CN102712827A - 具有交联的有机硅表面的抗反射膜、制备方法以及使用其的吸光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明抗反射结构化膜，其包括具有结构化面的结构化膜基底，抗反射结构限定结构化表面。所述结构化膜基底包括有机硅弹性体材料。所述结构化面对光是抗反射的。所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述透明抗反射结构化膜的其余部分(例如，所述结构化膜基底的其余部分)。一种光能吸收装置，其包括所述透明抗反射结构化膜，设置在光能源和所述光能接收面之间，同时来自光能源的光能被所述吸光体吸收。

Description

具有交联的有机硅表面的抗反射膜、制备方法以及使用其的吸光装置

技术领域

本发明涉及透明的抗反射结构化膜，具体地讲，涉及包括交联的有机硅弹性体材料的透明抗反射结构化膜，更具体地讲，涉及这样的膜，其具有有机硅弹性体交联密度大于抗反射结构化膜其余部分的抗反射结构化表面。

背景技术

随着传统上基于燃烧化石燃料的发电(例如，基于石油和煤炭的发电站)的成本增加，并且期望减少相关的温室气体，对非传统能源的投入增大。例如，美国能源部对太阳能发电的研究和开发(例如，基于太阳能的热水和发电)投入巨大。一种这样的非传统发电源是使用光伏电池来将太阳光能转换为电能。太阳光能还用于直接或非直接地加热住宅或商业用水。随着这种关注度的增加，需要提高此类非传统太阳能技术吸收光能的效率，从而增加可用的太阳能的量。

发明内容

本发明提供一种通过允许更多可用的光能进入对应的吸光元件(例如，光伏电池)来提高太阳光和其他光能吸收技术的效率(即，增大能量产生潜能)的方法。

在本发明的一个方面，提供一种透明抗反射结构化膜，其包括结构化膜基底，所述结构化膜基底包括具有抗反射结构的结构化面。所述结构化面对光是抗反射的。至少所述抗反射结构包括交联的有机硅弹性体材料。每一抗反射结构具有结构化表面。所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述抗反射结构化膜的其余部分。

已知的是有机硅弹性体在长期紫外光曝露下稳定，并且其可光学透明且坚韧。不幸的是，有机硅弹性体还具有相对发粘的表面，其往往会吸引、沾附和保持污物和粉尘粒子。直到目前，这种沾附和保持污物和粉尘的特性使得有机硅弹性体不是形成光能吸收或转换装置的暴露表面(例如，光伏电池的光学透明棱柱覆盖件)的可取备选材料。本发明至少部分地以下述发现为基础：通过增加至少有机硅弹性体表面的交联密度，有机硅弹性体表面的这种粘性会显著降低，并且其对污物和粉尘粒子沾附的抗性显著增大。这种交联密度的增加还可增加有机硅弹性体表面的耐磨性。因此，在本发明的这一方面，膜的结构化表面(位于膜的顶部暴露侧)的有机硅弹性体交联密度高于结构化膜基底的其余部分或至少透明抗反射结构化膜。

可取的是仅每一抗反射结构的外层呈现较高的有机硅弹性体交联密度。还可取的是每一抗反射结构的所有或大部分有机硅弹性体材料呈现较高的有机硅弹性体交联密度。抗反射结构可从基部或结构化膜基底的背衬凸起。当各抗反射结构全部呈现较高的有机硅弹性体交联密度时，膜基部或结构化膜基底的背衬可为膜中不呈现较高有机硅弹性体交联密度的仅有部分。从结构化表面到结构化膜基底中的较高有机硅弹性体交联密度的深度取决于用于使有机硅弹性体材料交联的处理(例如，传统电子束辐射固化技术的电压和/或剂量)的设置(例如，强度和/或持续时间)。

在本发明的另一方面，提供一种制备根据本发明的透明抗反射结构化膜的方法。所述方法首先包括：提供结构化膜基底，其包括结构化面，所述结构化面具有限定结构化表面的抗反射结构，所述结构化面对光是抗反射的，并且所述结构化膜基底包括交联的有机硅弹性体材料。接下来，所述方法包括：处理所述结构化表面，使得所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述结构化膜基底的其余部分。

所述提供结构化膜基底的步骤可包括：提供有机硅弹性体前体材料，其可固化以形成交联的有机硅弹性体材料；使所述有机硅弹性体前体材料形成所述结构化膜基底的形状；使所述有机硅弹性体前体材料固化，以形成所述结构化膜基底。根据用于使已经交联的有机硅弹性体材料进一步交联、从而生成具有较高有机硅弹性体交联密度的结构化表面的方法和设置，可存在抗反射结构的其余部分，其不呈现较高的有机硅弹性体交联密度。

在本发明的另一方面，提供一种光能吸收装置(例如，太阳能热水系统、光伏发电系统等)，其包括吸光体(例如，太阳能热水循环管或其它导管、光伏电池等)和透明抗反射结构化膜。所述吸光体具有光能接收面，所述透明抗反射结构化膜设置在光能源(例如，太阳)和所述光能接收面之间，同时至少来自所述光能源的光能被所述吸光体吸收。光能吸收装置(例如，太阳能转换装置)用于广泛的应用中，包括固定于地面的应用和太空应用。在一些实施例中，太阳能转换装置可附接到交通工具，例如汽车、飞机、火车或轮船。这些环境中的许多对有机聚合材料非常不利。

