Double Layer Anti Reflection Coatings

Una reducción adicional de la reflectividad se consigue a través de un revestimiento antirreflectante de doble capa (DLARC). Los recubrimientos DLARC populares son sulfuro de zinc (ZnS) con fluoruro de magnesio (MgF) o capas de nitruro de silicio con índice de refracción variable. Sin embargo, esto es generalmente demasiado costoso para la mayoría de las células solares comerciales.

Película antirreflectora de doble capa sobre una oblea de silicio. Las capas se depositan normalmente sobre un sustrato texturado para disminuir aún más la reflectividad.

Las ecuaciones para múltiples revestimientos antirreflectores son más complicados que para una única capa 1. Primero definimos una serie de parámetros: r₁, r₂, r₃, θ₁ y θ₂. Como en el diagrama anterior, la región circundante tiene un índice de refracción de n₀, la capa siguiente tiene un índice de refracción de n₁ y un espesor de t1, la capa inmediatamente por encima del silicio tiene un índice de refracción de n₂ y un espesor de t₂ y el silicio tiene un índice de refracción de n₃.

$$r_1=\frac{n_0-n_1}{n_0+n_1}$$

$$r_2=\frac{n_1-n_2}{n_1+n_2}$$

$$r_3=\frac{n_2-n_3}{n_2+n_3}$$

$${\theta }_1=\frac{2\pi n_1{t}_1}{\lambda }$$

$${\theta }_2=\frac{2\pi n_2{t}_2}{\lambda }$$

La reflectividad se calcula entonces a partir de los parámetros anteriores usando la siguiente fórmula:

$$R=\left|r^2\right|=\frac{r_1^2+r_2^2+r_3^2+r_1^2{r}_2^2{r}_3^2+2r_1{r}_2\left(1+r_3^2\right)\cos 2{\theta }_1+2r_2{r}_3\left(1+r_1^2\right)\cos 2{\theta }_2+2r_1{r}_3\cos 2\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)+2r_1{r}_2^2{r}_3\cos 2\left({\theta }_1-{\theta }_2\right)}{1+r_1^2{r}_2^2+r_1^2{r}_3^2+r_2^2{r}_3^2+2r_1{r}_2\left(1+r_3^2\right)\cos 2{\theta }_1+2r_2{r}_3\left(1+r_1^2\right)\cos 2\theta +2r_1{r}_3\cos 2\left({\theta }_1+{\theta }_2\right)+2r_1{r}_2^2{r}_3\cos 2\left({\theta }_1-{\theta }_2\right)}$$

El siguiente gráfico simula un revestimiento antirreflectante de doble capa. Ajustando el índice de refracción y el grosor de las dos capas es posible producir dos mínimos y una reflectancia total de menos del 3%.

Gráfico interactivo que muestra el efecto del grosor y el índice de refracción en un revestimiento antirreflectante de doble capa (DLARC). Bajo aire, la reflexión se minimiza ajustando la capa superior a 105 nm con un índice de refracción de 1,4 y fijando la capa inferior a 55 nm y un índice de reflexión de 2,4. Click on the graph for numerical data.

Pueden conseguirse reducciones adicionales en la reflectividad con la acumulación de revestimientos o mediante la clasificación del índice de las capas. En la industria óptica se utiliza una acumulación o pila de más de 10 capas para pérdidas de reflexión muy bajas en equipos fotográficos. Sin embargo, los beneficios de rendimiento de múltiples capas son marginales. En la mayoría de los casos, el reto real es incorporar los revestimientos antirreflectantes con capas de pasivación superficial.

OPAL2 2 en pvlighthouse.com.au proporciona un simulador para una pila de varias capas. Utiliza conceptos similares a los que se presentan en estas páginas, pero tiene modelos matemáticos mucho más completos que incluyen el efecto del índice de refracción en función de la longitud de onda.

• 1. E. Y. Wang, Yu, F. T. S., Sims, V. L., Brandhorst, E. W., y Broder, J. D., «Optimum Design of Anti-reflection coating for silicon solar cells», 10th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. pp. 168-171, 1973.
• 2. K. R. McIntosh y Baker-Finch, S. C., «OPAL 2: Rapid optical simulation of silicon solar cells», en 2012 IEEE 38th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC)2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Austin, TX, USA, 2012.