CN203164447U - 光学组件及光伏器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学组件及光伏器件。所述光学组件包括：基底；以及第一抗反射层，包括颗粒阵列以及填充介质，其中，所述填充介质至少部分地填充所述颗粒阵列的多个颗粒之间的空隙。

Description

光学组件及光伏器件

技术领域

本实用新型一般涉及光学材料领域，并且具体涉及光学组件及光伏器件。 

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，为了使光伏器件、显示器等产品表面具有抗沾污等性能，需要在抗反射膜上额外施加一层涂层，例如低表面能涂层。由此带来的一个潜在的问题是，该涂层可能会降低抗反射效果。 

实用新型内容

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。 

根据本实用新型的一个方面，提供一种光学组件，包括：基底；以及第一抗反射层，包括颗粒阵列以及填充介质，其中，所述填充介质至少部分地填充所述颗粒阵列的多个颗粒之间的空隙。 

本实用新型的发明人发现，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，所述光学组件还包括第二抗反射层，位于所述基底与所述第一抗反射层之间。所述第二抗反射层可以是，例如，形成于所述基底上的多孔氧化硅膜层、氟化镁膜层、介孔二氧化硅颗粒层、或者蛾眼结构膜层。 

本实用新型的发明人发现，该第一抗反射层能够抗沾污，并且大体上不会引起该第二抗反射层的抗反射效果劣化。 

在又一个实施例中，所述填充介质填充所述多个颗粒之间的空隙的至少90%。所述多个颗粒与所述填充介质可以是一体的。 

本实用新型的发明人发现，该第一抗反射层能够较好地防止水或者其他杂质进入其中。 

在又一个实施例中，所述填充介质是多孔二氧化硅。 

在又一个实施例中，根据本实用新型的光学组件还包括透明致密层，该透明致密层位于基底上，且紧邻基底，该透明致密层的材料是二氧化硅。 

该透明致密层可以起到阻挡基底中的碱金属/碱土金属离子向外扩散的作用。 

根据本实用新型的另一个方面，提供一种光伏器件，包括：根据本实用新型的光学组件，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。 

上文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，其形成了本实用新型权利要求的主题。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，以便执行与本实用新型相同的目的。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实用新型的主旨和范围。 

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示出了根据本实用新型的光学组件的一个实施例100； 

图2示出了根据本实用新型的光学组件的又一个实施例200； 

图3示出了根据本实用新型的光学组件的又一个实施例300； 

图4示出了根据本实用新型的光学组件的又一个实施例400； 

图5示出了根据本实用新型的光学组件的又一个实施例500； 

图6示出了根据本实用新型的方法的一个实施例； 

图7示出了根据本实用新型的方法的又一个实施例； 

图8示出了图7的方法的步骤S300的一个实施例； 

图9示出了图6或图7的方法的步骤S200的一个实施例； 

图10示出了图6或图7的方法的步骤S200的又一个实施例； 

图11示出了一个示例性光学组件100的透射光谱；以及 

图12示出了一个示例性光学组件200的透射光谱， 

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实用新型的特定方式，而非限制本实用新型的范围。 

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，应该理解本实用新型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6示出了根据本实用新型的方法的一个实施例。 

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、金属、聚合物或半导体。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颗粒阵列以及填充介质，其中，该填充介质至少部分地填充该颗粒阵列的多个颗粒之间的空隙。 

按照图6的方法能够得到图1所示的光学组件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包括由多个颗粒142构成的颗粒阵列、以及部分地填充该多个颗粒142之间的空隙的填充介质144。本实施例中，所述第一抗反射层140与所述基底120直接接触。 

更具体地，在该例子中，填充介质144由纳米粒子构成，其直径明显小于颗粒142的直径，因此，在该例子中，第一抗反射层140具有“异构”粒子结构。 

本实用新型的发明人发现，这种具有“异构”粒子结构的第一抗反射层140同时具备抗沾污性能。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“异构”粒子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，而较小的纳米粒子144防止该“异构”粒子结构到基底的折射率突变、使得该结构能够抗反射。具体地，从纳米粒子144的填充高度到邻近基底120的界面处，该第一抗反射层140的折射率是渐变的；反之，如果没有纳米粒子144，在颗粒142的底部与基底120交界处的折射率是突变的。 

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，在多个颗粒142是紧密排列的球体且由粒子144填充空隙的情况下，颗粒142的直径可以是大约为单层抗反射膜的厚度，在多个颗粒142是紧密排列的球体且空隙填充度大于90%的情况下，颗粒142的半径可以是大约为单层抗反射膜的厚度。根据本实用新型的“异构”粒子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80nm-250nm范围内。具体地，所述多个纳米粒子144可以是直径为7nm至12nm的二氧化硅球体，所述多个颗粒142可以是直径为80nm至250nm的二氧化硅球体。 

