一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法。具體步驟：（1）硅納米陣列制備工藝：利用勻膠機在硅襯底上依次均勻涂覆聚甲基丙烯酸甲酯層和紫外納米壓印膠層；利用紫外納米壓印復合軟模板進行壓印得到壓印膠納米陣列結構；利用反應離子刻蝕，暴露出硅襯底；在刻蝕后的樣品表面鍍一層鉻，并用舉離工藝得到鉻納米陣列結構；以鉻納米陣列結構為掩膜，利用反應離子刻蝕得到尖劈硅納米結構即黑硅材料；（2）對刻蝕完成的黑硅材料進行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進行表面化學處理。本發明的制備方法能在硅襯底上得到具有自清潔功能的周期性納米陣列結構的黑硅材料，可以廣泛應用于高性能太陽能電池及光電效應器件的制備。
【專利說明】一種具有自清潔功能的黑娃材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池作為一種可再生清潔能源，受到很多國家的關注。其中，硅基太陽能電池的市場占有份額達到90%以上。黑硅材料具有寬光譜吸收的特性，因此在太陽能電池上有很大應用前景。
[0003]黑硅是一種表面具有準有序或周期性微結構的硅材料。黑硅對太陽光具有很低的反射率和很高的吸收率，它對到近紫外到近紅外的光幾乎全部吸收。利用黑硅制備的太陽能電池，可以大大提高太陽光的吸收利用率。
[0004]1995年普林斯頓大學的S.Y.Chou教授首先提出了納米壓印技術。納米壓印技術具有高分辨率，高產量，大面積，低成本等優點而被廣泛應用于生物醫學，信息存儲，亞波長光學器件，納米電子學等諸多領域中表面微結構的制備。在眾多納米壓印技術中，軟模板納米壓印技術因其可以在曲面和非平面襯底上快速制備高分辨率納米圖案而更受到關注。
[0005]自清潔功能是指樣品表面具有超疏水性和很低的水滴粘附性，水滴在這種表面極易滾落從而帶走表面上灰塵等污染物從而實現自我清潔的效果。具有自清潔功能的表面對于太陽能電池的室外工作性能具有很大意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法，能夠應用在太陽能電池領域。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
[0008]一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0009](I)利用勻膠機在硅襯底上均勻涂覆一層聚甲基丙烯酸甲酯；
[0010](2)利用勻膠機在聚甲基丙烯酸甲酯層上均勻涂覆一層紫外納米壓印膠；
[0011](3)利用紫外納米壓印復合軟模板進行紫外納米壓印得到固化的紫外納米壓印膠納米陣列結構；
[0012](4)再利用反應離子刻蝕穿紫外納米壓印膠納米陣列結構的殘余層和下層的聚甲基丙烯酸甲酯暴露出硅襯底；
[0013](5)利用電子束蒸發鍍膜儀器在刻蝕后的樣品表面鍍一層金屬鉻，并用舉離工藝得到金屬鉻納米陣列結構；
[0014](6)再以金屬鉻納米陣列結構為掩膜，利用三氟甲烷、四氟化碳和氧氣的混合氣體反應離子刻蝕得到尖劈硅納米結構即黑硅材料；
[0015](7)對刻蝕完成的黑硅材料進行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進行表面化學處理，即得到具有自清潔功能的黑硅材料。
[0016]所述硅襯底為(100)、(110)或者(111)方向的厚度不限的拋光硅片，或者為在其他襯底上生長的光滑的無定向硅或非晶硅表面。
[0017]所述紫外納米壓印復合軟模板是由柔性硅橡膠材料為柔性襯底與高硬度聚合物材料作為剛性結構層構成。
[0018]本發明提供了一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法，與現有技術相比具有的有益效果是:
[0019](I)本發明的黑硅上納米陣列結構制備采用軟模板納米壓印技術，不需要復雜的壓印設備，還可以減小傳統納米壓印工藝中灰塵等污染物對壓印的影響，并能獲得大面積均勻的高分辨率的頂端尖劈納米結構，這對于高質量的太陽能電池意義很大。
[0020](2)本發明制備的具有自清潔功能的黑硅材料在太陽光波段具有很低的反射率(相比光滑硅表面)，這能大大提高黑硅太陽能電池的光吸收利用率。
