将介质薄膜用于光学镀膜

减反射涂层是一种具有特定折射率和厚度的电介质薄膜涂层。该涂层应用于光学表面，以降低该表面在特定波长范围内由于菲涅尔反射而产生的反射率/反射率。本文将讨论电介质薄膜在光学镀膜，特别是减反射镀膜中的作用。

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什么是抗反射镀膜？
不同光学表面的反射波通过破坏性干涉相互抵消。减反射膜在光学薄膜技术发展的初期阶段发挥了主导作用。

沉积在透镜表面的减反射涂层的主要优点包括提高光学系统的透射率，特别是在包含多个空气-玻璃界面的系统中，以及减少像面上的虚假图像和背景照明。抗反射涂层可用于多种光学系统，如光伏电池、相机物镜、光学窗口和显示器。

电介质薄膜在减反射膜中的作用
薄膜形式的介电材料在减反射膜中被广泛使用，因为它们可以控制光的传播并减少系统中的杂散光。电介质薄膜还可用作滤波器或低损耗反射器，以选择性地传输特定的辐射频率。

市售的电介质材料，如氧化铝、硫化镉、氧化铈、氟化镧、氟化锂、氧化镁、一氧化硅、氧化钍、二氧化锆（ZrO2）和氟化钍都可用于抗反射涂层。

在普通光学系统的入射角范围内，干涉镀膜的性能不会下降，在这些系统中，孔径和场半角被限制在25o以下。然而，在需要在更大入射角范围内具有良好性能的特殊条件下，必须考虑偏振效应。
 

一种抗反射电介质薄膜涂层，由折射率更接近两个相邻介质折射率几何平均值的材料的单四分之一波层组成，可设计用于法线入射。涂层可以通过破坏性干涉抵消两个界面上出现的两个等量反射。

然而，单层涂层方法有一些局限性，包括需要确定具有适当低折射率的介电涂层材料，特别是当主体介质具有低折射率时。

例如，低折射率的冰晶石薄膜很容易损坏，而高折射率的氟化镁薄膜则很坚固。 此外，单层涂层仅在有限的角度范围和带宽内有效。

单层电介质薄膜涂层的局限性可以通过多层涂层来克服，多层涂层中可调节的参数（如厚度和折射率）更多，并且折射率可以根据现成的材料进行选择。

虽然多层镀膜已在多个应用中使用，但应用这些镀膜的高成本限制了两层以上减反射镀膜在极其特殊情况下的使用。

当需要在非常大的波长范围内具有抗反射特性，或者无法为单层涂层找到合适的介质时，就会使用设计复杂的多层介质薄膜涂层。

在这种多层设计中，一般在大带宽和低残余反射率之间进行权衡。例如，V型镀膜仅在10纳米的窄带宽内具有良好的性能，而宽带镀膜则在宽波长范围内具有中等性能。

当抗反射涂层中的电介质薄膜层数增加时，在设计参数保持在可行范围内的同时，规格的严格程度也会提高。

涂层有效的波长范围随着涂层层数的增加而增加。然而，如果涂层总厚度固定，则涂层可能表现为不均匀薄膜。

使用介质薄膜作为抗反射涂层的研究
反射损失主要会降低所有类型光伏设备的效率，第一反射损失发生在光伏组件的玻璃-空气界面。当组件中未使用光捕获机制时，近4%的太阳能会在该表面损失掉。

目前，大多数商用碲化镉（CdTe）太阳能组件都缺乏光捕获机制来解决玻璃-空气界面的反射损失问题。在发表于《IEEE光伏学报》（IEEE Journal of Photovoltaics）的一项研究中，研究人员设计并在薄膜碲化镉太阳能电池玻璃表面沉积了一层宽带多层电介质薄膜涂层，以最大限度地减少反射损耗。

该涂层包含四层交替的二氧化硅（SiO2）和二氧化锆（ZrO2）薄膜介质层。镀膜层的沉积采用了高速脉冲直流磁控溅射技术。研究结果表明，在碲化镉薄膜太阳能电池使用的光谱范围内，透射率提高了2-5%。此外，加权平均反射率从4.22%降至1.24%，绝对效率提高了0.38%。

参考资料

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作者：Samudrapom Dam