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在太阳能电池领域，入射光反射、灰尘积累及随入射角增加的透光率损失限制了能量效率。研究人员开发兼具减反和超疏水特性的 Al2O3薄膜。该薄膜提升了短路电流密度和功率转换效率，对提高光伏性能意义重大。
在当今能源需求日益增长的时代，可再生能源的开发利用愈发重要，太阳能作为一种清洁、可持续的能源，备受关注。太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键设备，其效率的提升至关重要。然而，在实际应用中，太阳能电池面临着诸多挑战。一方面，保护玻璃对入射光的反射，使得大量光能无法被有效利用，降低了能量转换效率；另一方面，随着光入射角的增加，透光率会逐渐下降，进一步减少了辐射捕获量。此外，玻璃表面灰尘的积累会阻挡太阳辐射，也对电池效率产生负面影响。
为了解决这些问题，来自国外的研究人员开展了一项关于开发多功能氧化铝（Al2O3）薄膜的研究。该研究成果发表在《Applied Surface Science》上。研究人员旨在制备出兼具减反（antireflective，AR）和超疏水特性的薄膜，以提升太阳能电池在户外应用中的光伏（photovoltaic，PV）性能。
研究人员采用溶胶 - 凝胶法、浸涂法以及精确控制蚀刻时间的技术手段。先通过溶胶 - 凝胶法合成 Al2O3，再利用浸涂法将其涂覆在玻璃基板上，通过控制蚀刻时间调整薄膜表面的粗糙度和折射率。
表面形貌研究
通过场发射扫描电子显微镜（FE - SEM）和原子力显微镜（AFM）对不同蚀刻时间（0s、256s、512s 和 1024s）的 Al2O3薄膜表面形貌进行研究。结果显示，0s 的薄膜表面致密且光滑，没有明显的纳米结构；而 256s 的薄膜则呈现出纳米结构，与 0s 薄膜有明显差异。
光学性能研究
研究发现，蚀刻 512s 后的薄膜在 550nm 处的粗糙度达到 23.63nm，折射率为 1.14。该薄膜在 350 - 1500nm 光谱范围内展现出卓越的宽带减反性能，平均透光率达到 96.86%，反射率为 3.07%，在 480nm 处透光率更是高达 99.30%。并且在入射角高达 45° 时，薄膜仍能保持 90% 以上的透光率，具备全向性功能，这对太阳能电池极为关键。
超疏水性能研究
该薄膜还具有超疏水特性，水接触角（WCA）达到 162.3°，滞后角为 7.5°，能够实现自清洁功能，有效减少灰尘等对太阳能电池的影响。
对太阳能电池性能影响研究
当将该薄膜应用于太阳能电池盖玻璃涂层时，提升了短路电流密度和功率转换效率。在 60° 入射角下，功率转换效率提高了 19.19%，充分展示了该薄膜在提升光伏性能方面的巨大潜力。
研究成功制备出兼具宽带减反和超疏水特性的 Al2O3薄膜，这种薄膜通过调整表面粗糙度和折射率，在不同入射角下实现了高透光率，并具备自清洁功能。该研究成果为提高太阳能电池的户外应用效率提供了新的解决方案，对推动高效、耐用的光伏技术发展具有重要意义。其低成本、可扩展的制备方法，也为大规模生产提供了可能，有望在未来太阳能产业中得到广泛应用，助力可再生能源领域的进一步发展。
