一种抗反射结构及其构筑方法技术

本发明专利技术公开了一种抗反射结构及其构筑方法，该结构包括亚微米或微米电介质微球沉积在基底表面而成的单层自组装结构以及涂覆在所述自组装结构表面的折射率匹配的电介质纳米材料多层膜，其中的纳米材料多层膜自下到上的折射率梯度变化。本发明专利技术利用亚微/微米半球形结构表面实现对不同入射角度光的调控，利用折射率递变的多层膜实现对宽波段入射光的调控，获得理想的全向抗反射微结构，实现在30～80度入射角和400～1200nm波长范围内具有良好抗反射结构，且随着入射光角度的增加，抗反射能力增强。

【技术实现步骤摘要】
一种抗反射结构及其构筑方法
本专利技术涉及一种抗反射结构及其构筑方法，尤其涉及到一种类半球形抗反射结构及其构筑方法。
技术介绍
最理想的全向抗反射结构是使基底表面对来自各个方向全部光谱的光反射为零。太阳光是一种重要的电磁波，在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约是295～2500nm，集中了其电磁辐射能量的99.9％。随着太阳的移动，太阳照射地面的角度也是不同的。由于菲涅耳反射的存在致使大部分太阳光在表面被反射，因此降低材料表面的反射系数对于提高材料对光能的利用率非常重要。材料表面构筑抗反射微纳结构在降低光反射方面发挥了重要作用。如在硅晶体表面构筑类金字塔抗反射结构、蜂窝绒面抗反射结构等。1967年，Bernhard课题组报道飞蛾复眼的表面凸起结构具有很好的抗反射性能，它的凸起结构与基底是同一种材料可以有效的避免薄膜抗反射热膨胀系数不匹配等诸多问题(Endeavor，1967，16，76-84)。之后Clapham课题组利用光学曝光一与干涉刻蚀结合的方法第一次构筑了人工飞蛾复眼阵列，这种阵列在较大角度范围内都具有抗反射性(Nature,1973，244：281-282)。此后，在材料表面构筑抗反射微/纳结构备受关注。如形成类金字塔、锥形、倒锥形、圆柱形或纳米线阵列结构等Adv.Funct.Mater.,2003,13,127-132)、Appl.Phys.Lett.,2007,91,061105-1-061105-7)、Small,2008,4,1972-1975)、J.Mater.Chem.,2010,20,8134-8138)、Nature,2012,492,86-89)。这些抗反射结构的原理是凸起的微结构相当于一个折射系数呈梯度变化的介质层，使得原本在界面处发生的折射系数突变实现连续性变化，利用光的衍射和干涉现象，进行相干光波叠加，实现反射光和透过光强度的重新分配，进而实现表面反射光强度的降低。虽然这些微结构在一定宽波段范围内具有优良的抗反射性能，但却很难实现多角度的抗反射。有鉴于此，目前仍需要设计一种结构同时解决宽波段和多角度抗反射作用这两个问题，进而提高太阳能电池、光学传感器性能等问题。就制作方法而言，目前人们构筑抗反射结构的方法主要有电子束刻蚀、纳米压印和激光干涉刻蚀等。虽然电子束刻蚀的方法具有高精度、高分辨率等优点，但是由于仪器价格昂贵、效率低等因素不适于工业生产。基于纳米球掩膜结合反应离子束刻蚀方法则存在对材料要求高，价格昂贵，技术工艺复杂，效率相对较低等问题。激光干涉刻蚀和纳米压印方法能够在大面积上构筑抗反射结构，然而这些技术需要的仪器以及纳米压印所需的模板仍然很昂贵使其应用受到了限制。因此设计简单方便实用的构筑抗反射结构的方法是一个亟待解决的问题。近年来，随着自组装技术的广泛应用，使其得到了极大的发展。自组装技术为构筑抗反射结构提供了一条方便可行的的路线。该技术因不需要昂贵的仪器，且具有操作简单、快速等优点得到广泛关注和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现在30～80度入射角和400～1200nm波长范围内具有良好抗反射性能的抗反射结构。本专利技术的另一目的是提供一种该抗反射结构的构筑方法。本专利技术为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种抗反射结构，其特征在于包括亚微米或微米电介质微球沉积在基底表面而成的单层自组装结构以及涂覆在所述自组装结构表面的折射率匹配的电介质纳米材料多层膜。本专利技术中的电介质微球为透光率大于95％二氧化硅微球，其粒径为0.8～3μm。本专利技术中的纳米材料多层膜的总层数为4～12层，所述纳米材料多层膜的总厚度不小于电介质微球的半径。本专利技术中的纳米材料多层膜的原料为纳米二氧化硅溶胶和/或纳米二氧化钛溶胶纯溶胶调配成的不同折射率的纳米溶胶，每种纳米溶胶的粒径为10～30nm，即：纳米二氧化钛和纳米二氧化硅的粒径分别为10～30nm，所述纳米二氧化钛溶胶和纳米二氧化硅溶胶的质量百分比浓度均为20％；混合溶胶由纳米二氧化钛溶胶与纳米二氧化硅溶胶按体积比1：1～1：5配制而成。