[发明专利]一种SiO2减反射薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及减反射薄膜领域，具体涉及一种SiO₂减反射薄膜及其制备方法。

背景技术

能源问题和环境问题使人们对太阳能电池寄予厚望，为此人们已经开发出多种多样的太阳电池技术，而不断提高太阳能电池的效率一直是太阳能电池技术中一个重要挑战。对于太阳能电池板组件而言，需要覆盖一层光伏玻璃来保护电池片。但是当光从空气穿过玻璃时，由于空气和玻璃两者的折射率失配，会产生8％的反射损失，导致进入电池中的光量下降，进而影响电池效率的提升。常用的解决方式是在玻璃表面上涂覆减反射膜薄膜，该层薄膜能有效地减少光的反射，让更多的光进入太阳能电池片并被吸收，从而提高太阳能电池的效率。目前，多孔SiO₂疏松薄膜材料因为其较的低折射和良好的化学稳定性已经作为光伏玻璃表面减反薄膜而得到广泛的研究和应用。例如，Thomas I M(High laser damage threshold porous silica antireflective coating，发表在Applied Optics，1986年25卷1481页～1483页)利用正硅酸乙酯在碱性环境下水解制备出SiO₂溶胶，通过旋涂或提拉法在玻璃上制备了多孔SiO₂减反膜，透过率提高了7％～8％。根据菲涅尔方程，玻璃的折射率为1.49～1.52，可以计算出减反膜的最佳折射率应该为1.22，但是SiO₂的本征折射率为～1.45，因此只有通过增加SiO₂薄膜中的孔隙率(多达55％)才能获得如此低的折射率。高孔隙率的薄膜往往比较疏松，这带来另外一个问题就是耐擦拭性能和耐久性能严重不足。以晶体硅电池组件为例，通常需要有25年的使用寿命，另外电池组件室外实际的运行过程中，需要经受各种风吹雨淋热晒的考验，同时还需要定期的表面清洗以去除灰尘。由于光伏玻璃上的减反膜直接面对外部的空气环境，这就要求这层减反射薄膜在电池的寿命期内拥有较高减反射性能的同时还应具有较高的耐擦拭性能和耐久性能。

针对现有多孔SiO₂薄膜耐擦拭性能和耐久性能不足的缺点，肖轶群等人(短波段光学减反膜的溶胶-凝胶法制备及性能分析，强激光与粒子束，2004年第16卷第10期1281页～1285页)公开一种增强SiO₂多孔减反膜耐擦拭性能的方法，在制备SiO₂多孔减反膜后，对其进行氨水气氛处理，用蘸有灰尘、乙醇的棉花球擦拭薄膜50次后，未经过氨处理的薄膜透过率最大值降低了4.1％，经过氨处理的薄膜透过率最大值仅下降了0.39％。在另一方面，人们发现利用酸催化制备的SiO₂溶胶容易形成致密的薄膜，并能与玻璃表面结合牢固，耐擦拭性能较好。利用这一特点，Bautista等(Silica antireflective films on glass produced by the sol-gel method，Solar Energy Materials&Solar Cells，2003年80卷217页～225页)公开了一种用酸催化的SiO₂溶胶制备减反膜的方法，在酸催化的SiO₂溶胶中添加三嵌段共聚物Triton X-100(聚乙二醇辛基苯基醚)作为模板剂，用此溶胶涂制薄膜后，高温热处理使模板剂分解，在致密的SiO₂薄膜中获得一定的孔隙率，透过率比未镀膜的基底提高了6％，并且经过清洗后薄膜没有损坏。但是，无论上述利用氨水气氛处理还是模板法酸催化的多孔SiO₂薄膜，都存在一个共同的不足之处：所有孔隙都是开放的，直接与大气相通，并且表面覆盖大量的羟基，易吸附水、尘土等，反而导致折射率上升，减反效果下降，因此这类薄膜不能长期使用。为此，Xu Y等(Comparative study on hydrophobic anti-reflective films from three kinds of methyl-modified silica sols，Journal of Non-Crystalline Solids，2005年315卷258页～266页)公开了一种利用聚六甲基二硅胺烷(HMDS)等有机物对硅溶胶进行表面改性的方法，将表面的羟基取代为甲基，提高薄膜的疏水性，水的接触角高达到165°，但是纳米级的孔隙还会吸附空气中的有机物，也会导致减反效果的下降。