[发明专利]使用激光减少透明固体的反射、采用透明固体的涂层和设备

说明书

公开了使用激光减少透明固体在光谱中的反射的方法和设备、使用透明固体的涂层和设备。激光用于通过将材料的温度升高至熔融温度附近使透明固体材料的表面成形，从而在表面上生成期望的目标纳米结构二维抗反射图案阵列。选择激光能量密度值、波长、重复率、脉冲持续时间和每焦斑的连续激光脉冲数，并确定透明固体材料表面上期望的焦斑分布。透明固体材料被相对平移以生成期望的纳米结构二维图案阵列。

技术领域

本公开涉及用于减少反射的方法和设备并且更具体地涉及用于减少透明固体的反射的方法和设备，以及采用这种透明固体的涂层和设备。

背景技术

透明固体上的抗反射涂层用于提高光电和电光设备中太阳能电池的光收集或者增强透明介质的性能。适用于此目的的涂层是那些在透明固体处降低表面反射并提高广谱光透射率的涂层。

涂覆到透明固体上的化合物在目标表面上采用一个或多个薄层。结果，由于表面折射率的平滑增加，经涂覆的表面表现出增加的抗反射特性。另一方面，这些化合物不是环境友好的(环保，environmental friendly)，它们产生有毒的化学废物，并且它们难以在工业规模上进行大表面积的整合，从而导致生产成本增加。化学涂层的另一缺点是薄层的稳定性受损(屈服，yields)，从长远来看，这最终会导致涂层性能缺失和涂层降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单有效的产生抗反射表面的方法。通过用激光处理透明固体，可在表面上产生(伪)周期性纳米结构，从而提高抗反射特性。所提出的技术是一步式免化学物质(chemical free)的技术，其可容易地被整合到使用工业高功率和可重复性激光器的工业规模。

在第一方面中，提出了使透明固体材料的表面成形以减少光谱中的反射的方法。方法包括在保持器上提供透明固体材料；确定透明固体材料表面上期望的目标纳米结构二维抗反射图案阵列；确定透明固体材料表面上期望的焦斑(聚焦光斑，focus spot)分布；确定透明固体材料的熔融温度；从激光能量密度值(激光注量值，laser fluence values)的范围中选择激光能量密度值；分别从波长、重复率和脉冲持续时间的范围中选择激光脉冲的波长、重复率和脉冲持续时间；选择在激光表面上每焦斑施加的连续激光脉冲的数量；将透明固体材料的表面暴露于具有所选波长、重复率、脉冲持续时间和连续激光脉冲数的聚焦激光辐射，以将透明材料的温度升高至熔融温度附近，从而使表面的至少一部分成形并产生期望的目标纳米结构二维图案阵列的至少部分；使透明固体材料相对平移以产生期望的纳米结构二维图案阵列。

通过用激光脉冲处理透明固体表面，可以形成自组装激光诱导周期性表面结构(Laser Induced Periodic Surface Structures)(LIPSS)。这些结构的形成导致透明固体表面的反射减少。

在一些实例中，透明固体材料的表面暴露于聚焦的圆偏振激光辐射。通过用圆偏振激光辐射照射透明固体，可在沿着高斯焦斑的所有方向上形成纳米波纹(nano-ripple)，这最终导致在所处理的表面上形成纳米锥(nano-spike)。纳米锥结构是伪周期性的并且沿着表面随机分布。伪周期性结构的优点在于，这些结构在所有平面方向上都呈现抗反射特性，不像纳米波纹在入射平面垂直于纳米波纹取向的方向时倾向于表现出抗反射特性。

在一些实例中，确定透明固体材料表面上期望的焦斑分布可包括确定预先选择的百分比的相邻焦斑的重叠。预先选择的重叠百分比可以是89％或更低。

在一些实例中，方法可进一步包括在静止的(不动的，stationary)透明固体材料上使激光束扫描和/或使激光束光栅化。通过每次(per pass)使用少量脉冲(例如三到五个)以高速度多次扫描进行扫描，材料熔融并重新固化，从而在没有任何结构形成的情况下创建非常小的表面粗糙度。间距(节距，step)可被设置为接近斑点直径。