可调波段及频域的智能减反结构及其制备方法技术

本申请公开了一种可调波段及频域的智能减反结构及其制备方法，旨在解决现有减反结构复杂，适用光谱范围窄

【技术实现步骤摘要】
可调波段及频域的智能减反结构及其制备方法


[0001]本专利技术申请涉及减反结构制备
，具体涉及一种可调波段及频域的智能减反结构和制备方法
。

技术介绍

[0002]太阳能是一种清洁可再生能源，通过光电或光热转换器件可以将太阳能转换成电能
、
热能
、
化学能等应用于人们的生活生产当中，如光伏电池
、
光解水
、
光催化等领域
。
然而如何高效的利用太阳能一直是一个巨大的挑战
。
太阳光与物体之间的相互作用方式主要包括反射
、
透射和吸收三种形式，通过制备减反结构降低反射率，减少光学反射损失，在一定程度上可以提高太阳光利用率，进而提升光电及光热转换效率
。
[0003]目前常用的减反结构包括各种微纳结构
、
单层或多层介质减反膜等，这些减反结构被广泛利用到太阳能电池等光转换器件表面，其中以氧化物或氮化物最为常见，原因在于其与常用半导体光伏器件硅的兼容性较好，且性能结构稳定
。
如专利文献
CN110002768B
中公开了一种紧密排布的复合二氧化硅纳米球阵列结构及仿蛾眼减反结构和制备方法，其是一种由实心及空心
SiO2纳米球紧密排布组装的多层
SiO2纳米球阵列结构
。
[0004]专利技术人通过研究发现，目前已有的基于各种氧化物
、
氮化物等微纳结构的减反材料尚存在一些问题：一方面在于减反结构复杂
、
制备工艺繁琐
、
适用光谱范围窄
、
调控困难且缺乏对环境的自适应能力；另一方面在于基于涂敷法
、
溶胶凝胶法等获得的减反材料通常与基底黏合性较差，而通过光刻等获得的微纳结构一般对基底材料具有一定选择性，限制了其应用领域的扩展
。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术
。

技术实现思路

[0006]研究表明，二氧化钒是一种智能相变材料，其在本征相变温度点（约
68℃
）将发生金属
‑
绝缘体可逆相变，相变前后电学及光学特性发生突变；当环境温度低于相变温度时，表现为光学透射特性；当环境温度高于相变温度时，表现为光学反射特性；进一步，根据应用环境温度的不同，通过掺入少量元素如钨
、
铬
、
铌
、
氟
、
铝
、
锌
、
钼等可调控其相变温度在
‑
50℃
～
150℃
变化；因此可适用于各种极端天气环境，在智能窗
、
激光防护
、
光学开关等领域具有重要应用
。
[0007]基于此，本申请巧妙地将智能相变材料
VO2与
SiO2阵列减反结构相结合获得新型的减反结构：一方面通过改变阵列
SiO2基底结构参数以及原子层沉积氧化钒薄膜厚度，以灵活调控减反波段及频域；另一方面利用二氧化钒金属
‑
绝缘体相变前后将发生光学反射与光学透过的可逆转变特性，形成具有环境自适应能力的智能减反结构
。
具体而言，当外界环境温度处于二氧化钒相变温度（
68℃
）以下时，如室温环境下，此时二氧化钒为绝缘相，对入射光具有透过作用，表现出减反性能，通过减少光学反射损失，提升光伏器件性能；当外界
环境温度过高，超过二氧化钒相变温度时，此时二氧化钒为金属相，对入射光具有反射作用，表现出全反射性能，进而保护光伏器件在高温环境下不被烧坏，延长光伏器件寿命，降低光伏器件维护周期及维护成本；同时，利用原子层沉积法直接在基底沉积氧化钒薄膜避免了涂敷法
、
溶胶凝胶法等与基底材料黏合性能较差的技术问题，且原子层沉积原理为自限性沉积，对基底材料没有选择性，可在任意异形结构上均匀沉积，具有很好的保形性及调控性
。
[0008]根据本公开的一个方面，提供一种智能减反结构，包括阵列
SiO2基底及沉积于其上的
VO2薄膜
。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述阵列
SiO2基底生长于单晶硅衬底上
。
[0010]在本公开的一些实施实例中，所述阵列
SiO2基底的结构参数如下：阵列大小为
100
×
200nm
～
400
×
800nm
，阵列间隔为
200nm
×
100nm
～
800
×
200nm。
[0011]通过阵列
SiO2结构参数及沉积于其上的氧化钒薄膜厚度而实现减反波段和频域的调控，所述减反波段为紫外
‑
近红外波段
。
具体的，随着
SiO2结构参数或氧化钒薄膜厚度的减小，减反波段蓝移，减反频域变窄
。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述
VO2薄膜通过原子层沉积的五价钒氧化物薄膜（
VO
x
）退火处理得到
。
[0013]根据本公开的另一个方面，提供一种所述智能减反结构的制备方法，包括如下步骤：（1）首先通过浸泡法将阵列
SiO2基底进行亲水处理；（2）其次将阵列
SiO2基底材料放置于原子层沉积设备中沉积氧化钒薄膜获得
VO
x
@
阵列
SiO2结构；（3）随后将所得
VO
x
@
阵列
SiO2结构通过退火处理工艺获得
VO2@
阵列
SiO2智能减反结构
。
[0014]在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，阵列
SiO2基底亲水处理流程为将基底分别浸泡于丙酮溶液
、
无水乙醇溶液以及
H2O2和
H2SO4体积比为2～
4:1
的溶液中各
20min
后取出，用去离子水及无水乙醇冲洗后吹干
。
[0015]在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，氧化钒薄膜沉积工艺为，设置原子层沉积腔体温度为
100
～
200℃
，载气流速为
50
～
200sccm
，清洗时间为5～
15s
，其中前驱体
VO(OC3H7)3的源瓶温度为
40
～
80℃
，脉冲时间为
0.5
～
2.5s
；前驱体
H2O
的源瓶温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可调波段及频域的智能减反结构，其特征在于，包括阵列
SiO2基底及沉积于其上的具有可逆相变特性的
VO2薄膜，该
VO2薄膜是由原子层沉积的五价钒氧化物薄膜经退火处理而形成
。2.
根据权利要求1所述的智能减反结构，其特征在于，所述阵列
SiO2基底生长于单晶硅衬底上
。3.
根据权利要求1所述的智能减反结构，其特征在于，阵列
SiO2基底上的结构参数如下：阵列大小为
100
×
200nm
～
400
×
800nm
，阵列间隔为
200nm
×
100nm
～
800
×
200nm。4.
根据权利要求1所述的智能减反结构，其特征在于，通过阵列
SiO2结构参数及沉积于其上的氧化钒薄膜厚度而在紫外
‑
近红外波段实现减反波段和频域的调控
。5.
权利要求1所述智能减反结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）先对阵列
SiO2基底进行亲水处理；（2）再将阵列
SiO2基底放置于原子层沉积设备中沉积氧化钒薄膜，以获得
VO
x
@
阵列
SiO2结构；（3）随后对所得
VO
x
@
阵列
SiO2结构进行退火处理，以获得
VO2@
阵列
SiO2智能减反结构
。6.
根据权利要求5所述的智能减反结构制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，对所述阵列

【专利技术属性】
技术研发人员：王书霞，崔节虎，贺嘉郡，田慧媛，李阳，夏梦岩，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：