CN108732655A - 光学组件及制造方法，光伏器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学组件及制造方法、光伏器件。所述光学组件包括：基底；以及第一抗反射层，包括多孔层以及埋设在该多孔层内的颗粒阵列，其中，所述多孔层至少部分填充多个颗粒之间的空隙。

Description

光学组件及制造方法，光伏器件

技术领域

本发明一般涉及光学材料领域，并且具体涉及光学组件及制造方法，光伏器件。

背景技术

光在传播时，在不同的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越强。

在光伏器件、显示器等产品中，如何减少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)，且所述抗反射膜厚度为波长厚度的四分之一时(即满足厚度匹配的条件)，所述抗反射膜对该波长光能起到良好的减少反射作用。常用的抗反射膜包括，例如，蛾眼结构抗反射膜、多孔氧化硅膜、高折射率和低折射率材料交替的多层抗反射膜等。

然而，这些抗反射膜通常不具备抗沾污等性能。而污染物持久地积聚在光学组件上会导致透射率降低甚至损害光学组件，例如太阳能设备的有效使用。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，获得一种具备抗沾污性能的抗反射膜将是有利的。此外，在已有的抗反射膜上增加一层大体上不会引起抗反射效果劣化的抗沾污层也将是有利的。

根据本发明的一个方面，提供一种光学组件，包括：基底；以及第一抗反射层，包括多孔层以及埋设在该多孔层内的颗粒阵列，其中，所述多孔层至少部分填充多个颗粒之间的空隙。

本发明的发明人发现，这样结构的第一抗反射层同时具备抗反射和抗沾污性能。

在一个实施例中，所述多孔层的孔隙率为40％至70％，优选为55％至70％。

本发明的发明人发现，这样结构的第一抗反射层需要在多种参数的选择上达到优化，才能具备优异的抗反射和抗沾污性能，同时具备良好的机械强度。令人惊奇的是，当多孔层的孔隙率为40％至70％时，多孔层与埋入其中的颗粒阵列能够达成最佳协同效应。经测试后其TE损失明显小于市场上其它同类产品。

在一个实施例中，还包括位于所述基底与所述第一抗反射层之间的透明致密层。所述透明致密层的材料是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或者氧化锆中的一种或多种。

根据本发明的另一个方面，提供一种光伏器件，包括：根据本发明的光学组件，所述光学组件的基底是透明的；以及太阳能电池，位于所述基底的未设置所述第一抗反射层的一侧。

根据本发明的另一个方面，提供一种制造光学组件的方法，包括：a.提供基底；以及b.形成第一抗反射层，该第一抗反射层包括多孔层以及埋设在该多孔层内的颗粒阵列，其中，所述多孔层至少部分填充多个颗粒之间的空隙。

本发明的发明人发现，如此获得的光学组件同时具备抗反射和抗沾污性能。

在一个例子中，所述步骤b包括：b1.将无机氧化物前体与酸性溶剂混合；b2.常温下搅拌所述溶液直至获得透明溶液；b3.稀释所述透明溶液；b4.在透明溶液中加入20nm至100nm的成孔聚合物并进行混合得到混合溶液；b5.在所述混合溶液中加入50nm至300nm的颗粒；b6.沉积并加热到成孔聚合物分解。

本发明的发明人发现，如此可以方便、快速地获得抗反射层。

上面已经概括而非宽泛地给出了本公开内容的特征。本公开内容的附加特征将在此后描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式，作为修改和设计其他结构或者过程的基础，以便执行与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这些等同结构没有脱离所附权利要求书中记载的本发明的主旨和范围。

附图说明

为了更完整地理解本公开以及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了根据本发明的光学组件的一个实施例100；

图2示出了根据本发明的光学组件的另一个实施例200；

图3示出了本发明实施例200与市场同类产品在同样环境下进行测试的对比结果。

除非指明，否则不同附图中的相应标记和符号一般表示相应的部分。绘制附图是为了清晰地示出本公开内容的实施方式的有关方面，而未必是按照比例绘制的。为了更为清晰地示出某些实施方式，在附图标记之后可能跟随有字母，其指示相同结构、材料或者过程步骤的变形。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。

在下文中，为示范目的，产品实施例参照方法实施例描述。然而，应该理解本发明中产品和方法的实现互相独立。也就是说，所公开的产品实施例可以依照其他方法制备，所公开的方法实施例不仅限于实现产品实施例。