在本发明的另一方面，提供一种制备光能吸收装置的方法。该方法包括：提供根据本发明的透明抗反射结构化膜；提供具有光接收面的吸光体；将所述抗反射结构化膜固定到所述吸光体，使得光能够穿过所述抗反射结构化膜到达所述吸光体的所述光接收面。

如本文所用并且除非另外指明，术语“膜”与片、网及类似结构是同义的。

如本文所用，术语“透明”是指结构(例如，本发明的膜)允许所需带宽的光透射通过的能力。如该术语在本文中所用，即使不认为是澄清的，结构也可仍为透明的。即，如该术语在本文中所用，结构可被认为是模糊的，并且仍为透明的。可取的是根据本发明的透明结构允许至少85%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%或98%的光透射通过。本发明可用于宽的光波长带。例如，可取的是本发明对约400nm至约2500nm的波长带内的光透射透明。这一波长带通常对应于包括近红外(IR)光在内的可见光波长带。

如本文所用，术语“抗反射结构”是指能改变光的入射角而使得光超过临界角进入聚合材料并在内部透射的表面结构。

如本文所用，术语“有机硅弹性体交联密度”是指形成所关注特定膜元件(例如，结构化表面、抗反射结构、结构化膜基底等)的那一部分有机硅弹性体材料的平均交联密度。所述平均交联密度通常以克/摩尔/交联点(即，交联点之间的链的分子量)来测量。

当术语“包含”及其变型型式出现在说明书和权利要求书中时，这些术语不具有限制性含义。

词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施例。然而，在相同或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。另外，一个或多个优选实施例的表述并不意味其他实施例不可用，并且并非意图将其他实施例排除在本发明的范围外。

如本文所用，除非上下文另行明确指出，否则“一个”、“所述”、“至少一个”和“一个或多个”可互换使用。

术语“和/或”意指一个或全部的所列要素或者任何两个或更多个所列要素的组合（如防止和/或处理苦恼意指防止、处理或同时处理和防止进一步的苦恼）。

如本文所用，除非上下文清楚表明，否则术语“或”通常按其意义应用，包括“和/或”。

在本文中，通过端点表述的数值范围包括该范围内包括的所有数字（例如，1至5的范围包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、4.6、5、5.3等）以及该范围内的任何范围。

术语“聚合物”、“聚合物的”以及“弹性体”和“弹性体的”应被理解为包括聚合物、共聚物（例如，使用两种或更多种不同单体形成的聚合物）、低聚物以及它们的组合，以及可形成可混溶共混物的聚合物、低聚物或共聚物。

已证明使用本文所公开的抗反射结构化膜能够减少被反射而没有到达光能吸收装置的吸光元件的光的量。例如，此类抗反射结构化膜使传统光伏太阳能模块的平均电力输出能够提高约3%至约7%。本发明可通过提高抗反射结构化膜的暴露表面对污物和粉尘粒子沾附的抗性(即，耐污性)和/或耐磨性，来帮助保持在光能吸收装置的寿命期间，此类抗反射结构化膜的透光性。这样，本发明可帮助减少被此类光能吸收装置的光暴露表面反射的入射光的量。具体地讲，通过使结构化面的结构化表面处的有机硅弹性体材料更高度地交联，与没有较高交联的相同有机硅弹性体材料相比，以及与用其他聚合材料(例如，聚氨酯)制成的相同结构化面相比，结构化面可呈现提高的机械耐久性(例如，耐漏砂性)。累积在此类结构化面上的污物和粉尘粒子也可相对更易于清洁。

光能吸收装置，尤其是抗反射结构化膜的结构化面可能暴露于来自外部环境的多种不利条件。例如，结构化面会暴露于诸如雨、风、冰雹、雪、冰、吹沙等环境因素，其会损坏结构化面的结构化表面。另外，长期暴露于诸如热和太阳UV辐射曝露等其他环境条件也会使得结构化面劣化。例如，许多聚合物有机材料在反复暴露于UV辐射时易于分解。光能吸收装置(例如，太阳能转换装置)的耐候性通常以年来测量，因此可取的是材料能够使用多年而不会劣化或损失性能。可取的是材料能够抵御最多20年的室外暴露，而不会显著损失透光性或机械完整性。典型的聚合物有机材料无法长期(例如，20年)抵御室外曝露而不损失透光性或机械完整性。在至少一些实施例中，预期本发明的结构化面能够呈现耐污性和/或机械耐久性达至少约5年到至少约20年，并且可能更长(例如，至少约25年)。另外，由于其由有机硅材料制成，结构化面可呈现出至少约15年、约20年、或者甚至约25年的长期UV稳定性。

在附图以及对本发明的详细描述中进一步示出和描述了本发明的这些和其他优点，其中使用类似标号来表示类似部件。然而，应当理解，所述附图和描述仅出于说明性目的，而不应以不当地限制本发明的范围的方式来理解。

附图说明

在附图中：

图1是本发明的透明抗反射结构化膜实施例的侧边视图；

图2是本发明的替代形式的透明抗反射结构化膜实施例的侧边视图；

图3是本发明的另一透明抗反射结构化膜实施例的侧边视图；

图4是光能吸收装置实施例的侧视图，其设置有透明抗反射结构化膜以增加由吸光体吸收的光量；

以及图5是另一光能吸收装置实施例的侧视图，其示出在如此增加由吸光体吸收的光量时反射入射光的路径。

某些实施例的具体实施方式

下面的描述更具体地举例说明示例性实施例。在描述本发明的下列实施例时，为清晰起见使用了特定术语。然而，本发明并非意在限于如此选择的特定术语，如此选择的每一术语包括以类似方式工作的所有技术等同物。另外，使用相同的标号来标识不同图示实施例的相同或相似的元件。

