涂覆基材的方法

专利名称：涂覆基材的方法
涂覆基材的方法背景技术
本申请要求2008年3月25日提交的美国临时专利申请第61/039，398号的优先权。发明领域
实施方式一般涉及涂覆的基材和用来涂覆基材的方法，更具体涉及可用于例如光 生伏打电池的涂覆的基材和涂覆基材的方法。
技术背景
微米尺寸和纳米尺寸的颗粒的薄膜具有技术价值。这些膜能够为涂覆了这些膜的 制品提供新颖的不同的性质，包括化学性质、光学性质和电学性质，以及各种表面性质。包 含涂层以提供所需性质的制品的例子包括光子晶体；二维胶体颗粒组合体形成的激光器； 用来改变用于传感器应用的复合基材的表面性质(例如电导性)的膜；波导；用来改良润 湿性质的涂层；以及表面增强的拉曼光谱(SERS)基材。
有很多不同的用来形成微米尺寸和纳米尺寸的颗粒涂层的方法。但是，大部分常 规的方法的实际应用有限，这是因为存在以下问题样品尺寸小，涂覆速率慢，难以控制涂 层厚度，需要复杂的设备，或者这些问题的组合。
如果能够提供一种涂覆基材的方法，其中可以在基材上形成颗粒的单层，则是非 常有利的。另外，优选所述涂覆方法能够用于大型基材，用于连续涂覆工艺。发明内容
如本文所述的涂覆基材的方法解决了上述常规涂覆方法的一个或多个缺点。
一个实施方式是一种涂覆方法，该方法包括提供包含无机结构和液体载体的涂 料混合物，在液体面下相的表面上形成所述涂料混合物的涂层，将基材的至少一部分浸没 在所述液体面下相中，将所述基材与液体面下相分离，从而将所述涂层的至少一部分转移 到基材上，形成涂覆的基材，然后对所述涂覆的基材的至少一部分进行加热。
另一个实施方式是一种涂覆方法，该方法包括提供包含结构和液体载体的涂料 混合物，在液体面下相的表面上形成所述涂料混合物的涂层，将基材的至少一部分浸没在 所述液体面下相中，将所述基材与液体面下相分离，从而将所述涂层的至少一部分转移到 基材上，形成涂覆的基材，然后对所述涂覆的基材的至少一部分进行加热。
另一个实施方式是一种制品，该制品包含位于基材上的烧结的结构的单层，所述 结构选自球体、微球体、团体、颗粒、聚集颗粒以及它们的组合。
在以下的详细描述中提出了本发明的更多特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言，根据所述内容容易理解，或通过如书面描述和权利要求书以及附 图中所述实施本发明而被认识。
应理解前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本发明的举例说明，用来提 供理解本发明的性质和特性的总体评述或框架。
包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说 明书的一部分。附图呈现了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来说明本发 明的原理和操作。


单独根据以下详述，或者结合附图，可以更好地理解本发明。
图1是根据一个实施方式的涂覆方法的特征的示意图。
图2是根据一个实施方式制备的蓝宝石上的二氧化硅双层的光学显微图片。
图3、图4、图5和图6显示了根据一个实施方式制备的样品的散射特征，所述样品 包括另外的透射导电性氧化物层。
图7是图3-6的样品的总透射率和漫透射率图。
图8是根据一个实施方式的涂覆了 Si的织构化的基材以及未织构化的基材的Si 吸收率-波长曲线的对比。
图9a和9b是fegleXG 玻璃上的烧结的硼硅酸盐微球体(d50 = 1. 6微米，830°C ) 的扫描电子显微(SEM)图。
图IOa和IOb是fegleXG 玻璃上的烧结的硼硅酸盐微球体(d50 = 1.8微米， 8300C )的扫描电子显微(SEM)图。
图Ila和lib是EagleXG 玻璃上的硼硅酸盐微球体(d50 = 1.6微米，870°C )在 烧结之前和烧结之后的扫描电子显微(SEM)图。
图12是fegleXG 玻璃上的钠钙玻璃微球体(d50 =1.9微米，650°C )的光学纤 维图片。
发明详述