图1示出了根据本发明的光学组件的一个实施例100。

如图1所示，光学组件100包括基底120，位于基底上的第一抗反射层140。该第一抗反射层140包括多孔层144以及埋设在该多孔层内的由多个颗粒142构成的颗粒阵列，其中，所述多孔层144至少部分填充多个颗粒142之间的空隙。

多孔层144中的孔的孔径一般小于颗粒142的直径。

本发明的发明人发现，这种在多孔层中埋设颗粒的第一抗反射层140同时具备良好的抗反射效果和抗沾污性能。由此带来的一个好处是：不需要在抗反射层上涂覆抗沾污层的额外步骤。此外，避免沾污层可能引起的抗反射效果劣化。

上述现象的一个可能的解释是，该结构中的较大的颗粒142排列构成的颗粒阵列提供了适当的粗糙度、使得该结构能够抗沾污，而具有较小的孔的多孔层144防止该结构到基底的折射率产生突变、使得该结构能够抗反射。

需要说明的是，本公开中使用的术语“颗粒阵列”主要是指由多个颗粒142排列成的单层阵列，但是对于阵列中局部出现多层的情况(例如，由于实验条件造成的局部出现双层)也在本公开所述的“颗粒阵列”范围内。

需要说明的是，该多个颗粒142的排列可以是有序的，也可以是无序的。该多个颗粒142的材料可以是，包括但不限于，二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或者氧化锆。该多个颗粒142的形状可以是球体、正十二面体、三十面体、不规则多面体或其他任何适合的形状。颗粒142尺寸的选择类似于传统的单层抗反射膜(例如，氟化镁薄膜、多孔氧化硅薄膜等)膜厚的选择。根据本发明的在多孔层中埋设颗粒的结构的抗反射层在具备抗反射效果的同时也具备抗沾污效果。颗粒142的粒径通常在50nm-300nm范围内。

因此，本发明的贡献之一在于提供了这种在多孔层中埋设颗粒的结构的第一抗反射层140，该结构在具备抗反射效果的同时具备抗沾污效果。

还需要说明的是，本公开中使用的术语“多个颗粒之间的空隙”主要是指颗粒之间的、不超过颗粒高度的85％、或者不超过颗粒高度的70％、或者不超过颗粒高度的60％的部分。如果颗粒142埋设得过深，使得多孔层144填充超过多个颗粒142之间的空隙的范围，通常引起抗反射效果劣化。如图1所示，多孔层144的填充高度约为颗粒142高度的75％，本发明的发明人发现，该情况下获得的抗沾污、抗反射效果较好。

更具体地，在该例子中，所述多孔层144的孔隙率为40％至70％。发明人惊奇地发现，孔隙率过低，例如低于40％，或者孔隙率过高，例如高于70％，都会使得第一抗反射层140的抗反射、抗沾污以及机械强度无法达到最佳平衡。

如图2所示，与光学组件100相比，光学组件200还包括位于基底120和第一抗反射层140之间的透明致密层160。透明致密层160的材料是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或者氧化锆中的一种或多种，透明致密层160可以进一步提高透光率和耐久性。

需要说明的是，本发明的光学组件还可以包括位于第一抗反射层140和基底120之间的第二抗反射层。在此例中，透明致密层160可以位于光学组件100的第一抗反射层140和基底120之间，可以位于光学组件200的第二抗反射层160和基底120之间。

下面详细描述制备如图1所示的光学组件100的方法。

首先，在步骤S100中，提供基底。该基底可以是任何适合的材料，包括但不限于：玻璃、塑料、金属、聚合物或半导体。玻璃可以是例如硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、玻璃陶瓷、铝硅酸盐玻璃。该基底还可以具有任何适合的形状，例如平面、曲面等。

然后，在步骤S200中，形成第一抗反射层，该第一抗反射层包括多孔层以及埋设在该多孔层内的颗粒阵列，其中，该多孔层至少部分地填充该颗粒阵列的多个颗粒之间的空隙。

具体而言，步骤200的一个示例可以具体包括如下步骤：

1)将无机氧化物前体与酸性溶剂混合。

无机氧化物前体包括烷氧基硅烷，例如四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷等。最有选的是TMOS/TEOS。根据溶胶-凝胶领域的常识，本申请中的无机氧化物前体还可以是无机氧化物前体化合物和相应无机氧化物的混合物。