除非有相反的指示，在上述说明书和所附权利要求中所提出的数值参数为近似值，可根据本领域内的技术人员利用本文所公开的教导内容而寻求获得的所需特性而变化。

参照图1，示例性透明抗反射结构化膜10包括具有主结构化面14的结构化膜基底12，所述主结构化面带有例如棱纹(prismatic riblet)16形式的抗反射结构，其对光是抗反射(参见图5)。每一抗反射结构16具有顶端角α和暴露的结构化表面18。膜10还包括基部20，抗反射结构16从所述基部延伸。基部20可如图所示一体地形成结构16的一部分，或者如虚线21所示形成单独的层。结构化膜基底12包括交联的有机硅弹性体材料。所述有机硅弹性体材料可为（例如）双组份有机硅橡胶(例如，Momentive RTV615有机硅)、聚二甲基硅氧烷(例如，PDMS-S51)等、或其组合。结构化面14暴露于附加交联处理(例如，电子束辐射、紫外光和/或热能)，使得每一结构化表面18的有机硅弹性体交联密度高于结构化膜基底12的芯或换句话讲其余部分22。较高交联密度的深度D取决于暴露强度和/或附加交联处理的持续时间。结构化表面18的较高交联密度使得对污物和粉尘颗粒沾附(由沾污性测试结果指示)的抗性增大，并且有机硅弹性体表面18的耐磨性(由漏砂测试结果指示)也增大。

可取的是根据本发明的膜10或任何其他透明抗反射结构化膜与可选的透明支撑背衬24结合使用。对于这样的实施例，支撑背衬24具有主面24a，结构化膜基底12也包括主背衬面12a，主背衬面12a结合到支撑背衬24的主面24a，以形成透明的强化抗反射结构化膜。支撑背衬24可包括聚合材料或玻璃或者其他透明陶瓷材料。示例性聚合材料可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜、聚偏二氟乙烯(PVDF)膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、引物PET膜、聚碳酸酯膜、交联的聚氨酯膜、丙烯酸酯膜、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯-丙烯(FEP)膜、或其共混物中的至少一种或组合。紫外光吸收剂(例如，得自Ciba Geigy的Tinuvin 1577)可加入于PMMA以及PVDF和PMMA的共混物中以提高室外耐久性。所述其他透明陶瓷材料可为（例如）石英晶体等。透明非织造或织造纤维材料或短透明纤维也可用于形成支撑背衬24。此类纤维材料可设置在形成结构化膜10的有机硅弹性体材料中，设置在结构化膜10上，或其二者上。

透明支撑背衬24还可被选择成能消散静电。例如，支撑背衬可包括使支撑背衬24能够消散静电的一种或多种聚合材料。为了消散静电，透明支撑背衬24还可包括固有静电消散聚合物，例如可以商品名STATRITE X5091聚氨酯或STATRITE M809聚甲基丙烯酸甲酯得自Lubrizol Corp.的那些。或者，静电消散盐（例如，得自3M Company的FC4400）可共混入用于制备透明支撑背衬24的聚合物(例如，PVDF)中。除此之外或者作为另外一种选择，结构化膜基底12可包含此类静电消散盐。

除了支撑背衬24之外或作为其替代，还可取的是根据本发明的膜10或任何其他透明抗反射结构化膜与可选的防潮层26结合使用。在此类实施例中，防潮层26可（例如）通过将防潮层26经由一个或多个中间层(例如，支撑背衬层24)间接地的或直接层合、涂覆或以其他方式结合到结构化膜基底12的主背衬面12a上来形成。或者，防潮层26可通过将膜10的组合物配制成呈现隔水性质(例如，以抑制水分吸收、渗透等)来形成。

防潮层可为（例如）阻隔组件或者国际专利申请No.PCT/US2009/062944、美国专利No.7,486,019和No.7,215,473以及公布的美国专利申请No.US 2006/0062937 A1中所公开的阻隔层中的一种或多种，这些专利文献全文以引用方式并入本文中。防潮层可能是有用的，因为有机硅具有高透湿率，而光伏电池通常对湿气敏感。因此，通过用防潮层作为背衬，本发明的透明抗反射结构化膜可直接用于对湿气敏感的光伏电池上(例如，铜/铟/镓/硒或CIGS光伏电池)。

参照图2，在本发明的透明抗反射结构化膜的另一实施例10a中，主结构化面14经受附加的交联，使得每一抗反射结构16的所有有机硅弹性体材料均具有大约与结构化表面18一样高的有机硅弹性体交联密度，而膜10a的其余部分22的有机硅弹性体交联密度低于每一抗反射结构16。虚线23将膜10a的较高交联密度部分与较低交联密度部分分开。

