn)品方面得到應(yīng)用，在太陽(yáng)能玻璃蓋板等大面積減反射方面則很難得到推廣應(yīng)用。

在減反射技術(shù)領(lǐng)域中，還有一種古老的腐蝕法減反射技術(shù)［11］。由于腐蝕法很難控制膜層厚度和減反射性能，加之PVD技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)了更多優(yōu)勢(shì)，從20世紀(jì)50年代之后逐漸被PVD等技術(shù)所取代，至80年代之后已少有研究報(bào)道。丹麥的Sunarc Technology公司自20世紀(jì)90年代開(kāi)始研發(fā)腐蝕法減反射技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了玻璃減反射的產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品單波長(zhǎng)的最高透過(guò)率達(dá)到98%，大于96%的波段達(dá)到了近600 nm，顯示了優(yōu)良的減反射性能和大帶寬特性，而且其生產(chǎn)成本也相對(duì)較低［12］。目前，歐洲的平板太陽(yáng)能熱水器、溫室和太陽(yáng)房玻璃大多數(shù)都采用Sunarc的減反射玻璃產(chǎn)品。以減反射性能和帶寬兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量，Sunarc的腐蝕法是目前最好的光伏玻璃減反射技術(shù)應(yīng)用實(shí)例。但該減反射技術(shù)目前主要應(yīng)用于光伏玻璃蓋板、平板集熱器和太陽(yáng)房玻璃，在真空集熱管光熱技術(shù)領(lǐng)域還未得到應(yīng)用。

2 太陽(yáng)能應(yīng)用減反射技術(shù)的發(fā)展

綜上所述，目前在太陽(yáng)能領(lǐng)域應(yīng)用的Sol-Gel、PVD、CVD及腐蝕法減反射技術(shù)都有各自的局限性，不能達(dá)到太陽(yáng)能高效應(yīng)用的需求，還需要從材料、結(jié)構(gòu)、原理等方面繼續(xù)深入研究，以期實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。要滿足太陽(yáng)能的高效利用，除去工藝難度和成本因素外，理想的減反射技術(shù)在性能方面應(yīng)該滿足下述三方面要求：（1）要有低的剩余反射率，最好實(shí)現(xiàn)零反射；（2）要有大的減反射帶寬，需在太陽(yáng)光（250～2500 nm）全譜段范圍都有很好的減反射效果；（3）具有全向減反射能力，在0～90°之間都能實(shí)現(xiàn)良好的減反射。但從目前已應(yīng)用的減反射技術(shù)來(lái)看，無(wú)論是通常的PVD、CVD、磁控濺射、表面花紋、腐蝕法，還是被廣泛采用的Sol-Gel減反射技術(shù)，僅從經(jīng)典的干涉理論都不可能達(dá)到上述三項(xiàng)要求，只有梯度折射率減反射技術(shù)才可同時(shí)滿足上述三項(xiàng)要求。梯度折射率減反射概念在20世紀(jì)80年代之前已經(jīng)提出，但由于其制備技術(shù)的限制，至今仍是減反射領(lǐng)域的研究前沿，也是解決太陽(yáng)能高效利用、實(shí)現(xiàn)寬帶和全向這一技術(shù)難題最有希望的研究方向［13］。因此，近年來(lái)減反射技術(shù)的研究幾乎都集中在梯度折射率減反射薄膜的制備和性能探索方面，并獲得了一些很好的研究成果。文章將對(duì)幾種主要的梯度折射率減反射薄膜制備方法和技術(shù)分別進(jìn)行介紹。