因此，本实用新型的贡献之一在于提供了这种“异构”粒子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80%、或者不超过颗粒高度的70%、或者不超过颗粒高度的60%、或者不超过颗粒高度的50%的部分。如果纳米粒子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，纳米粒子144的填充高度约为颗粒142高度的50%，本实用新型的发明人发现，该情况下获得的抗沾污、抗反射效果较好。 

以下结合图9描述图6的步骤S200的一个实施例。 

首先，在步骤S210中，提供直径为80nm至250nm的二氧化 硅球体的第一悬浮液。例如，可以使用直径100nm的二氧化硅球体分散于乙醇中，获得1%质量比的悬浮液。 

然后，在步骤S220中，施加该第一悬浮液并干燥。可以使用旋涂、浸涂、喷涂、或其他适合的方式将该第一悬浮液施加在基底120上。 

然后，在步骤S230中，提供直径为7nm至12nm的二氧化硅球体的第二悬浮液。例如，可以使用直径10-12nm的二氧化硅球体分散于乙醇中，获得0.5%质量比的悬浮液。 

然后，在步骤S240中，施加该第二悬浮液并干燥。可以使用旋涂、浸涂、喷涂、或其他适合的方式施加该第二悬浮液。 

此外，步骤S200还可以包括其他工艺，例如，为提高第一抗反射层140的机械强度，可以在施加第二悬浮液之后，在480℃退火2小时。 

需要说明的是，图9的实施例仅为示例性的、而非限制性的。步骤S200可以通过其他任何适合的方式实现。例如，在施加第一悬浮液并干燥后，可以通过化学气相沉积的方式制备填充介质，还可以通过浸渍并烧结的方式制备填充介质。 

以下描述光学组件100的一个例子。 

根据图9的方法，采用玻璃基底、使用直径100nm的二氧化硅球体作为颗粒142，使用直径为10nm至12nm的二氧化硅球体作为粒子144、填充至颗粒142高度的50%，得到的光学组件100的透射光谱分别如图11的实线C910、虚线C920所示，其中实线C910是光学组件100刚制备完成的透射光谱，虚线C920是光学组件100以45度角放置在屋顶2天之后的透射光谱。作为对比例，裸片玻璃的透射光谱以及以45度角放置在屋顶2天之后的透射光谱分别如图11的曲线C930、C940所示。其中图11的Y轴表示光透射率（单位为%），X轴表示波长（单位为nm）。 

从图11可以看出，具有第一抗反射层140的光学组件100的光透射率相比裸片玻璃的光透射率有较大提高，并且在屋顶放置2天后， 光学组件100的光透射率基本没有变化，而裸片玻璃的光透射率从最大值91.8%降低为最大值91.3%。说明第一抗反射层140同时具备抗沾污性能。 

图7示出了根据本实用新型的方法的又一个实施例。与图6的实施例相比，图7的实施例在步骤S100和步骤S200之间还包括步骤S300。 

在步骤S300中，形成第二抗反射层，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。 

按照图7的方法能够得到图2所示的光学组件200。 

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之间的第二抗反射层160。 

本实用新型的发明人发现，将这种具有“异构”粒子结构的第一抗反射层140制备于其他抗反射层160上不仅提供抗沾污性能，而且至少大体上不会使得该抗反射层160的抗反射效果劣化。由此克服或减轻了其他抗沾污层引起的抗反射劣化的问题。 

以下结合图8描述图7的步骤S300的一个实施例。 

在步骤S310中，提供二氧化硅悬浮液。在一个例子中，使用10-20nm二氧化硅颗粒分散在水中的悬浮液（25%重量比），通过乙醇稀释到0.5%重量比。 

然后，在步骤S320中，将基底浸入该二氧化硅悬浮液。 

然后，在步骤S330中，从该二氧化硅悬浮液中提拉出该基底。在一个例子中，以3mm/S的速度提拉基底。 

需要说明的是，图8的实施例仅为示例性的、而非限制性的。步骤S300可以是使用任何适合的方法形成任何适合的第二抗反射层160。例如，使用磁控溅射制备氟化镁膜层。 

以下描述光学组件200的一个例子。 

采用玻璃基底，采用图8的方法制备第二抗反射层160，使用10-20nm二氧化硅颗粒分散在水中的悬浮液（25%重量比），通过乙 醇稀释到0.5%重量比，将玻璃基底浸于其中，以3mm/S的速度提拉，然后在空气中干燥，采用图9的方法制备第一抗反射层140，使用直径100nm的二氧化硅球体作为颗粒142，使用直径为10nm至12nm的二氧化硅球体作为粒子144、填充至颗粒142高度的一半。 

