CN104143582A - 制作疏水组件的方法、疏水组件和光伏器件 - Google Patents
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Abstract
一种制作疏水组件的方法、疏水组件和光伏器件。所述方法包括：提供基底；对所述基底进行等离子体处理；在所述基底上形成低表面能涂层。所述疏水组件采用上述方法制作。所述光伏器件包括：采用以下方法制作的疏水组件：提供透明的基底，在所述基底上形成减反射层，对所述减反射层进行等离子体处理；在所述减反射层上形成低表面能涂层；太阳能电池，位于所述基底的未设置所述减反射层的一侧。本发明可以提高低表面能涂层的接触角，进而提高了疏水组件的疏水性能。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种制作疏水组件的方法、疏水组件和光伏器件。
背景技术
疏水表面一般是指固体表面与水的接触角大于90°的表面。由于疏水表面与水滴的接触面积非常小，水滴极易从表面滚落。因此，疏水表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防电流传导、防腐蚀、防水、防雾、防毒、防雪、防霜冻、防黏附、防污染等功能，因而在建筑、服装纺织、液体输送、生物医学、日用品与包装、交通运输工具以及微量分析等领域都具有广泛的应用前景。
一般来说，物体的疏水性能依赖于其表面上修饰的低表面能物质。
现有技术中的疏水组件一般包括：基底和位于所述基底表面的低表面能涂层，所述低表面能涂层由含氟的硅氧烷构成。由于所述低表面能涂层的作用，使得整个疏水组件板的表面呈现疏水的特性。
但是，现有技术中低表面能涂层的接触角比较小，最终导致整个疏水组件的疏水性能比较差。
进一步地，当将上述疏水组件具体应用到光伏器件中时，也会影响光伏器件的疏水性能。
因此，如何提高低表面能涂层的接触角以提高疏水组件的疏水性能就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
因此，需要一种制作疏水组件的方法、疏水组件和光伏器件，可以增大低表面能涂层的接触角，进而提高了疏水组件的疏水性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种制作疏水组件的方法，包括：
提供基底；
对所述基底进行等离子体处理；
在所述基底上形成低表面能涂层。
一个基本思想是在形成低表面能涂层之前，通过对基底进行等离子体处理，来提高低表面能涂层的接触角，最终提高整个疏水组件的疏水性能。
在第一个例子中，所述等离子体处理采用对所述基底表面进行刻蚀的气体，从而可以提高基底表面的粗糙度，进而使低表面能涂层形成在粗糙表面上，最终可以提高低表面能涂层的疏水性。
在第二个例子中，所述等离子体处理采用在所述基底表面形成羟基的气体，从而使基底表面呈现亲水性，进而使低表面能涂层易于与亲水性的基底表面进行结合，最终可以提高低表面能涂层的疏水性。
在第三个例子中，在进行所述等离子体处理之前，在所述基底上形成减反射层，从而在不影响其抗反射性能的前提下，也可以提高疏水组件的疏水性。
根据本发明的另一个方面，提供了一种采用上述方法制作的疏水组件。
一个基本思想是，由于上述方法可以提高组件的疏水性，从而采用上述方法可以得到疏水性能较好的疏水组件。
根据本发明的再一个方面，提供了一种光伏器件，包括：
采用第三个例子所述的方法制作的疏水组件，所述基底是透明的；以及
太阳能电池，位于所述基底的未设置所述减反射层的一侧。
一个基本思想是，将上述方法应用于光伏器件的制作中，从而在不影响光伏器件透光率的前提下，可以提高光伏器件的疏水性，最终可以使得光伏器件具备自清洁、防指纹、抗反射、防雾等性能。
附图说明
图1是本发明第一实施例中制作疏水组件的方法的流程示意图；
图2是第一实施例中形成低表面能涂层的流程示意图；
图3是本发明第二实施例中制作疏水组件的方法的流程示意图；
图4是本发明第三实施例中制作疏水组件的方法的流程示意图；
图5是采用前三个实施例制作的疏水组件的结构示意图；
图6是本发明第四实施例中制作疏水组件的方法的流程示意图；
图7是采用第四实施例制作的疏水组件的结构示意图；
图8是第四实施例中采用氩气进行等离子体处理得到的疏水组件的透光率与波长的关系示意图；
图9是第四实施例中采用氧气进行等离子体处理得到的疏水组件的透光率与波长的关系示意图；
图10是本发明一实施例提供的光伏器件的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中直接将低表面能涂层形成在光滑的且羟基较少的基底表面上，从而影响了低表面能涂层的疏水性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