2.1 PVD方法

梯度折射率減反射有很好的寬帶和全向性能。在這一技術(shù)領(lǐng)域，如何制備梯度折射率減反射薄膜、并實(shí)現(xiàn)所需的梯度折射率分布是人們研究的關(guān)鍵問(wèn)題。原始的PVD技術(shù)一般是依據(jù)干涉理論鍍制一層或多層均勻折射率減反射薄膜，實(shí)現(xiàn)單一或多波長(zhǎng)減反射目的。為了拓展減反射帶寬，人們采用了超薄多層膜和梯度折射率膜層設(shè)計(jì)來(lái)降低反射率，得到了較好的寬帶效果［14-15］。Xi等發(fā)表了利用傾斜氣相沉積法在Si片上制備5層均勻折射率膜來(lái)近似梯度折射率減反射膜層的研究報(bào)道，5層納米結(jié)構(gòu)的折射率成一定的梯度排列，如圖1所示［16］。

圖1 在Si片上生長(zhǎng)的多層梯度減反射膜圖

圖1中，5層薄膜的折射率分布形式與高斯函數(shù)的形狀接近。梯度減反射膜層在574～1010 nm的帶寬實(shí)現(xiàn)了單面反射率低于0.5%的出色結(jié)果，并且在0～55°范圍內(nèi)的反射率都比較低（如圖1（b）所示），為PVD技術(shù)制備梯度折射率薄膜增加減反射帶寬的研究提供了理論依據(jù)。Welser等將這一技術(shù)拓展到石英玻璃上，實(shí)現(xiàn)了440～1800 nm帶寬、平均透過(guò)率為98.5%的良好結(jié)果，如圖2所示［17］。該技術(shù)在太陽(yáng)能電池的減反射的應(yīng)用將大大提高太陽(yáng)能的利用效率。

圖2 玻璃表面生長(zhǎng)以梯度折射率分布的減反射膜層

2.2 等離子刻蝕方法

對(duì)于梯度折射率減反射薄膜的制備技術(shù)而言，Xi等的PVD方法可稱為加法制備表面減反射層［16］。而Huang等則采用了減法來(lái)實(shí)現(xiàn)寬帶、全向減反射，他們用等離子刻蝕技術(shù)在Si襯底片上制備出了針狀納米微結(jié)構(gòu)，獲得了優(yōu)秀的梯度折射率減反射性能，如圖3所示［18］。如果用納米生長(zhǎng)法等加法得到相似的表面結(jié)構(gòu)，也獲得很好的減反射性能。

由于等離子刻蝕技術(shù)在制備折射率漸變表面層有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而得到了很多梯度折射率減反射研究者的關(guān)注。Rahman等對(duì)于等離子刻蝕技術(shù)制備梯度折射率減反射薄膜又有了新的進(jìn)展，在太陽(yáng)能電池Si片上用膜板和等離子刻蝕技術(shù)制備了PS-b-PMMA納米微結(jié)構(gòu)，在400～1000 nm波段使反射率從35%降到了1%以下［19］。并且發(fā)現(xiàn)納米錐棒的高度不同，其減反射效果也不同。Rahman等給出的有效折射率表達(dá)式，也是一個(gè)折射率分布輪廓函數(shù)，由式（1）［19］表示為

式中：neff（z）為z處的有效折射率；εeff為有效介電常數(shù)；εS和εA分別為硅和空氣的介電常數(shù)；fS（z）為硅在z處的分覆蓋度。依據(jù)上述公式，計(jì)算了不同折射率分布情況下反射率的理論值和測(cè)量結(jié)果對(duì)比，如圖4所示［19］。

圖3 梯度折射率減反射納米結(jié)構(gòu)圖

圖4 不同微結(jié)構(gòu)及其折射率輪廓與減反射性能圖

2.3 納米組裝方法

納米組裝技術(shù)如模板法、刻蝕法、生長(zhǎng)法或其多種方法組合等較為成熟。利用這些納米材料制備經(jīng)驗(yàn)，一些學(xué)者依據(jù)仿生學(xué)原理在需要減反射的材料表面制備出了多種亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)（SWS）和仿生納米微結(jié)構(gòu)，并研究了這些表面微結(jié)構(gòu)的減反射性能［20］。由于這些微結(jié)構(gòu)具有折射率漸變特性，即梯度折射率分布，因而獲得了良好的寬帶、全向減反射效果，如圖5所示［21-24］。