纳米二氧化钛溶胶的折射率是1.78，纳米二氧化硅溶胶的折射率是1.32，将两者按照不同配比混合，混合溶胶的折射率根据两者混合体积变化而变化，但混合溶胶的折射率不一定和两者体积成比例变化。另外，溶胶的折射率和沉降成膜的折射率也是有点差别的，这和膜的厚度等有关。因为成膜后膜内会填充空气，空气的折射率是1.0。本专利技术中，纳米材料多层膜自下到上的折射率梯度变化，纳米材料多层膜的梯度变化折射率可以由不同折射率的溶胶涂覆获得，或者调控纯纳米二氧化硅或纯纳米二氧化钛涂覆层的厚度获得。优选地，纳米材料多层膜自下而上，第一层为纯纳米二氧化钛层，最后一层为纯纳米二氧化硅层，所述纳米二氧化硅层的厚度为120～150nm。本专利技术构筑上述的抗反射结构的方法，其特征在于包括以下步骤：a、将基底置于稀酸溶液中浸泡清洗，再用蒸馏水、乙醇分别冲洗三次，然后在丙酮中超声洗涤至少20分种，用去离子水冲洗干净，干燥后冷却备用；b、采用对流自组装法在基底表面沉积亚微米或微米电介质微球单层自组装结构，形成一起伏表面于基底表面；c、采用旋涂法将不同折射率的纳米溶胶在所述自组装结构表面层叠涂覆成纳米材料多层膜，形成抗反射结构；d、对步骤c的抗反射结构进行热处理使得溶剂挥发和结构致密化即可。本专利技术中，对流自组装法沉积单层自组装结构的条件为：沉积板与基底之间的契角为20～45度，电介质微球的悬浮液质量百分比浓度为4～20％，悬浮液溶剂是水或乙醇，电介质微球的悬浮液用量10～100μL，沉积速率为0.02～0.12mm/s。本专利技术通过控制沉积速率，电介质微球悬浮液浓度、用量和溶剂，微球尺寸等调控单层自组装结构。本专利技术中，步骤c中每层膜的涂膜工艺为：先低速500rps旋涂6s，随后将速度控制在1000～4000rps旋涂30～60s，旋涂滴液量为1～6mL。本专利技术步骤c中的热处理条件为80～200℃条件下加热10分钟。本专利技术中基底的材料可选自单晶硅、非晶硅、多晶硅、玻璃、石英中的一种。当然，太阳能电池板也可，但太阳能电池板无需酸洗步骤，从蒸馏水清洗开始即可。本专利技术相对于现有技术，有以下优点：本专利技术将对流自组装技术与旋涂技术相结合，采用对流自组装技术制备大面积单层亚微/微米自组装结构，然后采用旋涂法在自组装结构表面涂覆折射率连续递变的多层膜，形成类半球形表面结构。本专利技术利用亚微/微米半球形结构表面实现对不同入射角度光的调控，利用折射率递变的多层膜实现对宽波段入射光的调控，即通过入射光在不同表面和微球间的二次反射和内反射将光陷在结构内部，实现反射光和透射光的重新分配，从而解决宽波段和多角度抗反射问题，获得理想的全向抗反射微结构，实现在30～80度入射角和400～1200nm波长范围内具有良好抗反射结构，且随着入射光角度的增加，抗反射能力增强。本专利技术抗反射结构的构筑方法工艺简单，效率高，可控性好，重复性好，成本低，可实现大面积制作，可以广泛的应用于太阳能电池和光电器件等方面，适用于工业化生产。【附图说明】图1为本专利技术实施例一的主视结构示意图；图2为本专利技术实施例二的纵向剖视示意图；图3为图2的A处放大图；图4为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗反射结构，其特征在于包括亚微米或微米电介质微球(1)沉积在基底(2)表面而成的单层自组装结构(3)以及涂覆在所述自组装结构(3)表面的折射率匹配的电介质纳米材料多层膜(4)。

【技术特征摘要】
1.一种抗反射结构的构筑方法，其特征在于包括以下步骤：a、将基底(2)置于稀酸溶液中浸泡清洗，再用蒸馏水、乙醇分别冲洗三次，然后在丙酮中超声洗涤至少20分钟，用去离子水冲洗干净，干燥后冷却备用；b、采用对流自组装法在基底(2)表面沉积亚微米或微米电介质微球单层自组装结构(3)，形成一起伏表面于基底(2)表面；c、采用旋涂法将不同折射率的纳米溶胶在所述自组装结构(3)表面层叠涂覆成纳米材料多层膜(4)，形成抗反射结构；d、对步骤c的抗反射结构进行热处理使得溶剂挥发和结构致密化即可；其中的电介质微球为透光率大于95％二氧化硅微球，其粒径为0.8～3μm；其中，不同折射率的纳米溶胶为纳米二氧化硅溶胶和/或纳米二氧化钛溶胶纯溶胶调配成的，每种纳米溶胶的粒径为10～30nm；所述的纳米材料多层膜(4)自下到上的折射率梯度变化，总层数为4～12层，自下而上，第一层为纯纳米二氧化钛层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王悦辉，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：广东;44