下面详细参考本发明的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要 可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
在本文中，根据光生伏打电池的构造，术语“基材”可以用来描述基材或者覆材 (superstrate)。例如，如果当所述基材在组装入光生伏打电池的时候，位于光生伏打电池 的光入射侧，则所述基材是覆材。所述覆材可以为光生伏打材料提供保护，使其免受冲击和 环境降解，同时允许太阳光谱中合适的波长透过。另外，可以将多个光生伏打电池组装成光 生伏打组件。
在本文中，术语“相邻的”可以定义为紧邻。相邻的结构可以互相物理接触，也可 以不发生物理接触。相邻的结构可以包含设置在它们之间的其它的层以及/或者结构。
在本文中，术语“疏水性”的含义为本领域技术人员已知的含义。具体来说，疏水 性表示抗水性，大多数情况下在水中没有任何明显的溶解性，或者被水排斥，或者不会被水 浸润。
在本文中，术语“亲水性”的含义为本领域技术人员已知的一般含义。具体来说， 亲水性表示具有很强的与水结合或者吸收水的倾向，或者能够暂时与水结合，或者能够很 容易地溶解于水或其它的极性溶剂中，或者被水浸润。
一个实施方式是一种涂覆方法，该方法的特征如图1所示，该方法包括提供包含 无机结构和液体载体的涂料混合物10，在液体面下相16的表面14上形成所述涂料混合物的涂层12，将基材18的至少一部分浸没在所述液体面下相中，将所述基材与液体面下相沿 方向y分离，从而将所述涂层的至少一部分转移到基材上，形成涂覆的基材20，然后对所述 涂覆的基材的至少一部分进行加热。
另一个实施方式是一种涂覆方法，该方法包括提供包含结构和液体载体的涂料 混合物，在液体面下相的表面上形成所述涂料混合物的涂层，将基材的至少一部分浸没在 所述液体面下相中，将所述基材与液体面下相分离，从而将所述涂层的至少一部分转移到 基材上，形成涂覆的基材，然后对所述涂覆的基材的至少一部分进行加热。
根据一个实施方式，所述基材是无机基材。在一个实施方式中，所述无机基材包含 选自以下的材料玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、蓝宝石、碳化硅、半导体以及它们的组合。
在另一实施方式中，所述基材是有机基材。在一个实施方式中，所述有机基材包含 选自以下的材料聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性聚合物、热固性聚 合物以及它们的组合。
在一个实施方式中，所述结构包括球体、微球体、团体、颗粒、聚集颗粒或它们的组 合。在一个实施方式中，所述结构可以具有任意的形状或几何形状，例如多边形。所述结构 可以是有机的、无机的或它们的组合，可以包括选自以下的材料玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、蓝 宝石、碳化硅、半导体、聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性聚合物、热固性 聚合物以及它们的组合。
一般来说，本领域技术人员通常使用的任意尺寸的结构均可以用于本发明。随着 所述结构变得更大、更重，或者同时变得更大更重，所述结构保持在面下相液体表面上的能 力降低。这会使得所述结构落入面下相液体中，从而无法涂覆在基材上。可以通过增大所 述液体面下相的表面张力来部分或完全地弥补这种情况。在一个实施方式中，可以使用本 发明所述的方法涂覆所述结构，所述结构的直径等于或小于20微米(μ m)，例如为100纳米 (nm)至20微米，例如1-10微米。
在一个实施方式，所述结构具有尺寸(例如直径)分布。所述结构的直径分散度 是所述结构的直径的范围。所述结构可以具有单分散直径，多分散直径，或者这些情况的组 合。具有单分散直径的结构具有基本相同的直径。具有多分散直径的结构的直径以连续的 方式在平均直径周围一定范围内分布。一般来说，将多分散结构的平均直径作为粒度。这 些结构的直径在一定数值范围以内。
