CN102779900A

CN102779900A - 光学组件及其制造方法、光伏器件

Info

Publication number: CN102779900A
Application number: CN2012102262866A
Authority: CN
Inventors: 王正佳; 谷鋆鑫; 陈捷; 林卫标
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-11-14

Abstract

本发明提供一种光学组件及其制造方法，还提供一种包括所述光学组件的光伏器件。其中，所述制造方法，包括：提供基底；在所述基底上形成至少一层抗反射层；其中，形成抗反射层的步骤包括：形成带电层；在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒。相应地，本发明提供一种所述制造方法所形成的光学组件。本发明提供一种光伏器件，用于将光能转换为电能，包括所述光学组件，所述光学组件中的基底为透明基底；太阳能电池，位于所述透明基底远离光的一侧。本发明可以提高抗反射光学组件结构的可控性以及制造方法的工艺可控性。

Description

光学组件及其制造方法、光伏器件

技术领域

本发明涉及光学材料领域，尤其涉及一种光学组件及其制造方法、光伏器件。

背景技术

光在传播时，在不同介质的分界面上通常会有一部分改变传播方向而返回原来介质中。这被称为光的反射。通常，不同介质之间折射率的差异越大，光在该分界面处的反射将越强。

在光伏器件、显示器等产品中，如何减小光的反射一直是研究的热点。本领域技术人员研究发现，对于光从空气投射至基底的情形，可以在基底上形成一层抗反射膜，在所述抗反射膜的折射率为空气折射率与基底折射率乘积的平方根时（即满足折射率匹配的条件），所述抗反射膜的厚度为波长的四分之一时（即满足厚度匹配的条件），所述抗反射膜能起到良好的减少反射作用。然而，由于抗反射膜为致密材料，其折射率较大，高于所需匹配值，因此，通常抗反射膜为多孔结构。而抗反射膜的孔隙率（Porosity）、孔径大小、孔径分布以及抗反射膜的厚度对减反射性能至关重要。

在公告号CN100375908C的中国专利中公开了一种单层多孔膜结构的抗反射膜，包含二氧化硅颗粒和至少一种粘合剂化合物的抗反射膜，所述抗反射膜具有30重量%或更高的二氧化硅颗粒含量，2纳米或更小的算术平均表面粗糙度和10原子%或更高的表面硅原子含量。所述中国专利中二氧化硅颗粒、二氧化硅颗粒之间孔隙的等效折射率位于空气与基底之间，可以起到减少反射的作用。此外，所述中国专利提供的抗反射膜具有一定的粗糙度，可提高抗反射膜的机械强度和抗磨性。

所述中国专利形成所述抗反射膜的方法为：在基底上涂覆含有二氧化硅颗粒的溶液和含有粘合剂化合物的溶液。

然而，所述中国专利中制造抗反射膜的方法很难保证抗反射膜具有均匀的孔隙分布，也很难精确控制抗反射膜的厚度等参数。

发明内容

本发明解决的技术问题是提高抗反射光学组件结构的可控性以及制造方法的工艺可控性。

为了解决上述问题，本发明提供一种光学组件的制造方法，包括：提供基底；在所述基底上形成至少一层抗反射层；其中，形成抗反射层的步骤包括：形成带电层；在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒。

可选地，所述基底的材料为玻璃或塑料。

可选地，所述带电层由电解质或带电颗粒形成。

可选地，通过旋涂、喷涂、浸渍或提拉涂膜工艺形成所述带电层或分散排布所述透光材料颗粒。

可选地，所述制造方法还包括：在基底上完成抗反射层的制作之后，对所述光学组件进行加热处理。

可选地，所述加热处理的步骤中加热温度位于300～500℃的范围内，加热持续的时间位于30~130分钟的范围内。

可选地，形成带电层的步骤之前，还包括：提供包含有带电层材料的溶液；调节所述溶液的PH值，以增加带电层的电量。

可选地，所述透光材料颗粒为二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或氧化锆颗粒。

可选地，在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒的步骤之前，还包括：提供透光材料颗粒；调节所述透光材料颗粒的PH值，以增加所述透光材料颗粒的电量。

可选地，所述透光材料颗粒为带有负电荷的二氧化硅颗粒。

可选地，在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒的步骤之前，还包括：通过氢氧化钠或氨水溶液调节所述二氧化硅颗粒的PH值，使二氧化硅颗粒的PH值位于8.5~9.5的范围内。