针对上述问题，发明人经过研究发现，当低表面能涂层形成在具有粗糙表面或亲水表面的基底时，可以提高低表面能涂层与基底之间的接触角，从而提高疏水性能。进一步地，发明人发现，对基底表面进行等离子体处理时，通过选择合适的气体，既可以增加基底表面的粗糙度，又可以提高基底表面的亲水性，因此可以通过增加对基底表面进行等离子体处理的步骤，提高组件表面的疏水性。
下面结合附图进行详细说明。
参考图1所示，本实施方式第一实施例提供了一种制作疏水组件的方法，包括以下步骤：
步骤S11，提供基底；
步骤S12，采用对所述基底表面进行刻蚀的气体对所述基底进行等离子体处理；
步骤S13，在所述基底上形成低表面能涂层。
本实施例通过等离子体处理对基底表面进行刻蚀，可以增加基底表面的粗糙度，从而在粗糙的基底上形成低表面能涂层之后，粗糙表面和低表面能物质结合，增大了低表面能涂层的接触角，最终提高了整个疏水组件的疏水性。
首先执行步骤S11，提供基底。
所述基底的材料可以是玻璃或塑料等透明材料，也可以是金属或陶瓷等不透明材料。
本实施例不限制基底的具体形状、尺寸和厚度。
为了保证基底的清洁度，本实施例可以采用丙酮、异丙酮和去离子水的混合溶液对所述基底进行超声波清洗，以去除基底表面的杂质，确保得到干净的基底，不使所述杂质影响后续步骤的进行，其具体过程对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。
接着执行步骤S12，对所述基底进行等离子体处理。
本步骤的目的是实现基底表面的粗糙化，因此需要选用能对基底表面进行刻蚀的气体。具体地，所述等离子体处理采用的气体可以包括以下一种或多种的任意组合：SF6和O2的混合气体、CF4和O2的混合气体、Ar。
所述气体的流量既不能太小，否则不仅影响等离子体处理的效率，而且可能无法获得粗糙的基底表面；所述气体的流量也不能太大，否则不仅浪费气体，而且可能会因气体之间的强烈碰撞而降低处理效率。具体地，所述气体的流量范围可以包括20sccm～60sccm，如：20sccm、40sccm或60sccm。
所述等离子体处理具体可以采用现有技术中的等离子体处理装置实现，在此不再赘述。
接着执行步骤S13，在所述基底上形成低表面能涂层。
所述低表面能涂层的材料可以为甲氧基硅烷、烷基硅烷、含氟硅烷或接枝硅氧烷链化合物中的一种或多种的任意组合。
所述低表面能涂层可以采用采用化学气相沉积、旋涂、喷洒、湿化学方法、化学溶胶凝胶、化学液相沉积、光刻蚀、模板法、物理气相沉积、蒸发或溅射方式中的至少一种方法形成。
当低表面能涂层材料中碳链过短时将导致表面能过高，起不到疏水效果；碳链过长时则容易发生链路断裂，稳定性较差。本实施例中选用十六烷基三甲氧基硅烷（Hexadecyltrimethoxysilane，HDTMS）作为低表面能涂层材料，HDTMS的碳链长度适中，从而既可以起到疏水效果，且稳定性也比较好。
参考图2所示，在所述基底表面形成低表面能涂层的步骤可以包括：
步骤S131，提供十六烷基三甲氧基硅烷；
步骤S132，在十六烷基三甲氧基硅烷中添加乙醇形成溶液；
步骤S133，对所述溶液进行酸化处理；
步骤S134，对酸化处理后的溶液进行搅拌处理；
步骤S135，通过浸润、旋涂或喷洒的方式将所述溶液形成在所述基底表面。
首先，提供化学结构式为CH3(CH2)15Si(OCH3)3的HDTMS。
接着，发明人研究发现HDTMS易溶于乙醇，因此在HDTMS中添加乙醇，从而可以得到包含HDTMS的溶液。具体地，所述溶液中十六烷基三甲氧基硅烷的质量百分比范围可以为3%～5%。
接着，对所述溶液进行酸化处理，以使HDTMS进行水解，且生成活性基团羟基。具体地，在所述溶液中添加乙酸、盐酸或硝酸中的至少一种，直至使溶液的PH值位于4.5～5.5之间，如：PH值为4.5、5.0或5.5。
接着，对酸化处理后的溶液进行搅拌处理，以使HDTMS水解充分且均匀。具体地，将酸化处理后的溶液放入搅拌装置中，对该溶液进行60分钟以上的搅拌。
接着，待上述溶液配制完成之后，就可以将其形成在所述基底表面，以作为低表面能涂层。具体地，可以通过浸润、旋涂或喷洒方式中的任一种，将所述溶液形成在所述基底表面。
当采用浸润方式将所述溶液形成在所述基底表面时，将所述基底放置在所述溶液中，为了保证反应比较充分，放置时间可以为30分钟～60分钟，如：30分钟、40分钟、50分钟或60分钟。该操作可以直接在常温下进行，无需其他装置，操作简单，且能保证低表面能涂层在基底表面的分布很均匀。
当采用旋涂或喷洒方式将所述溶液形成在所述基底表面时，所需时间比较短，效率比较高，同时也可以保证低表面能涂层在基底表面分布的均匀性。