根据一个实施方式，还可以使用一种或多种单分散结构。在一个实施方式中，可以 使用具有两种不同的单分散直径的结构。在一个实施方式中，可以将大的单分散结构与小 的单分散结构结合使用。这样的实施方式可能是有利的，因为较小的结构可以填充较大的 结构之间的空隙。可以使用的两种不同单分散粒度的一个例子包括直径为10. 5微米的单 分散结构，以及直径为0. 1微米的单分散结构。
在一个实施方式中，所述混合物是悬浮体或分散体，包含液体载体和结构，所述结 构包含无机材料、有机材料或其组合。
通常可以选择具有一定性质的液体载体，使得它们不会在面下相上累积。使得所 述液体载体不会在面下相液体上累积的相关性质包括但是不限于液体载体与面下相的混 溶性，以及液体载体的蒸气压。
在一个实施方式中，可以选择特定的液体载体，使其可以与面下相混溶，或者至少部分地与面下相混溶。在一个实施方式中，可以对液体载体进行选择，使其具有较高的蒸气 压。还可以选择特定的液体载体，使其可以很容易地从面下相回收。还可以选择特定的液 体载体，使其不具有环境毒害性或者职业毒害性。在一个实施方式中，可以基于以上性质中 的一种、多种或全部来选择液体载体。在一些情况下，与本文所述性质不同的性质也可能与 液体载体的选择相关。
在一个实施方式中，所述液体载体可以是例如单一溶剂、溶剂混合物，或者包含其 它非溶剂组分的溶剂(单一溶剂或溶剂混合物)。可以使用的溶剂的例子包括但不限于 烃、卤代烃、醇、醚、酮，以及类似的物质，或者它们的混合物，例如2-丙醇(也称为异丙醇， IPA,或异丙基醇)、四氢呋喃(THF)、乙醇、氯仿、丙酮、丁醇、辛醇、戊烷、己烷、环己烷，以及 它们的混合物。在一个实施方式中，所述面下相是极性液体(例如水)，可以使用的液体载 体的例子包括但不限于例如2-丙醇、四氢呋喃和乙醇。可以加入溶剂中、形成液体载体的 非溶剂组分包括但不限于分散剂、盐和黏度改性剂。根据一个实施方式，所述液体面下相包 含选自以下的材料水、重水(D2O)，、盐的水溶液、它们的组合。
在一个实施方式中，加热包括使涂覆的基材的至少一部分、基材的至少一部分或 其组合烧结。还可以对整个涂覆的基材进行加热，使得基本上全部无机结构被烧结。可以 通过以下方式进行加热局部加热，例如使用激光，使用辐射加热，或者使用对流加热，例如 使用加热炉，或者使用火焰加热，或者使用局部加热和辐射加热、对流加热或火焰加热的组 合。一个实施方式包括在形成涂覆的基材的时候，对涂覆的基材进行加热。例如，可以在基 材的另一部分上正在进行自组装的同时，用激光对已经转移到基材的一部分上的自组装单 层进行加热。
根据一个实施方式，所述方法还包括在形成涂层之前，影响结构的疏水性。
在一个实施方式中，所述涂层具有基本单一的朝向基材的流动方向X，如图1所示。
根据一个实施方式，所述基材可以包含一层或多层。例如，所述基材可以包含一个 或多个无机材料、有机材料或者无机和/或有机材料的组合的层。
在一个实施方式，通过将基材与液体面下相分离，将至少一部分涂层转移到基材 上，形成涂覆的基材的步骤包括在基材上形成无机结构的单层。
在一个实施方式中，将基材的至少一部分浸没在液体面下相中的步骤包括将基材 的至少一部分浸没在涂层中。
发光装置，例如用于促进光提取的半导体或有机发光二极管(OLED)；或者用于例 如照明系统的光散射器，可以包含根据本文所述的方法制造的涂覆的基材。
另一个实施方式涉及一种制品，该制品包含位于基材上的烧结的结构的单层，所 述结构选自球体、微球体、团体、颗粒、聚集颗粒以及它们的组合。在一个实施方式中，所述 结构与基材的表面熔合。所述结构可以是有机的、无机的或它们的组合，可以包含选自以下 的材料玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、蓝宝石、碳化硅、半导体、聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲 酯(PMMA)、热塑性聚合物、热固性聚合物以及它们的组合。