可选地，所述二氧化硅颗粒的粒径位于5~10nm的范围内。

可选地，所述带电层为带正电荷的聚丙烯氯化铵。

可选地，形成带电层的步骤之前，还包括：在聚丙烯氯化铵中加入盐酸或氢氧化钠，使所述聚丙烯氯化铵的PH值位于7~8的范围内。

可选地，所述形成带电层的步骤包括：将基底浸入至带正电荷的聚丙烯氯化铵溶液中持续10~20分钟；之后，将涂覆有聚丙烯氯化铵的基底浸入至去离子水中，持续1~5分钟；最后，所述在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒的步骤包括：将涂覆有聚丙烯氯化铵的基底浸入至带负电荷的二氧化硅颗粒溶液中持续10~20分钟。

可选地，所述带电层由带正电荷的二氧化钛颗粒形成。

相应地，本发明还提供一种所述的任意一制造方法所形成的光学组件。

相应地，本发明还提供一种光伏器件，用于将光能转换为电能，包括：如权利要求17所述的光学组件，所述光学组件中的基底为透明基底；太阳能电池，位于所述透明基底远离光的一侧。

可选地，所述透明基底为有机玻璃或塑料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在基底上通过依次形成至少一层抗反射层，所述抗反射层包括带电层和透光材料颗粒，进而形成由所述至少一层抗反射层构成的抗反射膜。以层层堆叠的方式形成抗反射膜，在堆叠每一层透光材料颗粒的过程中，可以控制透光材料颗粒的粒径、材料、同层颗粒的分布等工艺参数，还可以控制透光材料颗粒的总层数以控制抗反射膜的厚度，进而改进抗反射膜的减反效果，因此，本发明可以提高所形成的光学组件结构的可控性以及制造方法的工艺可控性。

附图说明

图1是本发明光学组件制造方法一实施方式的流程示意图；

图2至图5是本发明光学组件制造方法第一实施例的示意图；

图6至图7是本发明光学组件制造方法第二实施例的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种光学组件的制造方法包括：提供基底；在所述基底上形成至少一层抗反射层，所述抗反射层包括带电层以及在所述带电层上分散排布的、与所述带电层电性不同的透光材料颗粒。参考图1，示出了本发明光学组件制造方法一实施方式的流程示意图，所述制造方法大致包括以下步骤：

步骤S1，提供基底；

步骤S2，形成带电层；

步骤S3，在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒；

步骤S4，重复步骤S2~S3，以在基底上形成多层抗反射层。

图1所示的实施方式中，在基底上通过依次形成一层带电层、一层透光材料颗粒、再一层带电层、再一层透光材料颗粒……以这样层层堆叠（layer bylayer）的方式形成多层抗反射层，所述多层抗反射层组成位于基底上的抗反射膜，用于减小光的反射。

本实施方式中，在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒，因此所述透光材料颗粒与所述带电层相互吸引、便于堆叠，可以提高所形成的多层抗反射层的牢固性。

而在堆叠每一层透光材料颗粒的过程中，可以控制透光材料颗粒的粒径、材料、同层颗粒的分布等工艺参数，还可以控制透光材料颗粒的总层数，以使形成的抗反射膜具有更好的减反效果。本实施方式通过layer by layer的方式形成抗反射膜，使其制造过程具有更好的可控性，本实施方式形成的抗反射膜的结构具有可控性。

需要说明的是，在本发明其他实施方式中还可以不执行步骤S4，这样只在基底上形成一层抗反射层，本发明对光学组件中抗反射层的数量不做限制。

下面结合附图和具体实施例对本发明光学组件制造方法的技术方案做进一步说明。

参考图2至图5示出了本发明光学组件制造方法第一实施例的示意图。

如图2所示，执行步骤S1，提供基底100。本实施例中，所述基底100的材料为玻璃，但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，所述基底100的材料还可以是塑料，本发明对基底100的材料不做限制。

如图3所示，执行步骤S2，在所述基底100上形成带电层102；

本实施例中，所述带电层102由电解质或带电颗粒形成。

具体地，可以通过浸渍的涂膜工艺在所述基底100上形成带电层102。例如，提供电解质溶液103，使基底100垂直浸入至所述电解质溶液103并浸没一段时间，之后将基底100从所述电解质溶液103中取出，在基底100的两个表面上形成一层电解质溶液103所形成的带电层102。