至此，在基底表面形成了低表面能涂层。所述低表面能涂层的厚度是分子级别，具体可以为10nm～500nm，如：10nm、50nm、100nm、250nm或500nm。
进一步地，在基底表面形成低表面能涂层之后，还可以在室温下将所述低表面能涂层晾干，然后进行固化处理。具体地，所述固化处理的时间范围可以为30分钟～60分钟，如：30分钟、40分钟、50分钟或60分钟；温度范围可以为100℃～150℃，如：100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃。
通过所述固化处理，可以增加低表面能涂层在基底表面的固着，防止低表面能涂层的脱落。
由于本实施例中低表面能涂层直接形成在粗糙的基底表面上，因此提高了低表面能涂层的接触角。在一个具体例子中，当提供的基底表面的接触角为40°时，直接在该基底表面上形成低表面能涂层时，该低表面能涂层的接触角为100°；当采用氩气（Ar）在射频源功率100W-500W、气体流量20sccm-60sccm、压力20mTorr～200mTorr或常压（约760Torr）的条件下进行等离子体处理1分钟之后，形成在该粗糙的基底表面的低表面能涂层的接触角为130°，由此可以进一步证明形成低表面能涂层之前的等离子体处理可以增加低表面能涂层的接触角，提高疏水组件的疏水性，最终可以实现组件的自清洁功能和防冻功能等。
参考图3所示，本实施方式第二实施例提供了一种制作疏水组件的方法，包括以下步骤：
步骤S21，提供基底；
步骤S22，采用在所述基底表面形成羟基的气体对所述基底进行等离子体处理；
步骤S23，在所述基底上形成低表面能涂层。
本实施例通过等离子体处理在基底表面形成羟基（OH-），使基底表面呈现亲水性，从而在亲水性的基底上形成低表面能涂层之后，更多的低表面能涂层会通过羟基修饰到基底表面上，增大了低表面能涂层的接触角，最终提高了整个疏水组件的疏水性。
本实施例步骤S22中进行等离子体处理时采用的气体与第一实施例中步骤S12中采用的气体不同，其余均可参考第一实施例，在此不再赘述。
步骤S22的目的是在基底表面形成羟基，因此需要选用能在所述基底表面形成羟基的气体。具体地，所述等离子体处理采用的气体可以包括以下一种或多种的任意组合：O2和O3的混合气体、O2和H2O2的混合气体、O2、H2O、空气。
所述气体的流量既不能太小，否则不仅影响等离子体处理的效率，而且可能无法获得足够的羟基；所述气体的流量也不能太大，否则会浪费气体。具体地，所述气体的流量范围可以包括20sccm～60sccm，如：20sccm、40sccm或60sccm。
由于本实施例中低表面能涂层直接形成在亲水的基底表面上，因此也提高了低表面能涂层的接触角。在一个具体例子中，当提供的基底表面的接触角为40°时，直接在该基底表面上形成低表面能涂层时，该低表面能涂层的接触角为100°；当采用氧气（O2）在射频源功率100W-500W、气体流量20sccm-60sccm、压力80mTorr的条件下进行等离子体处理1分钟之后，该基底表面的接触角变得小于10°，而形成在该基底表面的低表面能涂层的接触角为130°，由此可以进一步证明形成低表面能涂层之前的等离子体处理可以增加低表面能涂层的接触角，提高疏水组件的疏水性，最终可以实现组件的自清洁功能和防冻功能等。
参考图4所示，本实施方式第三实施例提供了一种制作疏水组件的方法，包括以下步骤：
步骤S31，提供基底；
步骤S32，同时采用对所述基底表面进行刻蚀的气体和在所述基底表面形成羟基的气体对所述基底进行等离子体处理；
步骤S33，在所述基底上形成低表面能涂层。
本实施例通过等离子体处理既增加基底表面的粗糙化，又在基底表面形成羟基，从而可以更好地提高低表面能涂层的接触角，最终更大地提高了整个疏水组件的疏水性。
步骤S31和步骤S33可以参考第一实施例的对应步骤，在此不再赘述。
步骤S32中采用的气体同时包括两类气体，第一类包括以下一种或多种的任意组合：SF6和O2的混合气体、CF4和O2的混合气体、Ar，用于增加基底表面的粗糙度；第二类包括以下一种或多种的任意组合：O2和O3的混合气体、O2和H2O2的混合气体、O2、H2O、空气，用于使基底表面呈现亲水性。具体地，所述气体的流量范围可以包括20sccm～60sccm，如：20sccm、40sccm或60sccm。
在一个具体例子中，所述等离子体处理可以包括：采用O2和Ar在射频源功率300W、气体流量20sccm-60sccm、压力20mTorr～200mTorr或常压（约760Torr）的条件下处理1分钟。