参照图3，在本发明的透明抗反射结构化膜的另一实施例10b中，每一抗反射结构16从单独的基部20’向外延伸。单独的基部20’可为一个或多个交联的有机硅弹性体材料层，或者单独的基座20’可为一个或多个不同的材料层(例如，类似PMMA、PVDF和PET等较便宜的材料)。单独的基座20’通过合适的手段粘附或换句话讲结合到抗反射结构16，这取决于有机硅弹性体材料与所述不同的材料之间的相容性。例如，基部20’可具有主面20a，主面20a可选地用引物涂覆或以其他方式处理(例如，电晕处理)或制备，以便于接纳每一有机硅弹性体抗反射结构16的主背衬面16a并与其粘结。抗反射结构16可（例如）通过利用模具膜(未示出)来形成，所述模具膜在其至少一个主表面中形成有微复制图案，该图案与抗反射结构16的所需图案匹配。

可将所需的有机硅弹性体前体材料层挤出、涂覆或以其他方式施加到基部面20a的表面上。然后可使模具膜的微复制主表面与有机硅弹性体前体材料层接触，以使所施加的有机硅弹性体前体材料的暴露表面形成所需抗反射结构16的形状。或者，可将有机硅弹性体前体材料层挤出、涂覆或以其他方式施加到模具膜的微复制主表面上，然后可将施加的前体材料的暴露背表面层合或以其他方式接触以与基部面20a的表面粘结。一旦形成的前体材料与基部面20a的表面接触，有机硅弹性体前体材料就初始交联或固化，然后进行后续交联以至少在抗反射结构16的表面18中形成较高交联密度。

抗反射结构可包括棱柱、棱锥、圆锥、半球状、抛物形、圆柱形和柱形结构中的至少一种或其组合。包括棱柱的抗反射结构的棱柱顶端角可小于约90度、小于或等于约60度、小于或等于约30度、或在约10度至约90度范围内。此类抗反射棱柱结构还可呈现约2微米至约2cm范围内的谷至谷或峰至峰间距。包括棱柱的抗反射结构的棱柱顶端角还可在约15度至约75度范围内。包括棱柱的抗反射结构的间距还可在约10微米至约250微米范围内。

可取的是抗反射结构呈现出小于约1.55的折射率，优选地呈现出小于约1.50的折射率。当抗反射结构包括棱柱结构(例如，线性棱柱结构或棱纹)时，可取的是每一棱柱从其基部向顶端变窄，顶角小于约90度，优选小于或等于约60度。可取的是此类棱柱结构的谷至峰高度在约10微米至约250微米范围内。还可取的是此类棱柱结构的谷至峰高度在约25微米至约100微米范围内。

可取的是在结构化表面暴露于沾污测试、漏砂测试或者这两个测试的组合之后，本发明的透明抗反射结构化膜呈现至少约85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的透光率。这些测试在下文描述。还可取的是在结构化表面暴露于沾污测试、漏砂测试或者这两个测试的组合之后，本发明的透明抗反射结构化膜呈现出小于8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%的透光率改变。

本发明的透明抗反射结构化膜还可在抗反射结构的有机硅弹性体材料中包括无机粒子，优选为纳米粒子。这些粒子可包括任何合适的无机材料(例如，二氧化硅、氧化锆、二氧化钛等或其任何组合)。此类粒子的粒度可在最多至约2.0微米(含约2.0微米)的范围内。二氧化硅粒子的粒度可最多至微米级，但优选的是使用纳米级粒度(即，在约5nm至约50nm(含50nm)范围内)的由其他材料制成的粒子。此类粒子(尤其是纳米粒子)还可在0重量%至约60重量%(含约60重量%)的范围内填充到有机硅弹性体材料中。

参照图4，本发明的透明抗反射结构化膜10的任何实施例均可用于光能吸收装置30，例如光源热能吸收装置(例如，太阳能热水系统)、光伏装置或任何其他光能吸收装置。此类装置30还包括具有光能接收面32a的吸光体32(例如，光伏电池)，透明抗反射结构化膜10相对于吸光体32设置成处于光能源(例如，太阳)与光能接收面32a之间。这样，来自所述源的光能在被吸光体32吸收之前穿过结构化膜10。膜10可粘结、粘附、机械紧固或以其他方式设置为与光能接收面32a直接接触。或者，如果需要，可在膜10与吸光体32之间设置一个或多个透明支撑背衬24或其他中间层。

光能吸收装置(例如，太阳能转换装置)可用于广泛的应用中，包括固定于地面的应用和太空应用。在一些实施例中，太阳能转换装置可附接到交通工具，例如汽车、飞机、火车或轮船。这些环境中的许多对有机聚合材料非常不利。

参照图5，通过将本发明的透明抗反射结构化膜10与光能吸收装置30的吸光体32一起使用，照在抗反射结构16的表面18上的入射光(通过箭头40表示)可能会被反射多次(通过箭头40R表示)。光40的这种多次反射增加了光40被折射到吸光体32中的可能性，并且增加了入射光接受角。这样，使用这样的透明抗反射结构可增加装置30的效率和能量输出。

结构化膜基底的结构化面可包括一系列抗反射结构。结构化膜基底可用一种或多种材料制成，和/或具有多层构造。作为另外一种选择或除此之外，结构化膜可为多层构造。例如，膜可包括结构化表面和单独的背胶基部，该结构化面用一种材料配方制成，而背胶基部用各包含不同材料配方的基座和粘合剂制成。另外，所述粘合剂可为一层或多层形式。