本实施例中，以带有正电荷的带电层102为例。所述电解质溶液103为可形成正电荷的聚丙烯氯化铵。将玻璃浸入至聚丙烯氯化铵中，并持续10~20分钟，之后将玻璃取出，以在玻璃的两个表面上形成带有正电荷的带电层102。

较佳地，在将基底100浸入至电解质溶液103之前，还包括调节所述电解质溶液103PH值的步骤，通过调节PH值，可以增加电解质溶液103的带电量，以使后续形成的带电层102更好地吸附透光材料颗粒。

本实施例中，通过向聚丙烯氯化铵中加入盐酸等的酸性溶液或氢氧化钠等的碱性溶液，以使聚丙烯氯化铵的PH值位于7~8的范围内，以增加聚丙烯氯化铵中正电荷的电量。

如图4所示，执行步骤S3，在所述带电层102上分散排布与所述带电层102电性不同的透光材料颗粒104；

本实施例中，所述透光材料颗粒104为带负电荷的二氧化硅颗粒。在带电层102上分散设置所述透光材料颗粒104之前，还包括以下步骤：

提供透光材料颗粒104；

通过酸性或碱性溶液调节所述透光材料颗粒104的PH值，以增加电量。

本实施例中，所述提供透光材料颗粒的步骤可以是制备二氧化硅颗粒或者购买二氧化硅颗粒。其中，制备二氧化硅颗粒的方法包括乳液法、化学气相沉积法等，本发明对二氧化硅颗粒的制备方法不做限制。

优选地，所述二氧化硅颗粒的粒径位于5~10nm的范围内。纳米量级的二氧化硅颗粒使后续形成的抗反射膜具有较小的孔隙率，同时还可以提高孔隙分布的均匀性。

此外，在带电层102上分散设置所述透光材料颗粒104的步骤之前，还包括：通过水对所述二氧化硅颗粒进行清洗，以去除二氧化硅颗粒的残余溶液。

在提供透光材料颗粒104之后，还包括调节所述透光材料颗粒104的PH值的步骤。调节所述透光材料颗粒104的PH值可以增加透光材料颗粒104的带电量，以使透光材料颗粒104更好地吸附后续形成的带电层102，提高薄膜质量。

以透光材料颗粒104为二氧化硅颗粒为例，如果二氧化硅颗粒处于碱性环境中，二氧化硅颗粒表面带的负电荷电量越大。具体地，在提供二氧化硅颗粒之后，可通过向包含有二氧化硅颗粒的胶状溶液中加入氢氧化钠或氨水等的碱性溶液，以使二氧化硅颗粒的PH值位于8.5~9.5的范围内，以增加二氧化硅颗粒表面负电荷的电量。

本实施例中，在带电层102上分散设置所述透光材料颗粒104的步骤包括：通过浸渍涂膜工艺在带电层102上分散设置所述透光材料颗粒104。所述带电层102和所述透光材料颗粒104组成抗反射层101。

以带电层102由聚丙烯氯化铵形成，透光材料颗粒104为二氧化硅颗粒为例，具体地，形成抗反射层101的具体工艺步骤包括：在将基底100浸没至带正电荷的聚丙烯氯化铵溶液中持续10~20分钟，形成带电层102；并将涂覆有聚丙烯氯化铵的基底浸入至去离子水中，持续1~5分钟，以去除残留溶液之后，在烧杯中放置包含有二氧化硅颗粒的胶状溶液，使涂覆有聚丙烯氯化铵的基底100垂直浸入至所述烧杯中并浸没10~20分钟，之后将基底100从烧杯中取出，在基底100两个表面的带电层102上粘附二氧化硅颗粒，从而形成一层抗反射层101。其中，将涂覆有聚丙烯氯化铵的基底浸入至去离子水中，持续1~5分钟的步骤可以去除带电层102上的残留溶液，进而使带电层102更好地吸附透光材料颗粒104。

本实施例中，由于聚丙烯氯化铵带有正电荷而二氧化硅颗粒带有负电荷，所述聚丙烯氯化铵可以与所述二氧化硅颗粒较紧密的粘附在一起，提高了光学组件上抗反射膜的薄膜质量。

需要说明的是，浸渍涂膜工艺形成抗反射层101的过程中，如果浸没的时间过短容易造成反应不够完全，而如果浸没的时间过长，容易增大工艺周期。本领域技术人员可以根据不同的带电层102材料和所述透光材料颗粒104的材料，选择合适的浸没时间。