圖5 表面微結(jié)構(gòu)及其減反射和全向性能圖

但該類減反射技術(shù)需要在減反射表面制備有序的納米球、納米棒、納米針及各種類型的凸凹微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的制備需要進(jìn)行納米組裝或納米光刻、腐蝕等多種先進(jìn)技術(shù)。這些先進(jìn)制備技術(shù)對(duì)于制備大面積、均勻有序微結(jié)構(gòu)的工藝難度比較大，因此，以納米組裝法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能利用器件和裝置的寬帶、大面積、高性能減反射應(yīng)用還需要攻克很多技術(shù)難題。

2.4 Sol-Gel方法

Sol-Gel法是光伏玻璃目前應(yīng)用最廣泛的減反射技術(shù)，該方法是首先制備出合適的溶膠凝膠，然后采用浸涂、旋涂或噴涂等方法制備Sol-Gel薄膜。根據(jù)減反射原理，如果能制備出低于玻璃折射率和具有近1/4λ厚度的薄膜，就能得到一定的減反射效果。因此，單層Sol-Gel減反射薄膜比較容易地在太陽(yáng)能領(lǐng)域得到了應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高減反射性能、拓展減反射帶寬，一些研究者利用多層涂布技術(shù)并控制不同膜層的折射率，使之形成了具有一定折射率梯度分布的減反射層，在一定的波段獲得了不錯(cuò)的減反射效果，如圖6所示［25-26］。

圖6 多層Sol-Gel涂覆BK7減反射玻璃的SEM圖及透過(guò)率曲線圖

但用Sol-Gel法制備的SiO2或TiO2溶膠不能混合涂布，而單一的溶膠往往形成均勻折射率薄膜，加之膜層較厚且難于精確控制厚度，多層涂膜不能連續(xù)涂制等因素，使得Sol-Gel法制備折射率連續(xù)變化的多層梯度折射率減反射薄膜在技術(shù)上還存在很多困難。

2.5 腐蝕方法

研究證明腐蝕法是一種能夠制備梯度折射率薄膜、實(shí)現(xiàn)寬帶減反射的良好方法［26-28］。2012年，Du等采用腐蝕法在K9玻璃上制備出了具有梯度折射率的減反射膜層，在350～1800 nm的寬波段獲得了97%以上的透過(guò)率［27］。而山東建筑大學(xué)劉立強(qiáng)教授利用腐蝕方法在光伏玻璃表面制備出了梯度折射率減反射薄膜層，在390～1022 nm波段的透過(guò)率高達(dá)99%［28］。利用自主創(chuàng)新的二次腐蝕法在光伏玻璃表面制備出了類高斯分布的梯度折射率減反射薄膜，并在Advanced Materials上發(fā)表了研究結(jié)果，在350～1100 nm波段得到了近100%的透過(guò)率，這是豈今為止所獲得的最好減反射研究結(jié)果［29］。能夠獲得如此優(yōu)秀的減反射性能的重要原因是由于二次腐蝕法巧妙地利用了玻璃的微觀結(jié)構(gòu)，在玻璃表面層實(shí)現(xiàn)了折射率的連續(xù)變化。

應(yīng)用的玻璃都是Na2O-CaO-SiO2體系，而光伏玻璃是超純的Na2O-CaO-SiO2體系，該體系結(jié)構(gòu)是由Si的三維網(wǎng)絡(luò)和嵌在網(wǎng)絡(luò)中的金屬離子（Na+、Ga2+等）所構(gòu)成，如圖7所示。