根据一个实施方式，所述制品中的基材是无机基材。在一个实施方式中，所述无机 基材包含选自以下的材料玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、蓝宝石、碳化硅、半导体以及它们的组合。
在另一实施方式中，所述制品中的基材是有机基材。在一个实施方式中，所述有机基材包含选自以下的材料聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性聚合物、 热固性聚合物以及它们的组合。在一个实施方式中，微型颗粒在空气-水界面处组装成单 层膜，然后转移到基材上。
在一个实施方式中，所述颗粒包括球体、微球体、团体、聚集颗粒、或它们的组合。 所述颗粒可以是有机的、无机的或它们的组合，可以包括选自以下的材料玻璃、陶瓷、玻璃 陶瓷、蓝宝石、碳化硅、半导体、聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性聚合 物、热固性聚合物以及它们的组合。
一个实施方式是一种光生伏打装置，其包含根据本发明所述的方法制造的涂覆的 基材。根据一个实施方式，所述光生伏打装置还包含与基材相邻的导电性材料，以及与所述 导电性材料相邻的活性光生伏打介质。
根据一个实施方式，所述活性光生伏打介质与导电性材料物理接触。根据一个实 施方式，所述导电性材料是透明导电性材料，例如透明导电性氧化物(TCO)。所述透明的导 电性膜可以包含织构化的表面。
在一个实施方式中，所述光生伏打装置还包含对电极，所述对电极与所述活性光 生伏打介质物理接触，设置在所述活性光生伏打装置的相反表面上，作为导电材料。
在一个实施方式中，制造了具有织构化表面的涂覆的基材，其适合随后沉积TCO 和薄膜硅光生伏打器件结构。在一个实施方式中，在玻璃基材上沉积玻璃微型颗粒或者微 球体，然后进行烧结，或者同时进行沉积和烧结，从而形成结构。在一个实施方式中，采用不 同粒度分布的颗粒的多次沉积，制造具有不同织构尺寸的织构。
在一个实施方式中，所述玻璃微结构变化平稳，不大容易在硅太阳能电池装置结 构中造成电学问题。因为在一个实施方式中，所述玻璃对整个太阳光谱是透明的，所述材料 的厚度可以针对光俘获性能优化，而不用像在织构化的TCO的情况中那样担心吸收问题。 对于非蚀刻的实施方式，无需另外的化学处理。相对于使用二氧化硅微球体的烧结玻璃法， 本文所述的方法使用低成本的玻璃微球体或简单研磨的玻璃微型颗粒，并且由于玻璃直接 烧结于基材，无须使用结合材料。粒度分布很容易控制，能够制造可重现的最优化的织构。实施例
在较高温度的工艺中，所述方法开始使用外延级的双面抛光的蓝宝石(无机基 材)和熔融石英微球体(无机结构)。在此实施例中，所述微球体购自邦斯实验室公司 (Bangs Laboratories)(美国印第安纳州费舍尔市(Fishers，IN))，具有窄的粒度分布，平 均直径为2. 47微米。如果熔融石英的详细组成(例如OH含量)是未知的，可能影响烧结 温度。直接收到的微球体是亲水性的，用十八烷基三甲氧基硅烷对其进行表面处理，以使其 具有疏水性，分散在异丙醇中。
为了方便起见，将蓝宝石切割成1厘米Xl厘米的正方形，用来进行加工。所述基 材在使用之前，在异丙醇中通过超声处理进行清洁，然后安装在显微镜玻璃载片上。在矩形 的凹槽(约1”宽，约3”长)中填充去离子水。将其上具有蓝宝石基材的显微镜载片在槽 的中部浸入水中。使用注射泵，以0. 5毫米/分钟的速率泵抽二氧化硅微球体的分散体，沿 着端壁流下。在界面张力的驱动下，分散体在水面上铺展。异丙醇部分溶解在水中，部分蒸 发，留下表面处理过的二氧化硅微球体飘浮在水面上，组装成密堆积的单层膜。
一旦膜开始形成，将显微镜载片以与水面成90度角的方式，以0. 49毫米/秒的速 度向回拉。通过这种方式，膜被转移到基材上，同时在加入端连续形成。使制得的微球体单 层在标准室内条件下干燥。然后在高温马弗炉内，在空气气氛下烧结该样品，马弗炉内的操 作过程如下