由于低表面能涂层形成在具有粗糙表面或亲水表面的基底时，均可以提高低表面能涂层的接触角，因此本实施例相较于前面两个实施例，可以更大地提高低表面能涂层的接触角，即极大地提高组件表面的疏水性。
采用上述三个实施例的方法制作的疏水组件可以参考图5所述，具体可以包括：
基底100；以及
位于所述基底100上的低表面能涂层200。
由于采用上述方法制作该疏水组件时，都增加了对基底100进行等离子体处理的步骤来提高低表面能涂层200的接触角，因此该疏水组件的疏水性能比较好。
参考图6所示，本实施方式第四实施例提供了一种制作疏水组件的方法，包括以下步骤：
步骤S41，提供基底；
步骤S42，在所述基底上形成减反射层；
步骤S43，对所述减反射层进行等离子体处理；
步骤S44，在所述减反射层上形成低表面能涂层。
与前面三个实施例相比，本实施例在进行等离子体处理之前，增加了在基底上形成减反射层的步骤S42，从而在提高组件疏水性的同时，还实现了组件的减反功能。
步骤S41和步骤S44可以参考第一实施例的对应步骤，步骤S43中进行等离子体处理的工艺可以采用上述三个实施例中的任一种等离子体处理的方式，在此均不再赘述。
所述减反射层可以为单层结构或多层结构，其材料可以为氧化锌、硅、氧化硅、氧化钛、氮化硅、氧化钽、氧化锆、氧化铝、氧化铟、氧化锡、氧化镓、掺锡氧化铟、氟化掺锡氧化铟、掺氟氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、硫化锌、硒化锌和氟化镁中的一种或多种的任意组合。
所述减反射层的厚度范围可以为100nm～2000nm，如100nm、500nm、1000nm或2000nm等。
本实施例中所述减反射层可以包括多孔二氧化硅、多孔二氧化钛、多孔氧化铝或者多孔氧化锆中的一种或多种，从而实现减反的效果。在一个具体例子中，所述等离子体处理可以包括：采用O2和/或Ar在射频源功率300W、气体流量20sccm-60sccm、压力80mTorr的条件下处理1分钟。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述气体、射频源功率、气体流量、压力和处理时间等都可以进行调整，其不限制本发明的保护范围。
采用第四个实施例的方法制作的疏水组件可以参考图7所述，包括：
基底100；
位于所述基底100上的减反射层300；以及
位于所述减反射层300上的低表面能涂层200。
由于采用上述方法制作该疏水组件时，增加了等离子体处理的步骤来提高低表面能涂层200的接触角，因此该疏水组件的疏水性能比较好。
本实施例中所述疏水组件可以用于300nm以上入射光波段范围，即允许300nm以上的入射光透过。优选的，所述疏水组件用于300nm-1000nm入射光波段范围，如：300nm、500nm、800nm或1000nm等。
在一个具体例子中，图8中的实线表示采用氩气对减反射层进行等离子体处理得到的疏水组件的透光率与波长之间的关系示意图，图8中的虚线表示未对减反射层进行等离子体处理得到的疏水组件的透光率与波长之间的关系示意图。由图8可知，所述等离子体处理并未太大地影响疏水基板的透光率，即等离子体处理对减反射层的透光性负性影响基本可以忽略。优选的，针对波段范围位于300nm～1000nm的入射光而言，所述等离子体处理反而可以进一步提高其透光率，这是因为等离子体处理后，减反射层300的表面孔洞增加，使得减反射层300的折射系数变小，透过率增加。
在另一个具体例子中，图9中的实线表示采用氧气对减反射层进行等离子体处理得到的疏水组件的透光率与波长之间的关系示意图，图9中的虚线表示未对减反射层进行等离子体处理得到的疏水组件的透光率与波长之间的关系示意图。由图9可知，所述等离子体处理并未太大地影响疏水基板的透光率，即等离子体处理对减反射层的透光性负性影响基本可以忽略。优选的，针对波段范围位于300nm～800nm的入射光而言，所述等离子体处理反而可以进一步提高其透光率。
通过比较图8和图9可知，采用氩气对减反射层进行等离子体处理的疏水组件的透光率要优于采用氧气对减反射层进行等离子体处理的疏水组件的透光率，即采用对所述基底表面进行刻蚀的气体进行等离子体处理更利于提高疏水组件的减反性能。
参考图10所示，本实施方式的一实施例还提供了一种光伏器件，包括：
疏水组件，所述疏水组件包括：基底100、位于所述基底100一侧的减反射层300和位于所述减反射层300上的低表面能涂层200，所述基底100是透明的；
太阳能电池400，位于所述基底100的另一侧（即未设置所述减反射层300的一侧）。
所述疏水组件可以采用上述第四实施例的方法形成，在此不再赘述。
具体地，所述基底100的材料可以是玻璃或塑料等透明材料。
本实施例中所述太阳能电池400可以是现有技术中任一种太阳能电池，如：非晶硅薄膜太阳能电池或微晶硅薄膜太阳能电池等，其不限制本发明的保护范围。