圖7 Na2O-CaO-SiO2體系玻璃腐蝕前后微結(jié)構(gòu)圖

二次腐蝕方法的第一次腐蝕主要作用是“掏出”SiO2網(wǎng)絡(luò)空隙中的金屬陽(yáng)離子（Na+，Ca2+）［30-31］。在第一次腐蝕形成SiO2低折射率層的基礎(chǔ)上再實(shí)施第二次腐蝕，二次腐蝕在對(duì)SiO2多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕的同時(shí)繼續(xù)向玻璃深處置換金屬陽(yáng)離子，并借助濃度擴(kuò)散的影響，最終在玻璃表面形成一個(gè)孔隙率連續(xù)變化、并具有連續(xù)梯度折射率分布的減反射層（如圖7（b）、（c）和圖8（a）所示）。該方法制備的梯度折射率減反射玻璃不但能獲得近100%的透過(guò)率，其減反射帶寬也較大（如圖8（b）所示），并且能夠制備大面積減反射膜層（如圖9所示），是目前用于太陽(yáng)能高效利用最好的玻璃減反射方法。該方法的發(fā)展或借助該方法的思路，將有可能推動(dòng)太陽(yáng)能高效利用的更快速發(fā)展。

圖8 二次腐蝕法制備的減反射膜層斷面SEM圖及其透過(guò)率和反射率測(cè)試結(jié)果圖

圖9 二次腐蝕法制備的減反射玻璃圖

3 展望

當(dāng)前，太陽(yáng)能已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但經(jīng)典的以1/4波長(zhǎng)干涉原理為基礎(chǔ)的各種減反射技術(shù)已經(jīng)不能滿足太陽(yáng)能高效利用的要求，而新型的梯度折射率減反射技術(shù)將使太陽(yáng)能的高效利用成為可能。由于梯度折射率減反射技術(shù)發(fā)展較晚，其應(yīng)用受到制備技術(shù)和成本的限制。但一些現(xiàn)代材料制備方法的創(chuàng)新會(huì)不斷給梯度折射率減反射薄膜制備技術(shù)帶來(lái)新的活力，如納米組裝、等離子刻蝕及二次腐蝕等方法。另外，原有的PVD和Sol-Gel等薄膜制備方的不斷改進(jìn)，也都會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)梯度折射率薄膜研究和應(yīng)用的發(fā)展，梯度折射率減反射將很快成為太陽(yáng)能高效利用的主流技術(shù)。目前，梯度折射率減反射的相關(guān)基礎(chǔ)理論還不夠完善。要發(fā)展梯度折射率減反射技術(shù)，不但要研究薄膜制備方法技術(shù)，而且要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，如梯度折射率膜層的結(jié)構(gòu)和折射率分布對(duì)減反射性能和帶寬的影響，才能在太陽(yáng)能利用器件表面制備出適用的、最佳的梯度折射率膜層，才能更快地推動(dòng)梯度折射率減反射技術(shù)的太陽(yáng)能高效利用，同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)梯度折射率減反射技術(shù)在光電、航空航天、軍事、照明、展示、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展

［1］ 趙玉文.太陽(yáng)能利用的發(fā)展概況和未來(lái)趨勢(shì)［J］.中國(guó)電力，2003，36（9）：63-69.

［2］ 閆云飛，張智恩，張力，等.太陽(yáng)能利用技術(shù)及其應(yīng)用［J］.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2012，33（s1）：47-56.

［3］ 季杰，于志，孫煒，等.多種太陽(yáng)能技術(shù)與建筑一體化的應(yīng)用研究［J］.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2016，37（2）：489-493.

［4］ 梁俊強(qiáng).中國(guó)太陽(yáng)能建筑應(yīng)用行業(yè)現(xiàn)狀與趨勢(shì)［J］.建筑節(jié)能，2013，41（4）：34-36.

［5］ Blieske U.，Doege T.，Gayout P.，et al..Light-trapping in solar modules using extra-white textured glass［C］.Osaka：Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion，2003.

［6］ 楊柯，魏永強(qiáng).光伏壓延玻璃花型角對(duì)透過(guò)率的影響［J］.玻璃與搪瓷，2015，43（2）：38-42，47.

［7］ Glaubitt W.，L?bmann P..Antireflective coatings prepared by sol-gel processing：Principles and applications［J］.Journal of the European Ceramic Society，2012，32（11）：2995-2999.