[0021](3)本發明制備的具有自清潔功能的黑硅材料具有優異的超疏水性能，即能實現自清潔功能，可以提高黑硅太陽能電池的室外工作性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明具有自清潔功能的黑硅材料制備流程示意圖；1_紫外納米壓印膠層；2_聚甲基丙烯酸甲酯層；3_硅襯底；4_復合軟模板柔性襯底；5_復合軟模板剛性結構層；6_固化的紫外納米壓印膠納米陣列結構；7_電子束蒸發鍍膜的金屬鉻。
[0023]圖2為實施例制備的黑硅材料表面納米陣列結構的掃描電子顯微鏡照片，(a)是200納米周期納米深硅溝槽陣列和黑硅表面水滴靜態接觸角數碼照片，(b)是水滴靜態接觸角158.3°滾動角小于5°。
[0024]圖3為本發明具有自清潔功能的黑硅材料和無結構光滑硅表面的反射光譜。【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明:
[0026]本實施例的具有自清潔功能的黑硅材料具體制作步驟:
[0027](I)利用勻膠機在硅襯底3上以3000轉/分鐘，60秒均勻涂覆一層聚甲基丙烯酸甲酯2。
[0028](2)利用勻膠機在聚甲基丙烯酸甲酯層上以1600轉/分鐘，40秒均勻涂覆一層紫外納米壓印膠I。
[0029](3)將紫外納米壓印復合軟模板以結構面對著紫外膠的方式平鋪在襯底上，構成壓印組合。紫外壓印膠液體會由于毛細力自動填充模板剛性結構層5，復合軟模板的柔性襯底4能與與硅襯底3緊密貼合。再用紫外汞燈曝光I分鐘時間，使紫外壓印膠I充分固化；再分離模板得到固化的紫外納米壓印膠納米陣列結構6。
[0030](4)再利用三氟甲烷和氧氣的混合氣體的反應離子刻蝕將紫外納米壓印膠納米陣列結構6的殘余層刻蝕完并暴露出下層的聚甲基丙烯酸甲酯2。
[0031](5)再以紫外納米壓印膠納米陣列結構6為掩膜，利用氧氣的反應離子刻蝕將的下層的聚甲基丙烯酸甲酯2刻蝕穿直至暴露硅襯底。[0032](6)再電子束蒸發鍍膜儀器在刻蝕后的表面鍍一層厚度30納米金屬鉻7。
[0033](7)再用超聲清洗機在氯苯中超聲樣品，去掉聚合物及聚合物材料頂端的金屬鉻，完成舉離工藝并在硅襯底表面得到與紫外納米壓印膠納米陣列結構6圖案相反的金屬鉻納米陣列結構。
[0034](8)再以金屬鉻納米陣列結構為掩膜，利用三氟甲烷，四氟化碳，氧氣的混合氣體反應離子刻蝕將金屬鉻納米陣列結構傳遞到下次硅襯底。
[0035](9)在8的基礎上延長刻蝕時間，直至金屬鉻掩膜被消耗完，在硅納米陣列結構的頂部刻蝕出尖劈納米結構即黑硅材料。
[0036]( 10)對刻蝕完成的黑硅材料進行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進行表面化學處理，即得到所述具有自清潔功能的黑硅材料。
【權利要求】
1.一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)利用勻膠機在硅襯底上均勻涂覆一層聚甲基丙烯酸甲酯； (2)利用勻膠機在聚甲基丙烯酸甲酯層上均勻涂覆一層紫外納米壓印膠； (3)利用紫外納米壓印復合軟模板進行紫外納米壓印得到固化的紫外納米壓印膠納米陣列結構； (4)再利用反應離子刻蝕穿紫外納米壓印膠納米陣列結構的殘余層和下層的聚甲基丙烯酸甲酯暴露出硅襯底； (5)利用電子束蒸發鍍膜儀器在刻蝕后的樣品表面鍍一層金屬鉻，并用舉離工藝得到金屬鉻納米陣列結構； (6)再以金屬鉻納米陣列結構為掩膜，利用三氟甲烷、四氟化碳和氧氣的混合氣體反應離子刻蝕得到尖劈硅納米結構即黑硅材料； (7)對刻蝕完成的黑硅材料進行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進行表面化學處理，即得到具有自清潔功能的黑硅材料。
2.根據權利要求1所述的一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法，其特征在于，所述硅襯底為(100)、(110)或者(111)方向的厚度不限的拋光硅片，或者為在襯底上生長的光滑的無定向硅或非晶硅表面。
3.根據權利要求1或2所述的一種具有自清潔功能的黑硅材料的制備方法，其特征在于，所述紫外納米壓印復合軟模板是由柔性硅橡膠材料為柔性襯底與高硬度聚合物材料作為剛性結構層構成。
【文檔編號】C23F1/02GK103594555SQ201310553963
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】邊捷, 袁長勝 申請人:無錫英普林納米科技有限公司