[发明专利]有机模板掺杂制备孔隙率可调控纳米多孔减反增透薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机模板掺杂制备孔隙率可调控纳米多孔减反增透薄膜的方法，属光学薄膜材料领域。

背景技术

随着能源危机与环境污染的日趋严重，充分利用洁净、可再生、与生态环境和谐的清洁能源太阳能对保证稳定持久的能源供应，建立多样化的能源结构，减少环境污染，实现社会可持续发展有着重要意义，成为国际范围内的重大战略问题之一。

将太阳辐射能转换为电能的光伏电池产业是太阳能利用的重要组成部分，当前世界各国尤其是发达国家对于光伏发电技术十分重视。当前制约光伏发电大规模应用的障碍是高发电成本和低光电转换效率。因而在现有电池片组件的基础上，通过提高封装材料的透光率是目前提高太阳能电池组件转换效率的最有效方法之一。在太阳能电池表面材料表面增加一层减反增透结构，能提高表面材料的光透过率达7％以上。太阳能利用率的提高将增加电池的输出功率，降低太阳能电池的发电成本，从而提高我国太阳能电池组件的市场竞争力，扩大太阳能电池产业规模，推广这一洁净能源的利用。

传统减少基底反射、提高基底透过率的方法是通过刻蚀技术在基底表面形成减反射结构((1)C.Lee，S.Y.Bae，S.Mobasser，H.Manohara，Nano Lett.5(2005)2438-2442.(2)P.B.Clapham，M.C.Hutley，Nature 244(1973)281-282.(3)M.E.Motamedi，W.H.Southwell，W.J.Gunning，Appl.Optics 31(1992)4371-4376.(4)P.Lalanne，G.M.Morris，Nanotechnology 8(1997)53-56.(5)Ch.H.Sund，P.Jiang，B.Jiang，Appl.Phys.Lett.92(2008)061112.(6)P.Yu，Ch.H.Chang，et al.，Adv.Mater.21(2009)1618-1621.ZL US4019884)，但是一般刻蚀后形成的多孔支架强度较差，结构容易破坏，所用的酸性溶液对环境污染严重；通过喷涂方法(ZL 200610037956.4)在太阳能电池玻璃表面形成一层减反射薄膜，玻璃光透过率在可见光波长范围内提高2％以上，其缺点在于成本和能耗较高、膜太厚且不均匀；通过溶胶-凝胶法制备单层的所制备的单层或多层的SiO₂减反射膜层(ZL 200480017154.6，200510135363.7；ZLUS6918957)，其缺点在于单层膜孔隙率不可调节，并且只能在一些特定波长处才能实现较低的反射，剩余反射率较高，增透效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有机模板掺杂制备孔隙率可调控纳米多孔减反增透薄膜的方法，要解决的技术难题是通过对薄膜孔隙率进行调控，低成本研制和开发出纳米多孔结构孔隙率可调控、具有良好减反增透性能的纳米多孔薄膜。本发明采用溶胶-凝胶技术，用有机模板进行复合掺杂，通过不同条件热处理选择性地去除有机模板，形成纳米多孔减反增透薄膜，并可对孔隙率进行调节。在较佳实施例中孔隙率可调节型多孔减反增透薄膜，在550nm处透过率可达到99.5％，反射率低于0.6％，在透明光电和热电转换领域具有广泛的应用前景。

下面详细描述本发明。

a)材料制备

(1)有机模板的掺杂：

将分子量为1000-50000的有机模板加入前驱溶胶中，在室温条件下连续搅拌，得到掺杂的复合前驱溶胶；

所述的前驱溶胶为SiO₂、TiO₂、ZrO₂或ZnO，以SiO₂溶胶为例，它是用分析纯的正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水和去离子水，按1∶10∶0.2-0.5∶0.1的体积比，在室温下混和并连续搅拌2小时，然后老化3-10天，最后回流12小时，制备而成的。

(2)有机模板掺杂的SiO₂薄膜制备：

将清洗后洁净的基片通过提拉镀膜技术竖直、匀速(10-200mm/min)或旋涂镀膜技术(1000-20000r/min)从步骤1制备的掺杂的复合前驱溶胶中根据不同需要制备不同层数的薄膜；

所述的基片(即衬底)为普通玻璃、石英玻璃或透明导电材料，其清洗是常用工艺；

(3)有机模板的去除：

将制备的掺杂薄膜置于超净烘箱中，100-800℃的封闭环境中固化2小时以上，自然冷却后即可得到孔隙率可调节的纳米多孔减反增透薄膜。