通常，结构化膜基底的抗反射结构被设计为使得反射光的相当大一部分与另一抗反射结构的表面相交。在一些实施例中，所述一系列抗反射结构包括一系列基本上平行的峰，这些峰通过一系列基本上平行的谷分开。在剖面中，结构化膜基底可呈现多种波形式。例如，结构化膜基底的剖面可呈现：(1)对称锯齿图案，其中每一抗反射结构峰相同，每一对应谷也相同；(2)一系列具有不同高度的平行抗反射结构峰，其通过一系列对应的平行谷分开；或(3)由交替且平行的不对称抗反射结构峰形成的锯齿图案，这些峰通过一系列平行的不对称谷分开。在一些实施例中，抗反射结构峰和对应的谷是连续的，在其他实施例中，还可以想到峰和谷的不连续图案。因此，例如，对于光能吸收或转换装置的一部分，抗反射结构峰和对应的谷可终止。当抗反射结构的峰或谷从装置的一端前进到另一端时，谷可变窄或变宽。另外，给定抗反射结构峰或对应的谷的高度和/或宽度可随着峰或谷从装置的一端前进到另一端而改变。在其他实施例中，所述一系列抗反射结构是不均匀的结构。例如，抗反射结构的高度、基部宽度、间距、顶角和/或任何其他结构方面可有所变化。在一些实施例中，可取的是抗反射结构相对于结构化面的平面的斜率相对于法向平均小于30度。在其他实施例中，抗反射结构在一个维度上围绕垂直于结构化面的方向基本上对称。

当吸光装置为光伏装置时，吸光体为将太阳能或其他光能转换为电能的光伏电池。抗反射结构化膜减少表面反射以提高光伏电池的电能输出(即，将光能转换为电能的效率)。通过以这样的方式使用本发明的透明抗反射结构化膜，将光能转换为电能的效率可提高至少约3%，可能提高约5%至约10%(含约10%)。由于透明抗反射结构为膜形式，所以光伏电池可足够柔软和易弯，以卷绕成卷或折叠而没有损坏。

本发明的光能吸收装置可这样制成：将抗反射结构化膜机械附接、用粘结方法粘结或其其他方式固定到吸光体，使得光可穿过抗反射结构化膜到达吸光体(例如，光伏电池)的光接收面。吸光体可为（例如）太阳能热水器或其他光生热能吸收装置、将太阳能或其他光能转换为电能的光伏电池、或其组合。

根据本发明的透明抗反射结构化膜可这样制成：提供如上所述的透明结构化膜基底，然后处理结构化表面，使得结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于结构化膜基底的其余部分。结构化膜基底的结构化表面可通过（例如）暴露于引起交联的有机硅弹性体材料进一步交联的处理(例如，电子束辐射固化处理)来处理。根据用于使已经交联的有机硅弹性体材料进一步交联的处理(例如，传统电子束辐射固化技术)的设置(例如，强度、电压和/或持续时间)而定，可能存在结构化膜基底的其余部分，其未呈现出较高有机硅弹性体交联密度。低电压(小于150kV)电子束辐射将在交联的有机硅的表面附近形成较高交联密度。例如可从图2看出，处理设置还可被选择为使得抗反射结构具有大约与结构化表面一样高的有机硅弹性体交联密度(即，整个抗反射结构被处理为呈现出与其结构化表面大约相同的有机硅弹性体交联密度)。或者，处理设置可被选择为使得每一抗反射结构的芯部分不具有约与结构化表面一样高的有机硅弹性体交联密度(参见图1、图3和图4)。

透明结构化膜基底可这样制成：提供有机硅弹性体前体材料，该前体材料可固化以形成交联的有机硅弹性体材料。利用任何合适的成形技术使该有机硅弹性体前体材料形成结构化膜基底的形状。例如，可在基底中形成适当尺寸的槽，然后将该基底用作其上涂覆有有机硅弹性体前体材料的成形表面，以模制带有结构化膜基底的抗反射结构的主结构化面。这样的成形基底可(例如)根据美国专利公布No.US2006/0234605中所公开的技术和设备来制备，该美国专利公布的全文以引用方式并入本文。在处于这一形状的同时，使有机硅弹性体前体材料固化，以形成结构化膜基底。或者，可使用美国专利公布No.US2006/0234605中所公开的工具来在聚合物模具基底(例如，膜形式)中模制适当尺寸的槽，然后将其用作模具表面。

根据所使用的有机硅弹性体前体材料，固化处理可涉及使前体材料经受交联处理(例如，热和/或辐射处理)。当前体材料为双组分自固化有机硅弹性体材料时，固化处理可涉及使前体材料与模具表面保持接触达足够长的时间，然后混合两种组分，以允许发生交联。根据用于使已经交联的有机硅弹性体材料进一步交联的处理(例如，传统电子束辐射固化技术)的设置(例如，强度和/或持续时间)而定，可能存在抗反射结构的其余部分或至少结构化膜基底，其不呈现较高的有机硅弹性体交联密度。或者，每一抗反射结构可整个交联至大约所述较高的有机硅弹性体交联密度。为了节省能量成本，可取的是使结构化表面进一步交联至较高有机硅弹性体交联密度的深度和程度最小化。

在一些实施例中，结构化膜基底在膜基底的整个厚度上具有变化的交联密度。例如，在结构化膜基底的整个厚度上可存在交联密度梯度，在结构化膜基底的结构化表面处交联密度最高，在与结构化表面相对的表面处最低。可利用相对低的电压(例如，在约100kV至约150kV范围内)的电子束辐射来增加结构化膜基底的表面处的交联密度。