1.以10°C /分钟的速率从室温升温至1300°C
2.在 1300°C保持 30 分钟
3.以小于10°C /分钟的速率从1300°C冷却至室温
对炉温为U60-1300°C的情况进行研究，结果发现外观略有变化，而光学性能几乎 相同。
注意，起始的工作是在较高温度下、在氮气气氛中进行的，然后转换到具有较低温 度和空气气氛的另一个加热炉。
为了对该样品进行表征，安装了光学设备，用来测量通过基材的透射光随入射角 的变化关系。为了维持入射光的入射角，使用半球形蓝宝石透镜，在透镜和基材的背侧(将 要进行生长的一侧)之间具有折射率匹配的油。用累计球收集通过微结构化表面的光，并 进行检测。入射光由工作波长为632. 8纳米的He-Ne激光器提供。相较于无修饰的基材， 微结构化的玻璃样品在入射角大于30度的时候具有提高的透射性。
注意，可以采用其它的方法形成微球体的自组装单层，这些方法可以应用于这个 工艺。还可以通过其它的方法沉积单层或多层的微球体或微型颗粒，它们也能获得类似的 功能。使用蓝宝石进行举例说明，蓝宝石也是最优选用于UV LED应用的。但是，可以对包 括InP，GaAS，GaP，GaN和碳化硅的其它LED基材使用类似的方法。在生长温度低于用于UV LED的温度(1000-1200°C)的情况下，可以使用其它的玻璃组合物，包括折射率高于熔融石 英的那些。该方法不会促进光从基材边缘发射(可能是显著的)。对于可见LED的情况，可 以继续在芯片边缘使用硅酮以帮助光提取。对于玻璃与基材的CTE匹配要求会随着玻璃的 厚度变化。对于本文所述的非常薄的玻璃层，对CTE匹配性的要求是宽松的。CTE失配会限 制玻璃层的最大厚度。
在温度较低的工艺中，所述方法开始时使用其上生长有LED结构的双面抛光的外 延晶片作为所述基材。可以按照与上文所述类似的方式，在基材上沉积玻璃微球体或微型 颗粒。
由于外延生长层会被高温降解，因此烧结过程应当在较低温度下(< 600°C，优选 更低)进行。最优选玻璃化转变温度< 500°C的玻璃组合物。另外，因为本发明方法的一个 优点是使用折射率高于硅酮的材料以改善光提取，优选使用折射率> 1.5的玻璃，例如折 射率> 1.8。当折射率为1.8的时候，能够与蓝宝石的折射率匹配，这是蓝光和紫外LED所 需的。还需要近紫外透光性，以便从发射波长为380-390纳米的LED进行光提取，这是通过 紫外泵浦磷光体产生白光的领域中特别需要的。
使用包含25摩尔％ Β 203和75摩尔％ B203的硼酸铋玻璃完成实验。该种材料 的热学性质和光学性质是众所周知的。人们感兴趣的是该玻璃组合物的高折射率(> 1. 8) 和低玻璃化转变温度)。6. 3ppm/°C的CTE近似在基材的CTE之间，所述基材可以是 优选用于蓝光LED的基材蓝宝石和碳化硅。
用所述蓝宝石上的硼酸铋玻璃制造自组装的单层。在550°C进行加热。
根据CTE、折射率和玻璃化转变温度的组合，对硼酸铋玻璃组成进行选择。这似乎 使其非常适合用于蓝宝石或碳化硅应用。尚未对其它的性质(包括耐久性或者在加工过程 中的抗失透性)进行优化。澄清化的玻璃组合物有可能是优选的。
对于窄粒度分布的微球体，所述自组装过程可以进行多次，然后进行烧结，或者在 烧结后进行重复，以制得更复杂的微结构。图2显示了用4. 8微米和1微米的二氧化硅在 蓝宝石上制造的实施例。在此情况下，对所述样品涂覆4. 8微米微球体的单层，烧结，然后 涂覆1微米的微球体的单层，最后再次烧结。由此形成在同一个织构中具有不同特征尺寸 的表面。
该方法的粒度可以缩放，因此可以获得较小的特征尺寸。所述自组装法的简单性 使得原则上可以放大为大面积的基材。在大多数情况下，采用单一烧结步骤。很明显，所述 特征不像直接织构化的TCO中那样尖锐，表明电学问题和晶体生长问题可能关系不大。将 织构化与TCO沉积分开，就使织构的优化多一个处理步骤。之前对TCO的圆化织构进行了 研究，其性能不像具有小面的织构那样好。但是，并不清楚TCO吸收在这些结果中所起的作 用。