溶剂包含水和与水混溶或可溶解在水中的有机溶剂，水可与无机氧化物前体，例如TEOS反应。酸性溶剂可以是含有如盐酸等酸的水溶液。

2)常温下搅拌所述溶液直至获得透明溶液。搅拌时间一般不少于2小时。

3)用酸性溶剂，例如盐酸溶液稀释所述透明溶液。

4)在透明溶液中加入20nm至100nm的成孔聚合物并进行混合得到混合溶液。

成孔聚合物，可包含均聚物和共聚物，可衍生自如苯乙烯、丙烯酸和烯族单体，例如PMMA、硝化纤维、乙酸纤维素丁酸酯、聚乙烯醇等。所述成孔聚合物在混合溶液中的重量百分比为2％-10％。

5)在所述混合溶液中加入50nm至300nm的颗粒。

颗粒的重量比为0.1％-5％。

颗粒是二氧化硅球体、二氧化钛球体、氧化铝球体或者氧化锆球体中的一种或多种。颗粒可以是球体形状，也可以是其它任何适合的形状，例如，十二面体、三十面体或不规则多面体。

6)沉积并加热到成孔聚合物分解。

将上述加入颗粒的溶液涂敷到基材上达到合适的厚度，然后将光学组件在450-700℃下热处理5-30分钟。在热处理中成孔聚合物分解从而在基材上形成带有多孔结构的涂层。该涂层最终厚度为100nm-200nm，其中孔的孔径在20nm-100nm之间。

涂层不仅能够被直接涂敷在基材上，而且能够被涂敷在已存在于基材上的另一种涂层上，例如透明致密层。

还可以涂敷多于一个涂层，可使用本领域内已知的多种沉积技术在基材上涂敷以制造薄的均质涂层。合适的方法包括旋涂、浸涂、喷涂、滚轴涂布等。也可以采用化学气相沉积，物理气相沉积，浸渍并烧结等其他任何适合的方式实现。

对于基材是无机玻璃基材时，可以在相对高的温度下对涂层进行固化以得到无机多孔涂层。

若要制备图2所示的光学组件200，则需要在步骤S100和步骤S200之间增加先制备致密透密层的步骤。

也可以再增加形成第二抗反射层的步骤，该第二抗反射层可以是已有的、或本申请日之后开发出的抗反射层，包括但不限于：多孔氧化硅膜层、氧化镁膜层、介孔二氧化硅颗粒层、或者蛾眼结构膜层。例如，可以使用磁控溅射制备氟化镁膜层。

制备图2所示光学组件200的实施例

首先，提供TEOS和ph值为2的盐酸溶液。TEOS与盐酸溶液的比重为1：1.5。混合所述的TEOS和盐酸溶液，在室温下搅动2小时直至获得透明溶液。接着加入更多的盐酸稀释该透明溶液，直至固含量为3.5％，再将之通过旋涂法沉积到玻璃基底上。旋涂的旋转速度为1000rpm。然后将带有该涂层的玻璃在100℃干燥5-10分钟，以形成所述透明致密层。最终的透明致密层的厚度为30-80nm。

接下来是制备和沉积所述第一反射层，具体包括：提供TEOS和ph值为2的盐酸溶液。TEOS与盐酸溶液的比重为1：1.5。混合所述的TEOS和盐酸溶液，在室温下搅动2小时直至获得透明溶液。接着加入更多的盐酸稀释该透明溶液，加入粒径为20nm-100nm的PMMA，使得最终溶液固含量为5％。在超声波清洗器中混合上述溶液约30分钟，加入粒径为50nm-300nm的二氧化硅球体颗粒，再在超声波清洗器中混合上述溶液约30分钟。此时二氧化硅球体颗粒的比重为0.5。然后通过旋转速度为1000rpm的旋涂将该第一抗反射层沉积到透明致密层上。然后将带有该涂层的玻璃在置入熔炉在600℃热处理10分钟，以形成所述第一抗反射层。热处理过程中PMMA分解以形成包含孔径为20nm-100nm的孔的多孔层。最终的多孔层的厚度为100nm-200nm，填充多个颗粒之间的空隙的80％，多孔层的孔隙率为50-70％，接近55％。