选择下面的实例仅是为了进一步说明本发明的特征、优点和其他细节。然而，应当明确地理解，尽管这些实例用于这一目的，但所用的具体成分和量以及其他条件和细节不应以不当地限制本发明范围的方式来解释。

实例

实例1

将得自Momentive Performance Materials(Waterford,New York)的RTV615组分A和RTV615组分B按照10:1比例混合，并涂覆到四个石英玻璃载片的每一个上达100微米厚。随后将涂覆有有机硅的石英玻璃载片在对流烘箱中加热至85℃达30分钟，以使有机硅前体材料交联/固化。然后，将这些用交联的有机硅涂覆的玻璃载片暴露于表1所示的电子束辐射处理。然后，利用纳米压痕技术确定所得经电子束处理的交联的有机硅涂层的储能模量。这些经电子束处理的有机硅涂层中的储能模量变化示出于表1中。样品的储能模量的增加表示涂层的交联密度增加。

表1

有机硅弹性体表面的储能模量(即，交联密度)的任何增加均是可取的。当有机硅弹性体表面呈现至少约20MPa、约25MPa、约30MPa或更高的储能模量时获得优选结果。

实例2

将高分子量PDMS(得自Gelest的PDMS-S51)涂覆到两个石英玻璃载片的每一个上达100微米厚。将两个涂覆有有机硅的石英玻璃载片(样品1和2)暴露于电子束处理以使可固化有机硅PDMS前体材料交联/固化。然后，将这些带涂层的玻璃载片之一(样品2)暴露于140kV和60Mrad的附加电子束辐射处理。

使样品1和2连同两个没有涂层的空白石英玻璃载片一起经受下述沾污测试，针对每一者将测试之前的初始透光率(Ti)、测试之后的最终透光率(Tf)、以及初始和最终透光率之差(Td)列于下表2中。所列数据表明，与未处理的样品1(即，没有附加交联的样品)相比，经附加处理的样品2(即，经附加交联的样品)的透光率显著增加。这种透光率差异的原因在于，经附加处理的有机硅弹性体表面(样品2)沾附并保持的污物少于样品1。尽管所列数据示出空白玻璃载片的透光性受沾污测试的影响最小，样品2具有类似结果。

表2(沾污测试结果)

样品	Ti	Tf	Td
				1	96.5	92.4	-4.1
2	95.4	94.1	-1.3
				玻璃载片1	94.4	94.2	-0.2
玻璃载片2	94.4	94.3	-0.1

实例3

将高分子量PDMS(得自Gelest的PDMS-S51)涂覆到两个石英玻璃载片的每一个上达100微米厚。将两个涂覆有有机硅的石英玻璃载片(样品1和2)暴露于电子束处理以使可固化有机硅PDMS前体材料交联/固化。然后，将这些带涂层的玻璃载片之一(样品2)暴露于140kV和60Mrad的附加电子束辐射处理。

使样品1和2连同两个没有涂层的空白石英玻璃载片一起经受下述漏砂测试，针对每一者将测试之前的初始透光率(Ti)、测试之后的最终透光率(Tf)、以及初始和最终透光率之差(Td)列于下表3中。所列数据表明，与未处理的样品1(即，没有经附加交联的样品)相比，经附加处理的样品2(即，经附加交联的样品)的透光率显著增加。该数据表明固化的有机硅弹性体材料的附加交联可增加其表面耐磨性。这种透光率差异的原因在于，经附加处理的有机硅弹性体表面(样品2)受研磨砂的影响小于样品1的表面。尽管所列数据示出空白玻璃载片的透光性受漏砂测试的影响最小，样品2具有几乎相同的结果。

表3(漏砂测试结果)

样品	Ti	Tf	Td
				1	96.5	92.4	-4.1
2	95.4	94.1	-1.3
				玻璃载片	94.1	93	-1.1

测试方法

沾污测试

如本文所用，沾污测试涉及使透明抗反射结构化膜样品在带有100g细小/尘状Arizona污物的1加仑Nalgen广口瓶内部翻滚。将1.5"×2.5"样品附接到较大的3"×5"的10密耳PET片。样品和污物由于Nalgen广口瓶(水平置于电机传动辊上)内侧上的导流板而翻滚。在翻滚两分钟之后，用罐装空气吹样品以去除过多的污物，从而仅结合到表面的污物留下。

漏砂测试

如本文所用，漏砂测试涉及将1000g砂通过1″直径的管子漏到抗反射结构的结构化表面上。

本发明的示例性实施例

抗反射膜实施例1

一种透明抗反射结构化膜、片、网等包括：

结构化膜基底，其包括具有抗反射结构的主结构化面，所述结构化面对光是抗反射的，至少所述抗反射结构包括交联的有机硅弹性体材料，每一抗反射结构具有结构化表面，所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述抗反射结构化膜的其余部分。

膜实施例2

根据膜实施例1所述的膜，其中每一所述抗反射结构的芯部分的有机硅弹性体交联密度低于所述结构化表面。

膜实施例3

根据膜实施例1或2所述的膜，其中所述结构化表面具有至少约20MPa的储能模量，而所述结构化膜基底的其余部分具有较低的储能模量。

膜实施例4

根据膜实施例1至3中任一项所述的膜，其中所述结构化表面具有至少约20MPa的储能模量，而每一抗反射结构的其余部分具有较低的储能模量。

膜实施例5

根据膜实施例1所述的膜，其中所述结构化膜基底还包括基部，所述抗反射结构从所述基部延伸，每一抗反射结构的所有有机硅弹性体材料均具有约与所述结构化表面一样高的有机硅弹性体交联密度，所述基部的有机硅弹性体交联密度低于每一抗反射结构。