还有两个微球体参数可以使基材的性能具有显著的优点。一个是微球体的折射 率。可以通过改变组成很容易地调节微球体的折射率。高折射率玻璃的软化温度通常低于 低折射率玻璃。
在此情况下，必须小心使用允许足够高的烧结温度的玻璃组成，使织构化的基材 在随后的TCO和硅加工步骤中保持其原有形式。
提供优点的第二个参数是使用空心玻璃微球体。空心玻璃微球体普遍用于许多的 应用，但是其粒度通常大于在此应用中需要使用的粒度。如果空心微球体能够在不进行功 能化的情况下飘浮在水上，则可提供工艺优点。它们还可以提供不同的散射性质，这是因为 预期在烧结过程中，它们会形成夹带的玻璃/空气界面。
在一个实施方式中，通过在平面玻璃基材上烧结玻璃微型颗粒，形成用于薄膜PV 应用的织构化的玻璃基材，其中玻璃颗粒通过自组装、浸涂、静电沉积等方式沉积。在一个 实施方式中，所述微型颗粒以单一单层的形式沉积，然后进行烧结。在一个实施方式中，所 述微型颗粒沉积多个层，然后进行烧结，或者沉积多个层，在沉积每个层之后进行烧结。在 一个实施方式中，不同的层中的粒度分布是变化的。
在一个实施方式中，对微型颗粒的尺寸和玻璃性质进行选择，使得烧结温度低于 平面玻璃基材的软化温度。在一个实施方式中，对微型颗粒的尺寸和玻璃性质进行选择，使 得烧结温度低于平面玻璃基材的应变点温度。在一个实施方式中，所述烧结温度高于随后 的TCO和硅沉积和/或退火工艺温度。加热之后，相邻结构之间的角度大于90度，例如大 于110度。
在一个实施方式中，通过将冷的微型颗粒沉积在足够热的基材上，或者将热的微 型颗粒沉积在足够热的基材上，在平面玻璃基材上同时沉积和烧结微型颗粒，从而形成所 述基材。
在一个实施方式中，所述微型颗粒是钠钙玻璃或硼硅酸盐玻璃，基材是铝硅酸盐 玻璃或钠钙玻璃。在一个实施方式中，所述微型颗粒是高折射率玻璃(η > 1. 6)。在一个实 施方式中，所述微型颗粒是空心微型颗粒。10
已经制造了玻璃和基材的许多不同的组合。它们包括(形式玻璃/基材)二氧 化硅/蓝宝石、硼酸铋/蓝宝石、二氧化硅/铋、硼酸盐/蓝宝石、硼硅酸盐/EagleXG 、二 氧化硅/硼硅酸盐/EagleXG 、钠钙玻璃/EagleXG 、钠钙玻璃/ 二氧化硅/EagleXG 、钠钙 玻璃/钠钙玻璃、Sphericel/EagleXG 二氧化硅/石英、硼硅酸钾/EagleXG ，以及二氧化 硅/硼硅酸钾/EagleXG 。
在一个实施方式中，玻璃织构以亚微米水平平稳地变化，没有小面。在一个实施方 式中，所述玻璃织构的尺寸分布范围为0. 1-20微米，优选为0. 1-5微米。在一个实施方式 中，所述基材在400-1200纳米的透射率大于70 %，优选大于80 %。在一个实施方式中，所 述基材在400-1200纳米的浊度值大于60%。
我们随后使用硼硅酸盐微球体(购自美国宾夕法尼亚州马尔文市的波特工业公 司(Potters Industries，Malvern，PA))。直接收到的颗粒包含大量的大颗粒(>5微米)， 通过空气筛选法过滤，使其具有d5CI(以体积计)为1. 6微米和1. 8微米的分布。所述直接 收到的微球体是亲水性的。用十八烷基甲氧基硅烷对它们进行表面处理，使它们具有疏水 性，以10毫克/毫升的浓度分散在异丙醇中。使用fegle 基材，将其切割成1英寸X3英 寸的样品。
使用前，所述基材在丙酮中超声清洗，在乙醇中淋洗。在矩形的凹槽(约1”宽， 约3”长)中填充去离子水。在槽的中部，将显微镜载片浸入水中。使用注射泵，以0.5毫 米/分钟的速率泵抽微球体的分散体，沿着端壁流下。在界面张力的驱动下，分散体在水面 上铺展。异丙醇部分溶解在水中，部分蒸发，留下表面处理过的二氧化硅微球体飘浮在水面 上，组装成密堆积的单层膜。一旦膜开始形成，将显微镜载片以与水面成90度角的方式，以 0. 68毫米/秒的速度向回拉。通过这种方式，膜被转移到基材上，同时在加入端连续形成。
使制得的微球体单层在标准室内条件下干燥。烧结过程与前文所述类似
1.以10°C /分钟的速率，从室温加热至830_870°C
2.在该温度保持60分钟
3.以小于10°C /分钟的速率冷却至室温