根据测试，当加入的二氧化硅球体颗粒的比重为0.5％时，透过率增益可以达到3.0％；当二氧化硅球体颗粒的比重为1％时，透过率增益达到2.5％。

如图3所示，将实施例200的产品与市场上同类产品进行同条件户外测试。测试结果也表明本发明的产品因为抗沾污的提升以及机械性能的完善，经过多天暴露于大气中的透过率衰减要远远小于同类产品。本发明实施例200的产品的增益衰减在图3中用记号A表示，市场上同类产品分别用记号B和C表示。当二氧化硅颗粒比重为0.5％的样品放在户外31天后，透过率衰减为1.8％，而同时放在户外进行测试的厂商B的产品透过率衰减为3.0％，厂商C的产品透过率衰减为4.7％。

本领域技术人员还将容易地理解的是，材料和方法可以变化，同时仍然处于本发明的范围之内。还应理解的是，除了用来示出实施方式的具体上下文之外，本发明提供了多种可应用的创造性构思。因此，所附权利要求意在将这些过程、机器、制品、组合物、装置、方法或者步骤包括在其范围之内。

Claims (24)

1.一种光学组件，包括：

基底；以及

第一抗反射层，包括多孔层以及埋设在该多孔层内的颗粒阵列，

其中，所述多孔层至少部分填充多个颗粒之间的空隙。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述多孔层的孔隙率为40％至70％，优选为55％至70％。

3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，所述第一抗反射层与所述基底直接接触。

4.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，所述光学组件还包括位于所述基底与所述第一抗反射层之间的透明致密层。

5.根据权利要求4所述的光学组件，其特征在于，所述透明致密层的材料是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或者氧化锆中的一种或多种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多个颗粒是直径为50nm至300nm的球体。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多个颗粒是二氧化硅球体、二氧化钛球体、氧化铝球体或者氧化锆球体中的一种或多种。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多孔层的厚度为100nm至200nm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多孔层是多孔无机氧化物层，所述孔的孔径为20至100nm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多孔层填充多个颗粒之间的空隙的50％至85％。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述多孔层由无机氧化物前体制备。

12.根据权利要求11所述的光学组件，其特征在于，无机氧化物前体是无机氧化物前体化合物和相应无机氧化物的混合物。

13.根据权利要求11或12所述的光学组件，其特征在于，所述无机氧化物前体包括烷氧基硅烷，例如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述颗粒阵列占第一抗反射层的固体重量百分比的0.1％至5％。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一抗反射层的制备包括以下步骤：

将无机氧化物前体与酸性溶剂混合；

常温下搅拌所述溶液直至获得透明溶液；

稀释所述透明溶液；

在透明溶液中加入20nm至100nm的成孔聚合物并进行混合得到混合溶液；

在所述混合溶液中加入50nm至300nm的颗粒；

沉积并加热到成孔聚合物分解以形成所述第一抗反射层。

16.根据权利要求15所述的光学组件，其特征在于，所述成孔聚合物衍生自苯乙烯、丙烯酸或烯族单体。

17.根据权利要求15所述的光学组件，其特征在于，所述成孔聚合物选自PMMA、硝化纤维、乙酸纤维素丁酸酯或聚乙烯醇。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述酸性溶剂的PH值为2至3。

19.一种光伏器件，包括：

如权利要求1-18中任一项所述的光学组件，所述光学组件的基底是透明的；以及

太阳能电池，位于所述基底的远离所述第一抗反射层的一侧。

20.一种制造光学组件的方法，包括：

a.提供基底；以及

b.形成第一抗反射层，该第一抗反射层包括多孔层以及埋设在该多孔层内的颗粒阵列，其中，所述多孔层至少部分填充多个颗粒之间的空隙。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述多孔层的孔隙率为40％至70％，优选为55％至70％。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述多孔层填充多个颗粒之间的空隙的50％至85％。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤a和所述步骤b之间还包括：

c.形成透明致密层，所述透明致密层的材料是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或者氧化锆中的一种或多种。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

b1.将无机氧化物前体与酸性溶剂混合；

b2.常温下搅拌所述溶液直至获得透明溶液；

b3.稀释所述透明溶液；

b4.在透明溶液中加入20nm至100nm的成孔聚合物并进行混合得到混合溶液；

b5.在所述混合溶液中加入50nm至300nm的颗粒；

b6.沉积并加热到成孔聚合物分解。