一种减反射自清洁薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能薄膜领域，特别是涉及一种减反射自清洁薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的不断消耗和环境污染的加重，太阳能作为一种清洁的可再生新能 源，受到世界各国的重视。太阳能光伏发电是利用半导体的光电效应将光能直接转换为电 能的技术，是主要的新能源技术之一。
[0003] 光伏发电的大规模推广主要取决于其自身效率的提升以及成本降低。效率提升一 方面可以通过研究优化半导体吸收层的材料，调控材料界面、能带，从而拓宽吸收光谱、提 高光吸收效率、抑制电荷复合。另一方面，还可利用微纳米结构对入射光子进行调控，抑制 表面和界面反射，提高电池对光的捕获能力。目前常用的减反射策略包括表面制绒减反射 (CN 102851743A)、电池表面沉积SiNx或SiOx/SiNx等减反射膜（CN 104691040 A，CN 104916710 A)、表面等离子体共振增强光吸收(CN 102709402 A)等。上述方法制备的电池 最终还需要封装工艺以减缓电池性能的衰减。封装后的窗口层一般是玻璃或者聚合物薄 膜。光在空气/玻璃或者空气/聚合物界面的反射一定程度上减少了到达电池吸收层的光子 数。为此，抑制窗口层界面的反射对提高太阳能电池效率至关重要。为了抑制此界面的反 射，可在玻璃或聚合物窗口层形成一层减反射薄膜。在晶体硅太阳能电池中常用的方法是 将较低折射率的多孔Si0 2等薄膜镀在玻璃盖板表面(W02013174754 A2)。这类光学增透膜 可实现波长A = 4nd(其中λ为光在空气中的波长，n为薄膜的折射率，d为薄膜的厚度)处的增 透效果，但若要实现宽光谱减反就必须叠加多层不同折射率的薄膜，这将提高加工的成本。 另一种方法是在表面覆盖具有亚波长级别的纳米阵列结构膜。例如，Yu等人将具有亚波长 级别的纳米阵列结构薄膜贴附在电池表面，利用光学薄膜表面的折射率梯度变化，实现了 宽光谱、广角度的减反射效果（Advanced Materials，2015, DOI :10. 1002/ adma.201502483)。在具有亚波长特征结构的光学薄膜中，传统几何光学的传播理论不再适 用，一般利用时域有限差分(FDTD)、频域有限差分(FDFD)或严格耦合波分析(RCWA)等数值 计算方法分析微观电磁场分布及传播特征。
[0004] 值得注意的是，上述纳米结构减反射膜虽具有优异的光学特性，但其亚微米的结 构具有较差的机械性能，难以适应光伏电池在户外工作时风沙、冰雹等的严苛考验。此外， 户外的风沙、雨水以及鸟儿造成的灰尘和残余杂物容易将太阳能电池板表面弄脏，影响电 池组件的效率。
[0005] 鉴于以上所述，开发一种具有优异减反射效果同时又具有较强耐候性、机械强度 和自清洁功能等的光学薄膜对太阳能电池的推广和普及具有重要的实用价值。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种减反射自清洁薄膜及 其制备方法，以实现一种具有优异减反射效果同时又具有较强耐候性、机械强度和自清洁 功能等的光学薄膜，并且，将减反射自清洁薄膜与太阳能电池组件窗口层集成，可有效提高 电池效率。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种减反射自清洁薄膜的制备方 法，包括:采用压印技术以及表面修饰技术于透明柔性薄膜上加工出具有微米尺寸的立体 图形结构，使得所述透明柔性薄膜具有减反射自清洁的性能。
[0008] 优选地，所述压印技术包括紫外压印、热压印、热固化压印、微接触压印中的一种。
[0009] 优选地，所述紫外压印包括:于透明柔性薄膜上涂覆紫外固化胶，然后采用具有微 米结构图形的模具对固化胶进行压印，待紫外灯照射并固化后将模板与基底分离，即获得 所述的减反射自清洁薄膜。
[0010] 进一步地，所述的模具的材质包括镍、铜、铬、硅、石英、蓝宝石、PI以及聚四氟乙烯 中的一种。
[0011]进一步地，在紫外压印过程中，还包括在压印前对所述透明柔性薄膜进行加热以 及气体等离子体处理的步骤，或/及在压印过程中对透明柔性薄膜进行加热的步骤，以提升 紫外压印效率和压印质量。
[0012] 优选地，所述的热压印的温度范围为90-300°C，压力范围为0.1 _30MPa。
[0013] 优选地，所述热固化压印包括:利用浇注成型或射出成型技术将液态聚合物浇注 或注射到具有微米结构图形的模具上，利用加热或自然固化方式待其固化后再将模具与聚 合物分离，以获得所述减反射自清洁薄膜。