如图5所示，执行步骤S4，重复步骤执行S2和S3，在基底100上形成多层由带电层102和透光材料颗粒104构成的抗反射层101。

具体地，在先前形成的透光材料颗粒104（例如负电荷的二氧化硅颗粒）上再涂覆一层带电层102（例如正电荷的聚丙烯氯化铵）时，由于带电层102与透光材料颗粒104的电性不同，所述新涂覆的带电层102可以吸附于所述透光材料颗粒104上。就这样，带电层102和透光材料颗粒104之间相互吸引，可以形成粘附性较好的多层抗反射层101，进而形成机械强度较好的光学组件。

所述多层抗反射层101组成位于基底100上的抗反射膜105。本实施例中，由于基底100为玻璃，其折射率为1.5，而空气的折射率为1。因此为了实现折射率匹配，所述抗反射膜105的折射率最好位于1.2~1.24的范围内。

本实施例中所述二氧化硅颗粒的折射率为1.5，二氧化硅颗粒之间的空隙折射率为1，通过调节所述抗反射膜105的孔隙率，可以使所述抗反射膜105的折射率位于1.2~1.24的范围内。

较佳地，在形成由多层抗反射层101组成的抗反射膜105之后，本实施例还包括对所述光学组件进行加热处理，以增加基底100上抗反射膜105的牢固性。

具体地，在加热过程中，如果加热温度过低，各抗反射层101的结合力以及强度得不到提高，而加热温度过高容易使透光材料颗粒104颗粒以及基底100软化变形，因此优选地，加热温度位于300～500℃的范围内。加热过程中，加热温度越高，加热持续的时间越短，如果加热温度越低，则加热持续的时间越长，对应于加热温度位于300～500℃的情况，加热持续位于30~130分钟的范围内。

本实施例通过layer by layer的方式形成所述抗反射膜105。在堆叠每一层透光材料颗粒104的过程中，可以控制透光材料颗粒的材料、粒径、同层透光材料颗粒的分布等参数，以使抗反射膜105的折射率位于1.2~1.24的范围内，本实施例的制造过程具有可控性，并且可以使形成的抗反射膜105具有良好的减反效果。

需要说明的是，在上述实施方式中，通过浸渍涂膜工艺在基底上形成带电层102、在带电层上设置透光材料颗粒104，以形成抗反射层101。但是本发明对此不做限制，在其他实施例中还可以通过旋涂、喷涂、提拉等的工艺形成所述抗反射层101。其中，喷涂工艺可以缩短工艺时间，提高制造效率。

需要说明的是，本发明通过layer by layer的方式形成抗反射膜105，每一层带电层102或每一层透光材料颗粒104均具有较小的厚度（基本等于透光材料颗粒的直径）。通过增加透光材料颗粒104的层数可以精确控制抗反射膜的厚度。

需要说明的是，在上述实施例中，以带负电的二氧化硅颗粒为例进行说明，但是本发明对透光材料颗粒的材料不做限制。在其他实施例中，所述透光材料可以是二氧化钛（TiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）等的氧化物。

还需要说明的是，上述实施例以带正电的电解质和带负电的透光材料颗粒进行说明，但是本发明对此不做限制。以二氧化钛颗粒为例，二氧化钛颗粒通常带正电荷，可以采用带负电荷的电解质形成带电层，与所述二氧化钛颗粒形成抗反射层。或者，还可以采用PH值调整或者表面活性剂等的表面处理方法使二氧化钛颗粒带负电荷，这样，带负电的二氧化钛颗粒还可以与带正电的聚丙烯氯化铵相配合形成抗反射层。本发明中，只要所述带电层和所述透光材料颗粒所带的电荷电性不同即可。

参考图6至图7，示出了本发明光学组件制造方法第二实施例的示意图。本实施例与第一实施例的相同之处不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于：

如图6所示，执行步骤S2，在基底200上形成带电层202；本实施例中，所述带电层202由带电颗粒形成。

具体地，所述带电层202由带正电荷的二氧化钛颗粒203形成（二氧化钛颗粒203通常带正电荷）。可以通过浸渍涂膜工艺在基底200上形成所述二氧化钛颗粒203。例如，在烧杯中放置包含有二氧化钛颗粒203的胶状溶液，使基底200垂直浸入至所述烧杯中并持续15~20分钟，之后将基底200从烧杯中取出，在基底200两个表面上粘附二氧化钛颗粒203。所述二氧化钛颗粒203带正电荷，用于吸附后续形成的带负电的透光材料颗粒。