膜实施例6

根据膜实施例1至5中任一项所述的膜，其中所述抗反射结构包括棱柱、棱锥、圆锥、抛物形、半球状、圆柱形和柱形结构中的至少一种或其组合。

膜实施例7

根据膜实施例1至6中任一项所述的膜，其中所述抗反射结构包括棱柱，其棱柱顶端角小于约90度、小于或等于约60度、或在约10度至约90度范围内，间距在约2微米至约2cm范围内。

膜实施例8

根据膜实施例1至7中任一项所述的膜，其中所述抗反射结构包括棱柱，其棱柱顶端角在约15度至约75度范围内，间距在约10微米至约250微米范围内。

膜实施例9

根据膜实施例1至8中任一项所述的膜，其中所述抗反射结构包括棱柱，其谷至峰高度在约10微米至约250微米范围内。

膜实施例10

根据膜实施例1至9中任一项所述的膜，其中在所述结构化表面暴露于沾污测试之后，所述膜呈现至少约85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的透光率。

膜实施例11

根据膜实施例1至9中任一项所述的膜，其中在所述结构化表面暴露于沾污测试之后，所述膜呈现小于8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%的透光率改变。

膜实施例12

根据膜实施例1至11中任一项所述的膜，其中在所述结构化表面暴露于漏砂测试之后，所述膜呈现至少约85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的透光率。

膜实施例13

根据膜实施例1至11中任一项所述的膜，其中在所述结构化表面暴露于漏砂测试之后，所述膜呈现小于8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%的透光率改变。

膜实施例14

根据膜实施例1至13中任一项所述的膜，在所述抗反射结构的所述有机硅弹性体材料中还包括无机纳米粒子(例如，二氧化硅、氧化锆、二氧化钛粒子等)。此类粒子的粒度可在最多至约2.0微米(含约2.0微米)的范围内。二氧化硅粒子的粒度可最多至微米级，但优选的是使用纳米级粒度(即，在约5nm至约50nm(含约50nm)范围内)的由其他材料制成的粒子。此类粒子(尤其是纳米粒子)还可在0重量%至约60重量%(含约60重量%)的范围内填充到所述有机硅弹性体材料中。

膜实施例15

根据膜实施例1至14中任一项所述的膜，与具有主面的透明支撑背衬相结合，其中所述结构化膜基底还包括背衬面(例如，主背衬面)，其结合到所述支撑背衬的所述主面，以形成强化的抗反射结构化膜。所述抗反射结构形成所述强化的抗反射结构化膜的暴露表面。

膜实施例16

根据膜实施例15所述的膜，其中所述透明支撑背衬能消散静电。

膜实施例17

根据膜实施例1至16中任一项所述的膜，与阻隔层相结合，其中所述结构化膜基底还包括背衬面(例如，主背衬面)，所述阻隔层结合到所述结构化膜基底的背衬面。

膜实施例18

根据膜实施例17所述的膜，其中所述阻隔层为防潮层。

光能吸收装置实施例1

一种光能吸收装置，例如光源(例如，太阳能)热能吸收装置、光伏装置或任何其他光能吸收装置包括：

吸光体(例如，将太阳能或其他光能转换为电能的光伏电池)，其具有光能接收面；

根据膜实施例1至18中任一项所述的透明抗反射结构化膜，当所述吸光装置使用时，所述膜相对于所述光能接收面设置在光能源和所述光能接收面之间。

装置实施例2

根据装置实施例1所述的装置，其中所述吸光装置为包括光伏电池的光伏装置，所述抗反射结构化膜减少表面反射以将所述光伏电池的电能输出(即，将光能转换为电能的效率)提高至少约3%，优选在约5-10%范围内。

装置实施例3

根据装置实施例1或2所述的装置，其中所述吸光装置为包括光伏电池的光伏装置，其足够柔软和易弯以折叠或至少卷绕成卷而不会损坏。

装置实施例4

根据装置实施例1或2所述的装置，其中所述吸光装置包括刚性光伏模块。

装置实施例5

根据装置实施例1所述的装置，其中所述吸光装置包括太阳能热板。

装置实施例6

根据装置实施例1至5中任一项所述的装置，其中在所述结构化表面暴露于沾污测试之后，所述吸光装置的所述透明抗反射结构化膜具有大于92%的透光率。

装置实施例7

根据装置实施例1、2和4至6中任一项所述的装置，其中所述结构化膜基底是玻璃基底上的涂层。

膜制备方法实施例1

一种制备根据膜实施例1至18中任一项所述的透明抗反射结构化膜的方法，所述方法包括：

提供透明结构化膜基底，其包括主结构化面，所述主结构化面具有限定结构化表面的抗反射结构，或者至少每一抗反射结构具有结构化表面，所述结构化面对光是抗反射的，并且所述结构化膜基底包括交联的有机硅弹性体材料；

处理所述结构化表面，使得所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述结构化膜基底的其余部分。

膜制备方法实施例2

一种制备透明抗反射结构化膜的方法，所述方法包括：

提供透明结构化膜基底，其包括主结构化面，所述主结构化面具有限定结构化表面的抗反射结构，或者至少每一抗反射结构具有结构化表面，所述结构化面对光是抗反射的，并且所述结构化膜基底包括交联的有机硅弹性体材料；