使用散射测量系统表征通过样品进入空气的光的光学散射。
借助余弦校正双向透射函数(ccBTDF)的2D曲线，通过线性扫描对散射进行表征。 图3、图4、图5和图6显示了根据一个实施方式制造的样品(EagleXG 上的硼硅酸盐微球 体)的散射特征，采用自组装和烧结工艺，使用另外的溅射掺杂铝SiO透射导电性氧化物薄 膜层。图3、图4、图5和图6的曲线按照波长增大的顺序，分别为400纳米、600纳米、800 纳米和1000纳米。图7是图3-6的样品的总透射率和漫透射率图。
尽管没有制造PV电池，但是开发了替代测试，用来分析无定形硅(a-Si)薄膜的吸 光性。将a-Si的薄层(约130纳米)沉积在基材上，以及沉积在空白的玻璃基材上。然后 用分光光度计测量样品的反射率和透射率。吸光率为A= 1-R-T。在a-Si吸收减小的光谱 区域(550-750纳米)，观察到自组装并烧结的样品的光俘获程度提高。这显示于图8中，其 中比较了线22表示的微结构化的玻璃基材与线M表示的平坦fegleXG 。
为了评价表面形貌，在各种烧结样品上进行SEM分析。可以根据烧结条件(时间 和温度)以及流体成形工艺的细节，在很宽的范围内对表面形貌进行改良。图1是根据一 个实施方式的涂覆方法的特征的示意图。
图2是根据一个实施方式制备的蓝宝石上的二氧化硅双层的光学显微图片。
图3、图4、图5和图6显示了根据一个实施方式制备的样品的散射特征，所述样品 包括另外的透射导电性氧化物层。
图7是图3-6的样品的总透射率和漫透射率图。
图8是根据一个实施方式的涂覆了 Si的织构化的基材以及未织构化的基材的Si 吸收率-波长曲线的对比。
图9a和9b是fegleXG 玻璃上的烧结的硼硅酸盐微球体(d50 = 1. 6微米，830°C ) 的扫描电子显微(SEM)图。
图IOa和IOb是EagleXG 玻璃上的烧结的硼硅酸盐微球体(d50 = 1.8微米， 8300C )的扫描电子显微(SEM)图。
图Ila和lib是fegleXG 玻璃上的硼硅酸盐微球体(d50 = 1.6微米，870°C )在 烧结之前和烧结之后的扫描电子显微(SEM)图。
迄今为止，人们主要研究置于fegleXG 上的硼硅酸盐微球体。近来使用钠钙玻璃 基材上的钠钙玻璃微球体进行了一些实验。结果表明，使用该材料体系有可能获得类似的 功能。颗粒也购自波特工业公司，筛选至d50 = 1.9微米。以下显示了在650°C烧结的样 品的显微照片以及散射数据。表面形貌显著不同于fegleXG 上的硼硅酸盐微球体。散射 是类似的-仅显示了 600纳米，但是没有多大的波长依赖性。光谱峰随着波长的增大而增 大，表明随着波长增大，漫透射减小。图12是fegleXG 玻璃上的钠钙玻璃微球体(d50 = 微米，650°C)的光学纤维图片。
权利要求
1.一种涂覆方法，其包括提供涂料混合物，所述混合物包含无机结构和液体载体；在液体面下相表面上形成一层涂料混合物的涂层；将基材的至少一部分浸没在所述液体面下相中；将所述基材与液体面下相分离，从而将至少一部分涂层转移到所述基材上，形成涂覆 的基材；以及对所述涂覆的基材的至少一部分进行加热。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材是无机基材，包含选自以下的材 料玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、蓝宝石、碳化硅、半导体以及它们的组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材是有机基材，包含选自以下的材 料聚合物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、热塑性聚合物、热固性聚合物以及它们的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机结构包括球体、微球体、团体、颗 粒、聚集颗粒或它们的组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机结构包含选自以下的材料玻璃、 陶瓷、玻璃陶瓷、蓝宝石、碳化硅、半导体以及它们的组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热包括使所述无机结构的至少一部 分烧结。