如图7所示，执行步骤S3和步骤S4，通过layer by layer的方式在形成有所述带电层202的基底上分散排布二氧化硅颗粒204，再在二氧化硅颗粒204上形成由二氧化钛颗粒203形成的带电层202，再在所述带电层202上分散排布二氧化硅颗粒204……所述二氧化钛颗粒203形成的带电层202和二氧化硅颗粒204构成抗反射层201，多层抗反射层201组成位于基底200上的抗反射膜205。

本实施例与第一实施的不同之处在于：以带正电荷的二氧化钛颗粒203替换带正电荷的电解质。由于二氧化钛颗粒203的折射率为1.8，二氧化硅颗粒204的折射率为1.5，可以调节二氧化钛颗粒203、二氧化硅颗粒204的孔隙率，以使最终形成的抗反射膜205满足折射率匹配的条件。

相应地，本发明还提供一种由所述制造方法形成的光学组件。本发明提供的光学组件具有较高的光透过率。

相应地，本发明还提供一种光伏器件，用于将光能转换为电能，包括：

所述制造方法形成的光学组件，所述光学组件中的基底为透明基底；

太阳能电池，位于所述透明基底远离光的一侧。

其中，所述透明基底为有机玻璃或者塑料（例如，聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）。所述光学组件与上述实施例中的光学组件相同，在此不再赘述。

具体地，所述太阳能电池为非晶硅太阳能电池或微晶硅太阳能电池。本发明光伏器件中设置有减反效果良好的抗反射膜，可以使较多的光投射至太阳能电池，提高了光伏器件的光利用率。

除了应用于光伏器件中，所述光学组件还可以应用于其他产品（例如液晶显示器），本领域技术人员可以根据上述实施例进行相应的修改、变形和替换。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种光学组件的制造方法，其特征在于，包括：

提供基底；

在所述基底上形成至少一层抗反射层；

其中，形成抗反射层的步骤包括：

形成带电层；

在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述基底的材料为玻璃或塑料。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述带电层由电解质或带电颗粒形成。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过旋涂、喷涂、浸渍或提拉涂膜工艺形成所述带电层或分散排布所述透光材料颗粒。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在基底上完成抗反射层的制作之后，对所述光学组件进行加热处理。

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述加热处理的步骤中加热温度位于300～500℃的范围内，加热持续的时间位于30~130分钟的范围内。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，形成带电层的步骤之前，还包括：

提供包含有带电层材料的溶液；

调节所述溶液的PH值，以增加带电层的电量。

8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述透光材料颗粒为二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或氧化锆颗粒。

9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒的步骤之前，还包括：

提供透光材料颗粒；

调节所述透光材料颗粒的PH值，以增加所述透光材料颗粒的电量。

10.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述透光材料颗粒为带有负电荷的二氧化硅颗粒。

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒的步骤之前，还包括：通过氢氧化钠或氨水溶液调节所述二氧化硅颗粒的PH值，使二氧化硅颗粒的PH值位于8.5~9.5的范围内。

12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的粒径位于5~10nm的范围内。

13.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述带电层为带正电荷的聚丙烯氯化铵。

14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，形成带电层的步骤之前，还包括：在聚丙烯氯化铵中加入盐酸或氢氧化钠，使所述聚丙烯氯化铵的PH值位于7~8的范围内。

15.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

所述形成带电层的步骤包括：将基底浸入至带正电荷的聚丙烯氯化铵溶液中持续10~20分钟；

之后，将涂覆有聚丙烯氯化铵的基底浸入至去离子水中，持续1~5分钟；

最后，所述在所述带电层上分散排布与所述带电层电性不同的透光材料颗粒的步骤包括：将涂覆有聚丙烯氯化铵的基底浸入至带负电荷的二氧化硅颗粒溶液中持续10~20分钟。

16.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述带电层由带正电荷的二氧化钛颗粒形成。

17.一种如权利要求1~16所述的任意一制造方法所形成的光学组件。

18.一种光伏器件，用于将光能转换为电能，其特征在于，包括：

如权利要求17所述的光学组件，所述光学组件中的基底为透明基底；

太阳能电池，位于所述透明基底远离光的一侧。

19.如权利要求18所述的光伏器件，其特征在于，所述透明基底为有机玻璃或塑料。