［8］ 黃玉萍，闕永生，汪海風(fēng)，等.溶膠凝膠法制備多孔SiO2減反射膜結(jié)構(gòu)和性能研究［J］.稀有金屬材料與工程，2016，45（S1）：12-15.

［9］ 賴博淵，楊輝，夏衛(wèi)文.分步催化制備納米SiO2減反射膜的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)研究［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，42（6）：13-19.

［10］Honciuc G.，Singurela G..Antireflection optical coatings for the spectral range 400-700nm，400-900 nm and 800-1600 nm［J］.Journal of Optoelectronics and Advanced Materials，2004，6（4）：1199-1205.

［11］Macleod H.A..Thin-Film Optical Filters（3nd）［M］.London：Institute of Physics Publishing，2001.

［12］謝光明.丹麥減反射玻璃簡(jiǎn)介［J］.太陽(yáng)能，2007（6）：33.

［13］Southwell W.H..Gradient-index antireflection coatings［J］. Optics Letters，1983，8（11）：584-586.

［14］黃光偉，田維堅(jiān)，卜江萍.超寬帶增透膜新的設(shè)計(jì)法［J］.光子學(xué)報(bào)，2007，36（9）：1694-1696.

［15］張霄，杭凌俠.PECVD技術(shù)制備光學(xué)減反射膜工藝探索［J］.光學(xué)技術(shù)，2011，37（1）：97-100.

［16］Xi J.Q.，Schubert M.F.，Kim J.K.，et al..Optical thin-film materials with low refractive index for broadband elimination of Fresnel reflection［J］.Nature Photonics，2007，1（3）：176-179.

［17］Welser R.E.，Sood A.W.，Pethuraja G.G.，et al..Broadband Nanostructured Antireflection Coating on Gglass for PhotovoltaicACpplications［C］.Photovoltaic Specialists Conference，38th IEEE，2012.

［18］Huang Y.F.，Chattopadhyay S.，Jen Y.J.，et al..Improved broadband and quasiomnidirectional anti-reflection properties with biomimetic Silicon nanostructures［J］.Nature Nanotechnology，2007，2（12）：770-774.

［19］Rahman A.，Ashraf A.，Xin H.L.，et al..Sub-50-nm selfassembled nanotextures for enhanced broadband antireflection in Silicon solar cells［J］.Nature Communications，2015，6（5963）：1-6.

［20］潘峰，張旺，張荻.仿生納米硅結(jié)構(gòu)減反射及陷光性能模擬研究［J］.光學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（5）：163-168.

［21］Diedenhofen S.L.，Vecchi G.，Algra R.E.，et al..Broad-band and omnidirectional antireflection coatings based on semiconductor nanorods［J］.Advanced Materials，2009，21（9）：973.

［22］Li Y.F.，Zhang J.H.，Yang B..Antireflective surfacesbased on biomimetic nanopillared arrays［J］.Nano Today，2010，5（2）：117 -127.

［23］Spinelli P.，Verschuuren M.A.，Polman A..Broadband omnidirectional antireflection coating based on subwavelength surface Mie resonators［J］.Nature Communications，2012，3（2）：23-25.

［24］Li P.C.，Yu E.T..Large-area omnidirectional antireflection coating on low-indexmaterials［J］.Journal of the Optical Society of America B，2013，30（10）：2584-2588.

［25］Li X.G.，Shen J..A scratch-resistant and hydrophobic broadband antireflective coating by sol-gelmethod［J］.Thin Solid Films，2011，519（19）：6236-6240.

［26］Zhang X.P.，Lan P.J.，Lu Y.H.，et al..Multifunctional antireflection coatings based on novel hollow silica-silica nanocomposites［J］.ACSApplied Materials and Interfaces，2014，6（3）：1415-1423.

［27］Du Y.，He H.B.，Jin Y.X.，et al．.Graded porous glasses for antireflective applications formed by chemical treatment［J］. Applied Surface Science，2012，258（17）：6431-6435.

［28］劉立強(qiáng)，王曉臨，井敏，等.梯度折射率寬帶減反射光伏玻璃研究［J］.功能材料，2012，43（3）：357-359.