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成涂层之前影响无机 结构的疏水性。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热之后，相邻的无机结构之间的角度大于 90度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涂层具有基本单一的朝向基材的流动 方向。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材包括一个或多个层。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将基材与液体面下相分离，将至少一 部分涂层转移到基材上，形成涂覆的基材的步骤包括在基材上形成无机结构的单层。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在形成涂覆的基材的时候， 对所述涂覆的基材进行加热。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将基材的至少一部分浸没在液体面下相中 的步骤包括将基材的至少一部分浸没在涂层中。
14.一种光生伏打电池，其包含如权利要求1所述的方法制造的涂覆的基材。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，该装置还包含与基材相邻的导电材料；以及与所述导电材料相邻的活性光生伏打介质。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述导电材料是透明导电膜。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述透明导电膜具有织构化的表面。
18.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述活性光生伏打介质与所述透明导电 膜物理接触。
19.如权利要求14所述的装置，其特征在于，其还包括对电极，所述对电极与所述活性光生伏打介质物理接触，设置在所述活性光生伏打装置的相反表面上，作为导电材料。
20.一种发光装置或光学扩散器，其包含如权利要求1所述的方法制造的涂覆的基材。
21.一种涂覆方法，其包括提供涂料混合物，所述混合物包含结构和液体载体； 在液体面下相表面上形成一层涂料混合物的涂层； 将所述基材的至少一部分浸没在所述液体面下相中；将所述基材与液体面下相分离，从而将至少一部分涂层转移到所述基材上，形成涂覆 的基材；以及对所述涂覆的基材的至少一部分进行加热。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述基材是无机的、有机的或者这些情况 的组合。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述结构是无机的、有机的、或者这些情 况的组合。
24.一种制品，该制品包括位于基材上的烧结的结构的单层，所述结构选自球体、微球 体、团体、颗粒、聚集颗粒以及它们的组合。
25.如权利要求M所述的制品，其特征在于，所述结构熔合于所述基材的表面。
全文摘要
本发明揭示了一种可以用于例如光生伏打电池的涂覆的基材，以及用来涂覆基材的方法，例如自组装法。
文档编号H01L31/0236GK102036757SQ200980115593
公开日2011年4月27日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者G·E·科恩克, 刘佳 申请人:康宁股份有限公司