如此获得的光学组件200的透射光谱如图12的曲线C110所示。作为对比例，曲线C120对应裸片玻璃（示意图见右上缩略图），曲线C130对应仅有第二抗反射层160而没有第一抗反射层140的结构（示意图见左下缩略图），曲线C140对应有第二抗反射层160、但第一抗反射层140中仅有较大颗粒142而没有纳米粒子144的结构（示意图见右下缩略图）。其中图12的Y轴表示光透射率（单位为%），X轴表示波长（单位为nm）。 

从图12可以看出，与仅有第二抗反射层160而没有第一抗反射层140的结构（对应曲线C130）相比，光学组件200（对应曲线C110）大体上没有引起抗反射效果劣化，并且在约400nm-2000nm的波长范围内具有更优的抗反射效果。这使得光学组件200对于工作波长范围在400nm-2000nm的光电器件更有应用上的优势。 

与第一抗反射层140中仅有较大颗粒142而没有粒子144的结构（对应曲线C140）相比，光学组件200（对应曲线C110）整体上具有更优的抗反射效果。 

图10示出了图6或图7的方法的步骤S200的又一个实施例。 

步骤S200还包括步骤S250，退火使得二氧化硅球体呈熔融态。 

按照图10的方法能够得到图3所示的光学组件300。 

如图3所示，与光学组件100、200的第一抗反射层140相比，光学组件300的第一抗反射层340的填充介质344填充颗粒142之间的空隙的至少90%，且填充介质344与颗粒142是一体的。类似于第一抗反射层140，第一抗反射层340也同时具备抗反射和抗沾污性能。除了第一抗反射层140能够实现的优点，第一抗反射层340还能够防止水或其它杂质进入其中。 

需要说明的是，填充介质344的实现方式不限于图10示出的方 式，填充介质344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。 

图4示出了根据本实用新型的光学组件的又一个实施例400。在该光学组件400中，填充介质444是多孔二氧化硅、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。类似于第一抗反射层140，第一抗反射层440也同时具备抗反射和抗沾污性能。 

需要说明的是，第一抗反射层440可以通过任何适合的方法制备，在一个例子中，将四乙氧基硅烷（TEOS）溶胶与二氧化硅颗粒142混合旋涂于基底120上、并经过后续的热处理得到填充介质444是多孔二氧化硅的第一抗反射层440。 

图5示出了根据本实用新型的光学组件的又一个实施例500。在该例子中，光学组件500还包括透明致密层580，位于第一抗反射层440与基底120之间，透明致密层580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580可以起到阻挡基底120中的碱金属/碱土金属离子向外扩散的作用。 

需要说明的是，透明致密层580可以与本实用新型的其他实施例结合。例如，透明致密层可以位于光学组件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，可以位于光学组件300的第一抗反射层340和基底120之间。 

在上文中以颗粒142和纳米粒子144是二氧化硅球体为例进行了说明，需要说明的是，颗粒142和纳米粒子144还可以是二氧化钛球体、氧化铝球体、或者氧化锆球体。此外，颗粒142和粒子144的材料可以相同或不同，颗粒142可以包括一种或多种材料，粒子144可以包括一种或多种材料。颗粒142和纳米粒子144不必须是球体形状，颗粒142和纳米粒子144可以具有任何适合的形状，例如，十二面体、三十面体或不规则多面体。 

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，同时仍然处于本实用新型的范围之内。还应理解的是，除了用来示出 实施方式的具体上下文之外，本实用新型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、装置包括在其范围之内。 

Claims (14)

1.一种光学组件，包括： 

基底；以及 

第一抗反射层，包括颗粒阵列以及填充介质， 

其中，所述填充介质至少部分地填充所述颗粒阵列的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，所述第一抗反射层与所述基底直接接触。 

3.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述光学组件还包括第二抗反射层，位于所述基底与所述第一抗反射层之间。 

4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述第二抗反射层包括形成于所述基底上的多孔氧化硅膜层、氟化镁膜层、介孔二氧化硅颗粒层、或者蛾眼结构膜层。 

5.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述多个颗粒是直径为80nm至250nm的球体。 

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，所述填充介质是多个纳米粒子。 

7.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，所述多个颗粒以及所述多个纳米粒子是二氧化硅球体、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7所述的光学组件，其特征在于，所述多个纳米粒子是直径为7nm至12nm的二氧化硅球体，所述多个颗粒是直径为80nm至250nm的二氧化硅球体。 

9.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，所述填充介质填充所述多个颗粒之间的空隙的至少90%。 

10.根据权利要求9所述的光学组件，其特征在于，所述多个颗粒与所述填充介质是一体的。 

11.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， 所述填充介质是多孔二氧化硅、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。 

12.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，还包括透明致密层，所述透明致密层位于所述基底上，紧邻所述基底，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。 

13.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述基底的材料是玻璃、金属、聚合物或半导体。 

14.一种光伏器件，包括： 

如权利要求1-13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，位于所述基底的未设置所述第一抗反射层的一侧。 

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