[发明专利]光学膜

说明书

技术领域

本发明涉及具有抗反射性能的纳米结构及其在光学膜中的应用。更具体地，本发明涉及同时具有抗反射和自清洁性能的这种结构及其在诸如太阳能电池组件和太阳能聚集器等光捕获装置中的应用。

背景技术

表面的光反射降低了用于光收集的装置的效率，所述用于光收集的装置例如用于发电或发热，或用于制氢，或捕获光而用于传输目的，例如用于沿光导器传输光以照明建筑物内部或简单地照明几乎没有自然入射光之处的黑暗内部。

太阳能聚集器是将光从阳光直照的相对较宽区域聚焦到能量转换装置(例如，光伏电池)所处的较小区域中的可选系统，由此允许使用较小的转换器并因而降低太阳能系统的成本(其通常由能量转换器的价格决定)。从诸如太阳能电池组件或折射太阳能聚集器等透射光收集装置的表面反射的所有光都损耗，由此使总的收集光减少。通过将抗反射涂层置于光收集表面的外侧上，减少反射，由此使收集器的效率提高。

累积在光收集装置外侧上的灰尘和污垢，由于使表面透射减少，因而也会降低装置效率。因此，必须清洁太阳能板和太阳能收集器，以使其效率随时间推移得以保持。即使在具有阳光直照程度高的环境中，也常常发生降雨，这可有助于清洁这种装置的外表面。此外，可用洒水器实施低成本的人工可替代方案替代降雨来执行这样的清洁。在降雨或洒水系统的作用下能够自清洁、去除灰尘和污物的表面当存在于光收集装置上时将是特别有益的。光反射的问题还可影响到显示器表面，特别是用于显示电子制式影像的显示器表面，例如在电视接收机、电脑显示器、投影显示系统等中所用的显示器表面。来自显示器表面的环境光的反射产生分散的表面反射或闪光，由此降低了影像质量。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种基板，例如透明光学基板膜，包括作为抗反射表面操作的调制纳米脊结构。本发明还涉及具有改进抗反射性能的这种基板，特别是在宽范围光入射角度上、尤其在大光入射角(例如，以相对于表面法向的大于60度的角)情况下作为有效的入射光(例如光学光)抗反射体的基板。至少根据本发明该方面的基板特别适用于诸如太阳能电池组件和太阳能聚集器等光捕获装置的表面和显示器的表面，以减少分散的表面反射。

在另一个方面，本发明提供一种基板，例如，透明光学基板膜，包括同时用作抗反射表面和自清洁表面的调制纳米脊结构。这些基板特别适用于诸如太阳能电池、光学聚集器和窗户等需要保持清洁的光收集装置的外表面上。

从一个方面可见，因而本发明提供一种纳米结构，包括多个纳米脊，其中每个纳米脊的高度是调制的，由此沿每个纳米脊的长度形成一个或多个峰(例如，一系列峰)。通常，每个纳米脊的长度将远大于其高度(例如，其最大高度)。典型地，每个纳米脊的长度将在cm的量级，例如，大于1cm。

为了使抗反射性能最大化(基于对光“显现”为具有分级折射率界面的表面的效果)，优选的是，纳米结构的一个或多个尺寸，优选全部尺寸小于入射光的半波长。这些尺寸包括：特别是每个纳米脊的间距和高度(以及还优选最大高度)、沿纳米脊结构的长度设置的每个峰的间距和高度，和相邻纳米脊和/或峰的间隔(在相邻纳米脊和/或峰在其底部不接触的情况下)。优选地，纳米结构的尺寸将小于波长，更优选地小于入射光的半波长，例如小于入射光的1/4波长。虽然入射光包含宽范围波长，不过优选是指能理想地减少反射所涉及的入射光。通常有意义的波长为光学范围内(至近红外)的波长，即，400nm至1000纳米范围内的波长，这是因为，这些波长是使光伏电池能用于产生电流的波长。

每个纳米脊的精确形状和尺寸(以及沿纳米脊的长度所形成的峰的精确形状和尺寸)不是严格的，可以想到的是，宽范围的不同形状和尺寸也能对沿每个纳米脊的高度提供所需调制，从而提供理想的抗反射性能。本领域技术人员可容易确定适合的形状和尺寸。例如，纳米脊和/或峰可为成角度的，平滑的，弯曲的，钝形的，等等，或者为这些形状的任意组合。在给定的纳米结构内，不同纳米脊可具有不同的形状和/或尺寸。同样考虑沿给定纳米脊的不同峰的形状和尺寸，和/或不同纳米脊上的不同峰。不过，通常优选的是，每个纳米脊(及其相应峰)在形状和尺寸上(至少在制造工艺的允许限度内)大致相同。

类似地，纳米脊的精确取向和间隔以及沿特定纳米脊的峰间隔可变，但仍可实现在此描述的理想效果。不过，优选的是，这些结构有规律地分开，优选紧邻排布(例如，这些结构具有零间隔)。更优选地，根据本发明的纳米结构将在结构上大致有规律。