处理所述结构化表面，使得所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述结构化膜基底的其余部分。

膜制备方法实施例3

根据膜制备方法实施例1或2所述的方法，其中所述结构化表面被处理为使得所述抗反射结构具有约与所述结构化表面一样高的有机硅弹性体交联密度。

膜制备方法实施例4

根据膜制备方法实施例1或2所述的方法，其中所述结构化表面被处理为使得每一抗反射结构的芯部分不具有约与所述结构化表面一样高的有机硅弹性体交联密度。

膜制备方法实施例5

根据膜制备方法实施例1至4中任一项所述的方法，其中所述提供透明结构化膜基底的步骤包括：

提供有机硅弹性体前体材料，其可固化以形成交联的有机硅弹性体材料；

使所述有机硅弹性体前体材料形成所述结构化膜基底的形状；

使所述有机硅弹性体前体材料固化，以形成所述结构化膜基底。

膜制备方法实施例6

根据膜制备方法实施例1至5中任一项所述的方法，其中所述处理包括电子束辐射固化处理，其引起交联的有机硅弹性体材料的进一步交联。

装置制备方法实施例1

一种制备光能吸收装置，例如光源(例如，太阳能)热能吸收装置、光伏装置或任何其他光能吸收装置的方法，所述方法包括：

提供根据膜实施例1至18中任一项所述的透明抗反射结构化膜；

提供具有光接收面的吸光体(例如，太阳能热水加热器或其它热能吸收装置、将太阳能或其它光能转换为电能的光伏电池等)；

将所述抗反射结构化膜相对于所述吸光体机械附接、用粘结方法粘结或以其它方式固定，使得光能够穿过所述抗反射结构化膜到达吸光体的所述光接收面。

装置制备方法实施例2

一种制备光能吸收装置，例如光源(例如，太阳能)热能吸收装置、光伏装置或任何其他光能吸收装置的方法，所述方法包括：

根据膜制备方法实施例1至6中任一项所述的方法来制备透明抗反射结构化膜；

提供具有光能接收面的吸光体(例如，太阳能热水加热器或其它热能吸收装置、将太阳能或其它光能转换为电能的光伏电池等)；

将所述抗反射结构化膜相对于所述吸光体机械附接、用粘结方法粘结或以其它方式固定，使得光能够穿过所述抗反射结构化膜到达吸光体的所述光能接收面。

在不脱离其精神和范围的情况下，本发明可进行各种修改和更改。因此，本发明不限于以上描述，而是由下面的权利要求及其任何等同物中所提及的限制来限定。

本发明可在不存在本文中未具体描述的任一元件的情况下适当地实施。

以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术章节中的那些，均以全文引用方式并入本文。

Claims (10)

1.一种透明抗反射结构化膜，包括：

结构化膜基底，包括具有抗反射结构的结构化面，所述结构化面对光是抗反射的，至少所述抗反射结构包括交联的有机硅弹性体材料，每一抗反射结构具有结构化表面，所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述抗反射结构化膜的其余部分。

2.根据权利要求1所述的膜，其中每一所述抗反射结构的芯部分的有机硅弹性体交联密度低于所述结构化表面。

3.根据权利要求1所述的膜，其中所述结构化膜基底还包括基部，所述抗反射结构从所述基部延伸，每一所述抗反射结构的所有有机硅弹性体材料具有约与所述结构化表面一样高的有机硅弹性体交联密度，并且所述基部的有机硅弹性体交联密度低于每一所述抗反射结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的膜，其中所述抗反射结构包括棱柱，其棱柱顶端角在约15度至约75度范围内，间距在约10微米至约250微米范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的膜，其中所述膜呈现下列性质中的至少一种：(a)在所述结构化表面暴露于沾污测试之后，小于8%的透光率变化，或者(b)在所述结构化表面暴露于漏砂测试之后，小于8%的透光率变化。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的膜，与具有主面的透明支撑背衬相结合，其中所述透明支撑背衬消散静电，且所述结构化膜基底还包括背衬面，所述背衬面结合到所述支撑背衬的所述主面，以形成强化的抗反射结构化膜。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的膜，与防潮层相结合，其中所述结构化膜基底还包括背衬面，且所述防潮层结合到所述结构化膜基底的所述背衬面。

8.一种光能吸收装置，包括：

吸光体，具有光能接收面；和

根据权利要求1至7中任一项所述的透明抗反射结构化膜，设置在光能源和所述光能接收面之间，同时来自光能源的光能被所述吸光体吸收。

9.一种制备透明抗反射结构化膜的方法，所述方法包括：

提供结构化膜基底，所述结构化膜基底包括结构化面，所述结构化面具有限定结构化表面的抗反射结构，所述结构化面对光是抗反射的，并且所述结构化膜基底包括交联的有机硅弹性体材料；以及

处理所述结构化表面，使得所述结构化表面的有机硅弹性体交联密度高于所述结构化膜基底的其余部分。

10.一种制备光能吸收装置的方法，所述方法包括：

提供根据权利要求1至7中任一项所述的透明抗反射结构化膜；

提供具有光接收面的吸光体；以及

将所述抗反射结构化膜相对于所述吸光体固定，使得光能够穿过所述抗反射结构化膜到达所述吸光体的所述光接收面。

Images