[发明专利]具有纳米二氧化硅基涂层的抗反射制品

说明书

背景技术

结构化表面已被用于多种应用中以取得光学有益效果、表面能改性、粘合剂粘性控制和减阻。例如，光伏面板表面上的棱柱结构可减少反射并将更多的光引导向硅电池，从而增大功率输出。当应用于汽车、船等或应用于风轮机或水轮机叶片时，类似的棱柱结构将促进流体在表面上的流动，使得阻力减小。

由于基于燃烧化石燃料的常规发电(例如，基于石油和煤炭的发电厂)的成本升高以及减少伴随的温室气体的需要非常规电源中的投资已增加。例如，美国能源部已在太阳能发电(例如，基于太阳能的热水生成和发电)的研究和开发中进行了大量投资。一种这样的非常规发电源是使用光伏电池来将太阳光能转化为电。太阳光能还已被用来直接或间接地加热水以供住宅和商业使用。与此提高的关注程度一道，需要改善此类非常规太阳能技术可吸收光能的效率并从而增加可供使用的太阳能的量。因而，期望在能量转换设备和太阳之间放置抗反射表面以便减少表面反射和增加透射。伴随抗反射表面的一个常见问题是污染和因此对抗反射表面上减少或防止污物、沙、油等积聚的涂层的需要。

发明内容

在一个方面，本发明描述了一种制品，所述制品包括具有抗反射结构化表面的透明基材(例如膜)和其上的包含二氧化硅纳米粒子的多孔网络(通常为三维网络)的烧结涂层，其中所述二氧化硅纳米粒子粘结至相邻的二氧化硅纳米粒子。图2示出了尚未被烧结的二氧化硅纳米粒子2。图3示出了已经酸烧结的二氧化硅纳米粒子3。

在另一方面，本发明提供了一种制备本文所述的制品的方法，所述方法包括：

向透明基材的抗反射结构化表面上施加包含二氧化硅纳米粒子的涂料组合物以提供涂层，其中所述涂料组合物的pH低于3；和

使二氧化硅纳米粒子酸烧结，以提供制品。

在另一方面，本发明提供了一种制备本文所述的制品的方法，所述方法包括：

向透明基材的抗反射结构化表面上施加包含二氧化硅纳米粒子的涂料组合物以提供涂层；和

加热所述涂层以提供制品。

在另一方面，本发明提供了一种制备本文所述的制品的方法，所述方法包括：

向透明基材的抗反射结构化表面上施加包含核-壳二氧化硅纳米粒子的涂料组合物以提供涂层，其中每个核-壳粒子包含聚合物核，所述聚合物核被布置在聚合物核上的无孔球形二氧化硅粒子的壳所包绕，并且其中所述无孔球形二氧化硅粒子的体积平均粒径不大于60纳米(在一些实施例中，不大于50纳米、40纳米、30纳米、20纳米、或甚至不大于10纳米)；和

加热所述涂层以提供制品。

在本专利申请中：

“抗反射”意指在法向角下反射低于4％的表面；

“烧结”意指粒子的相邻表面的粘结；

“结构化表面”意指任何非平面表面；和

“二氧化硅纳米粒子的多孔网络”意指当纳米粒子形成连续涂层时在所产生的二氧化硅纳米粒子之间空隙的存在。优选的是，当干燥时，网络的孔隙度为25体积％至45体积％、更优选地为30体积％至40体积％。在一些实施例中，孔隙度可以更高。孔隙度可自涂层的折射率按例如W.L.Bragg，A.B.Pippard，Acta Crystallographica(《结晶学报》)，volume 6(第6卷)，page 865(第865页)(1953)中公布的程序来计算，该文献的公开内容以引用方式并入本文中。图1中示出了二氧化硅纳米粒子的任何示例性三维多孔网络。

另外，如本文所用，术语“透明的”意指允许所需带宽的光透射通过的基材。如该术语在本文中所用，基材可以不还被认为是澄清的而仍是透明的。也就是说，如该术语在本文中所用，基材可以被认为是混浊的而仍是透明的。期望根据本发明的透明基材允许至少85％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％或98％的光透射通过。期望的透明性电磁波长包括可见范围(即约400nm至约2500nm，在一些实施例中，优选约400nm至约1150nm)和/或近红外(IR)范围(即约700nm至约2500nm)，但其他透明性电磁波长也可用。

本文所述的制品的用途包括光能吸收装置(例如光伏装置)和太阳热加热装置。

附图说明

图1为二氧化硅纳米粒子的示例性三维多孔网络的扫描电子显微照片。

图2为烧结前多孔纳米结构表面的扫描电子显微照片。

图3为经烧结的多孔纳米结构表面的扫描电子显微照片。

图4为UV稳定的基材上抗反射表面结构上二氧化硅纳米粒子涂层的示例性示意图。