［29］Liu L.Q.，Wang X.L.，Jing M.，et al..Broadband and omnidirectional，nearly zero reflective photovoltaic glass［J］. Advanced Materials，2012，24（47）：6318-6322.

［30］劉立強(qiáng).減反射玻璃及二次酸腐蝕制備減反射玻璃的方法：中國(guó)：201210331877.X［P］.2015.04.22.

［31］劉立強(qiáng).減反射玻璃及二次堿腐蝕制備減反射玻璃的方法：中國(guó)：201210331809.3［P］.2014.12.24.

（校慶約稿）

山東建筑大學(xué)材料物理與化學(xué)學(xué)科——?jiǎng)⒘?qiáng)教授

劉立強(qiáng)教授現(xiàn)任山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料物理化學(xué)學(xué)科首席崗教授，博士生博導(dǎo)。

劉立強(qiáng)教授博士畢業(yè)于日本九州大學(xué)工學(xué)?，F(xiàn)兼任：中國(guó)儀表材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)理事、山東省硅酸鹽學(xué)會(huì)理事、玻璃分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、玻璃專家委員會(huì)副主任、新材料專家委員會(huì)委員。

多年來(lái)從事材料科學(xué)研究和教學(xué)工作30余年，承擔(dān)完成橫向應(yīng)用課題10余項(xiàng)；共參加和承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、863、軍工863、軍工973以及兵器部、國(guó)防科工委、日本學(xué)術(shù)振興會(huì)、教育部歸國(guó)基金、臺(tái)灣卓越計(jì)劃、山東省科技廳、環(huán)保廳等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)；在光電晶體材料、太陽(yáng)能玻璃減反射技術(shù)、利用工業(yè)固廢及尾礦制備微晶玻璃陶瓷保溫裝飾綠色建材、太陽(yáng)能高效儲(chǔ)熱材料、重金屬離子吸附材料和材料理論計(jì)算與模擬等領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果，獲得國(guó)家發(fā)明專利10余項(xiàng)，有多項(xiàng)研究成果產(chǎn)業(yè)化；在Advanced Materials（IF=18.960）等雜志發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，培養(yǎng)碩博研究生30余名。

Research progress of antireflection technology for high solar energy efficiency

Liu Liqiang1，Wang Xiaolin2，Li Zhenyi3，et al．

（1.Co-Innovation Center for Green Building of Shandong Province，School of Materials Science and Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Australian Institute for Innovative Materials，University of Wollongong，Wollongong，NSW 2522，Australia；3.Institute of Oceanology，Chinese Academy of Sciences，Qingdao 66071，China）

Antireflection technology is one of the effective ways to improve the solar energy efficiency and promote the development of solar energy applications.However，the preparation technology is not perfect which limits its use in solar energy filed.In this paper，most kinds of antireflection preparation technologies，such as PVD，Sol-Gel，etching method，and so on，are reviewed.The processing characteristic，product properties and present application of these technology are also surveyed.It is pointed out that the antireflection technology based on 1/4 wavelength interference principle can not realize the high solar energy efficiency due to the high reflectivity and narrow antireflection bandwidth of the antireflection film with single-layer ormulti-layer homogeneous refractive index.Therefore，it is thought that the bestmethod of acquiring the antireflection with ultra-low reflectance and ultra-wide bandwidth is the gradient refractive index antireflection technology.The practicability methods of preparing gradient refractive index antireflection films are discussed by comparing various preparation technology including PVD，plasma etching，nano-assembly，Sol-Gel and etching method.The development of gradient refractive index antireflection technology applied in high solar energy efficiency filed are expected.

TK519

A

1673-7644（2016）06-0606-08

2016-10-27

山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2011GGX10213）；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（BE2015325）

劉立強(qiáng)（1960-），男，教授，博士，主要從事光電功能材料、玻璃陶瓷材料、太陽(yáng)能利用技術(shù)和計(jì)算材料等方面的研究. E-mail：lqliu@sdjzu.edu.cn