本发明专利技术涉及为一种宽带减反增透纳米结构及其制备方法。属光学薄膜材料领域。本发明专利技术采用溶胶－凝胶技术，形成纳米薄膜－纳米球复合折射率梯度结构。此结构是在纳米薄膜上面制备一层纳米球阵列结构，或是将纳米球分散在前驱溶胶中，最终制备复合薄膜。所述的ＳｉＯ２纳米薄膜的厚度控制在２０－２５００ｎｍ范围，ＳｉＯ２纳米球的直径控制在１５－５００ｎｍ范围。所述的ＳｉＯ２纳米薄膜折射率介于１．１５－１．５０之间。在本发明专利技术获得的宽带减反增透结构，在透明光电、热电转换和光学仪器等领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及为。属光学薄膜材料领域。
技术介绍
从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利 用作为重要的发展趋势。欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能 等可再生能源方面。预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10%以上，2050年达 到20%以上。大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中将占有一席之地。《可再生 能源法》的颁布和实施，为光伏发电的发展提供了政策的保障；京都议定书的签定，环保政 策的出台和对国际的承诺，给光伏发电带来机遇；西部的大开发，为光伏发电提供巨大的国 内市场；原油价格的上涨，中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持的 力度，所有的这些都为中国光伏产业的发展带来极大的机会。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。通过制备新型高性能减反增透纳米结构来提高太阳能 电池表面材料的透光率已成为提高太阳能电池光电转换效率、降低成本的重要发展方向之 一，对推广太阳能利用具有重要的意义。国内外很多公司及研究机构都在致力于研究开发高透光率的玻璃等太阳能电 池封装材料。提高玻璃透过率的方法有五类，方法之一是就是在基底材料表面涂覆减 反射薄膜层(国内专利 ZL200480017154. 6，ZL200510i;35363. 7 ；国外专利 US6918957)； 方法之二是基底材料形成高、低折射率层交替的多层膜(U.Schulz，Optics Express 17(2009)8704-8708)；方法之三是采用折射率梯度薄膜(S. L. Diedenhofen, G. Vecchi, R. E. Algra, A. Hartsuiker et al, Adv. Mater. 21 (2009)973-978)；方法之四是在基 底材料形成亚波长表面微起伏的图形，修饰表面形成减反射层((I)C. Lee，S. Y. Bae, S. Mobasser, H. Manohara, Nano Lett. 5(2005)2438-2442. (2)P. B. Clapham, Μ. C. Hut ley, Nature 244(1973) 281-282. (3)M. E. Motamedi,ff. H. Southwell, W. J. Gunning, App 1. 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 ；国外专利US4019884)；方法之五是前几种方法的 组合。专利2004800171M. 6报导一种利用无机二氧化硅纳米颗粒制备减反射薄膜的方法， 其特征在于引入金属氧化物纳米颗粒及能与这些颗粒形成键合的粘合剂，粘合剂的加入提 高了减反射膜的机械强度和耐磨性，但是工艺复杂；专利200610037956. 4报道一种利用 氧化锆和氟化镁纳米颗粒热喷涂在玻璃表面制备增透膜的方法，颗粒粒径50nm左右，厚度 10 μ m，涂层玻璃在300-800nm间的透光率增加2%以上，其缺点在于成本和能耗较高、膜太 厚且不均勻。专利US4019884报道了康宁(Corning)公司利用氢氟酸在高温下处理光学玻 璃1-4小时形成减反射层的方法，处理后的玻璃在400-2000nm范围内对光的反射率低于2%，但是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；德国弗朗霍夫太阳能研究所在减反膜技术方面处于国际领先地位，但仍存在着成本过 高、耐刮擦性能差等技术瓶颈；2007年美国伦斯勒理工大学的研究人员报道了利用倾斜入 射电子枪热蒸镀技术在玻璃表面形成的多孔柱状SiO2微纳米结构，获得了近乎完美的减反 效果，在可见光区域的反射率仅为0. 1%，但这种制备方法成本太高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，要解决的技术 难题是通过简单可控的方法，低成本制备折射率梯度分布的新型宽带减反增透复合结构。 本专利技术拟采用溶胶-凝胶方法，分别形成S^2溶胶和S^2纳米球，然后通过提拉镀膜技术 或旋涂镀膜技术形成S^2纳米薄膜-SiA纳米球复合结构，从而低成本开发出纳米多孔， 结构人工可控、折射率在基底与空气之间连续可调、具有良好宽带减反增透性能纳米复合 结构。所述的宽带减反增透膜结构是在纳米薄膜上面制备一层纳米球阵列结构，或是将纳 米球分散在前驱溶胶中，最终制备复合薄膜。由SiO2纳米薄膜-S^2纳米球阵列组成的复 合折射率梯度结构。SW2纳米薄膜的厚度控制在20-2500nm范围，SiO2纳米球的直径控制 在15-500nm范围。SW2纳米薄膜折射率可控制在1. 15-1. 50范围内，消光系数可控制在 0. 0-0. 001范围内。在较佳实施例中，太阳光可见光波段整体透过率可提高8%以上，整体 反射率可减少7. 66%，可加强对太阳能的利用。下面详细描述本专利技术。a)材料制备(1) SiO2前驱溶胶的制备用分析纯的正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水和去离子水，按照 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SiA前驱溶胶，其PH值可控制在7. 5-8. 5范围内。(2)均相分散SiA纳米球的制备将无水乙醇、氨水、去离子水按照50 0.5-5 1的体积比依次加入到包括三颈 瓶在内的容器中，用40°C恒温水浴恒温后，在搅拌速度为150r/min条件下向容器瓶中迅速 加入1. 5ml正硅酸乙酯，反应1 停止，得到均相分散SiO2纳米球；(3)纳米复合结构制备将清洁、干净的基片通过提拉镀膜技术竖直、勻速(10-200mm/min)或旋涂镀膜技 术(1000-20000r/min)首先从SiO2的前驱溶胶中根据不同需要制备不同层数的薄膜，然后 通过提拉或旋涂镀膜技术在制备的SiO2纳米薄膜层的基底上制备S^2纳米球涂层，最后 置于超净烘箱中，200-700°C的封闭环境中固化2小时以上，自然冷却后得到所需的复合结构。①所述的基片为普通玻璃、石英玻璃或透明导电材料，基片的清洗为常规，已知工 艺；②生成SW2球涂层时的提拉技术或旋涂镀膜技术的速率与形成SiA薄膜时相 同；b)样品表征与性能评价4(1)薄膜的物相与形貌表征对本专利技术所得薄膜样品通过场发射扫描电镜(FE-SEM，Hitachi S-4800)观察薄膜 表面及断面形貌；通过场发射透射电镜(TEM，JEM2100F)观察薄膜结构；通过原子力显微镜 (AFM，日本kiko II SPI3800V & spa300HV型)来观察薄膜的表面粗糙度；通过Dektakl50 型表面轮廓仪本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种宽带减反增透纳米结构，其特征在于由ＳｉＯ↓［２］纳米薄膜－ＳｉＯ↓［２］纳米球阵列组成的复合折射率梯度结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，李德增，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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