[0014] 优选地，所述热压印包括平板式压印、辊对板压印以及辊对辊压印中的一种。
[0015]优选地，所述平板热压印包括:采用具有微米结构图形的模具与所述透明柔性薄 膜接触并施加压力，然后升高压印温度并保持一定时间，以压印出所述减反射自清洁薄膜。
[0016] 优选地，所述辊对板或辊对辊压印包括:使所述透明柔性薄膜与具有微米结构图 形的模具接触，在设定的压力、辊速、温度、光照强度、及脱模角度的条件下压印出所述减反 射自清洁薄膜。
[0017] 优选地，所述透明柔性薄膜，包括透明聚合物材料或透明聚合物材料与透明无机 材料的复合物薄膜，其中，所述透明聚合物材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸 酯(PC)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚氨 酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲 基硅氧烷(PDMS)中的一种，所述透明无机材料包括3丨0 2、1102^1203、3丨队、3丨(：中的一种。
[0018] 优选地，所述有微米尺寸的立体图形结构包括锥状、金字塔状、凹坑状、倒锥状、倒 金字塔状、光栅状、棱镜状结构以及基于以上形状衍生的有序排列结构或随机排列结构。
[0019] 优选地，所述表面修饰包括5丨02、1102^1 203、3丨仏、3丨(：、103中的一种或两种以上复 合材料的硬质涂层。
[0020] 优选地，所述减反射自清洁薄膜的自清洁表面为超疏水表面或超亲水表面。
[0021 ]优选地，还包括步骤:将所述减反射自清洁薄膜与太阳能电池组件的窗口层集成， 以有效抑制窗口层表面反射，增加进入到电池吸收层的光子数，从而提高电池的光电转换 效率。
[0022]进一步地，所述太阳能电池组件包括刚性的晶体硅太阳能电池组件、薄膜太阳能 电池组件，以及柔性太阳能电池组件中的一种。
[0023] 进一步地，将所述减反射自清洁薄膜与太阳能电池组件的窗口层集成包括步骤： 将背板材料、第三热熔粘合剂、晶体硅太阳能电池、第二热熔粘合剂、太阳能电池玻璃盖板、 第一热熔粘合剂、减反射自清洁薄膜自下而上依次叠放在一起，并加热至85_180°C，在其两 端施加0.1-1.OMPa的压力，以实现减反射自清洁薄膜和晶体硅太阳能电池的粘接。
[0024] 进一步地，将所述减反射自清洁薄膜与太阳能电池组件的窗口层集成包括步骤： 将减反射自清洁薄膜、第四热熔粘合剂、太阳能电池玻璃盖板、第三热熔粘合剂、晶体硅太 阳能电池、第二热熔粘合剂、太阳能电池玻璃盖板、第一热熔粘合剂、减反射自清洁薄膜自 下而上依次叠放在一起，并加热至85-180°C，在其两端施加0.1-1. OMPa的压力，实现双玻晶 体硅太阳能电池的封装和减反射自清洁薄膜的粘接。
[0025] 进一步地，将所述减反射自清洁薄膜与太阳能电池组件的窗口层集成包括步骤： 将背板材料、第二热熔粘合剂、薄膜太阳能电池、第一热熔粘合剂、减反射自清洁薄膜自下 而上依次叠放在一起，并加热至85-180°C，在其两端施加0.1-1. OMPa的压力，实现减反射自 清洁薄膜和薄膜太阳能电池的粘接。
[0026] 优选地，所述的背板材料为具有防水蒸汽、氧气渗透、良好紫外耐受能力的聚酯薄 膜，且所述聚酯薄膜一侧具有能够与热熔粘合剂进行粘合的树脂。
[0027]优选地，所述第一热熔粘合剂、及/或第二热熔粘合剂、及/或第三热熔粘合剂、及/ 或第四热熔粘合剂包括乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)粘合剂或胶膜、聚乙烯醇缩丁醛(PVB) 粘合剂或胶膜、聚烯烃(P0)粘合剂或胶膜、聚氨酯(TPU)粘合剂或胶膜中的一种。
[0028] 优选地，先制备减反射自清洁薄膜再将其与太阳能电池组件的窗口层集成，或将 减反射自清洁薄膜的制备与太阳能电池组件的窗口层集成同时进行。
[0029] 本发明还提供一种减反射自清洁薄膜，所述种减反射自清洁薄膜包括透明柔性薄 膜以及形成于所述透明柔性薄膜上的具有微米尺寸的立体图形结构，且所述立体图形结构 具有表面修饰，使得所述透明柔性薄膜具有减反射自清洁的性能。
[0030] 优选地，所述透明柔性薄膜，包括透明聚合物材料或透明聚合物材料与透明无机 材料的复合物薄膜，其中，所述透明聚合物材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸 酯(PC)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚氨 酯