由于在制作疏水组件的过程中增加了等离子体处理的步骤，因此可以提高疏水组件的疏水性能，从而使得光伏器件具备自清洁、防指纹、防雾等性能。此外，所述等离子体处理并不会影响减反射层300的抗反射特性，甚至在部分波段范围内还可以进一步提高其透光率，从而使得光伏器件具有较好的抗反射性能。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (17)
1.一种制作疏水组件的方法，其特征在于，包括：
提供基底；
对所述基底进行等离子体处理；
在所述基底上形成低表面能涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用对所述基底表面进行刻蚀的气体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用的气体包括以下一种或多种的任意组合：SF6和O2的混合气体、CF4和O2的混合气体、Ar。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用在所述基底表面形成羟基的气体。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用的气体包括以下一种或多种的任意组合：O2和O3的混合气体、O2和H2O2的混合气体、O2、H2O、空气。
6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用的气体流量范围包括20sccm～60sccm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理采用第一类气体和第二类气体，
其中，所述第一类气体包括以下一种或多种的任意组合：SF6和O2的混合气体、CF4和O2的混合气体、Ar；
所述第二类气体包括以下一种或多种的任意组合：O2和O3的混合气体、O2和H2O2的混合气体、O2、H2O、空气。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底的材料为玻璃、金属、陶瓷或塑料。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低表面能涂层的材料为甲氧基硅烷、烷基硅烷、含氟硅烷和接枝硅氧烷链化合物中的一种或多种的任意组合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低表面能涂层的厚度范围包括10nm～500nm。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低表面能涂层的材料为十六烷基三甲氧基硅烷；形成所述低表面能涂层的步骤包括：
提供十六烷基三甲氧基硅烷；
在十六烷基三甲氧基硅烷中添加乙醇形成溶液；
对所述溶液进行酸化处理；
对酸化处理后的溶液进行搅拌处理；
通过浸润、旋涂或喷洒的方式将所述溶液形成在所述基底表面。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在进行所述等离子体处理之前，在所述基底上形成减反射层。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述减反射层的材料为氧化锌、硅、氧化硅、氧化钛、氮化硅、氧化钽、氧化锆、氧化铝、氧化铟、氧化锡、氧化镓、掺锡氧化铟、氟化掺锡氧化铟、掺氟氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、硫化锌、硒化锌和氟化镁中的一种或多种的任意组合。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述减反射层包括多孔二氧化硅、多孔二氧化钛、多孔氧化铝或者多孔氧化锆中的一种或多种，
所述等离子体处理包括：采用O2和/或Ar在射频源功率100W-500W，气体流量20sccm-60sccm，压力20mTorr～200mTorr或常压的条件下处理1分钟。
15.一种采用权利要求1至14中任一项所述的方法制作的疏水组件。
16.如权利要求15所述的疏水组件，当采用权利要求12的方法制备时，所述疏水组件用于300nm-1000nm入射光波段范围。
17.一种光伏器件，其特征在于，包括：
采用权利要求12至14中任一项所述的方法制作的疏水组件，所述基底是透明的；以及
太阳能电池，位于所述基底的未设置所述减反射层的一侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141112 |