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(fā)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(jī)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(fù)合軟模板進(jìn)行壓印得到壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)；利用反應(yīng)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(jié)構(gòu)；以鉻納米陣列結(jié)構(gòu)為掩膜，利用反應(yīng)離子刻蝕得到尖劈硅納米結(jié)構(gòu)即黑硅材料；（2）對(duì)刻蝕完成的黑硅材料進(jìn)行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進(jìn)行表面化學(xué)處理。本發(fā)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(jié)構(gòu)的黑硅材料，可以廣泛應(yīng)用于高性能太陽(yáng)能電池及光電效應(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)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(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池作為一種可再生清潔能源，受到很多國(guó)家的關(guān)注。其中，硅基太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)占有份額達(dá)到90%以上。黑硅材料具有寬光譜吸收的特性，因此在太陽(yáng)能電池上有很大應(yīng)用前景。
[0003]黑硅是一種表面具有準(zhǔn)有序或周期性微結(jié)構(gòu)的硅材料。黑硅對(duì)太陽(yáng)光具有很低的反射率和很高的吸收率，它對(duì)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(yáng)能電池，可以大大提高太陽(yáng)光的吸收利用率。
[0004]1995年普林斯頓大學(xué)的S.Y.Chou教授首先提出了納米壓印技術(shù)。納米壓印技術(shù)具有高分辨率，高產(chǎn)量，大面積，低成本等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，信息存儲(chǔ)，亞波長(zhǎng)光學(xué)器件，納米電子學(xué)等諸多領(lǐng)域中表面微結(jié)構(gòu)的制備。在眾多納米壓印技術(shù)中，軟模板納米壓印技術(shù)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(guān)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(shí)現(xiàn)自我清潔的效果。具有自清潔功能的表面對(duì)于太陽(yáng)能電池的室外工作性能具有很大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)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(yīng)用在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)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(jī)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(jī)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(fù)合軟模板進(jìn)行紫外納米壓印得到固化的紫外納米壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)；
[0012](4)再利用反應(yīng)離子刻蝕穿紫外納米壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)；
[0014](6)再以金屬鉻納米陣列結(jié)構(gòu)為掩膜，利用三氟甲烷、四氟化碳和氧氣的混合氣體反應(yīng)離子刻蝕得到尖劈硅納米結(jié)構(gòu)即黑硅材料；
[0015](7)對(duì)刻蝕完成的黑硅材料進(jìn)行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進(jìn)行表面化學(xué)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(zhǎng)的光滑的無定向硅或非晶硅表面。
[0017]所述紫外納米壓印復(fù)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(jié)構(gòu)層構(gòu)成。
[0018]本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
[0019](I)本發(fā)明的黑硅上納米陣列結(jié)構(gòu)制備采用軟模板納米壓印技術(shù)，不需要復(fù)雜的壓印設(shè)備，還可以減小傳統(tǒng)納米壓印工藝中灰塵等污染物對(duì)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(jié)構(gòu)，這對(duì)于高質(zhì)量的太陽(yáng)能電池意義很大。
[0020](2)本發(fā)明制備的具有自清潔功能的黑硅材料在太陽(yáng)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(yáng)能電池的光吸收利用率。
[0021](3)本發(fā)明制備的具有自清潔功能的黑硅材料具有優(yōu)異的超疏水性能，即能實(shí)現(xiàn)自清潔功能，可以提高黑硅太陽(yáng)能電池的室外工作性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)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(fù)合軟模板柔性襯底；5_復(fù)合軟模板剛性結(jié)構(gòu)層；6_固化的紫外納米壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)；7_電子束蒸發(fā)鍍膜的金屬鉻。
[0023]圖2為實(shí)施例制備的黑硅材料表面納米陣列結(jié)構(gòu)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(tài)接觸角數(shù)碼照片，(b)是水滴靜態(tài)接觸角158.3°滾動(dòng)角小于5°。
[0024]圖3為本發(fā)明具有自清潔功能的黑硅材料和無結(jié)構(gòu)光滑硅表面的反射光譜。【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0026]本實(shí)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(jī)在硅襯底3上以3000轉(zhuǎn)/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(jī)在聚甲基丙烯酸甲酯層上以1600轉(zhuǎn)/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(fù)合軟模板以結(jié)構(gòu)面對(duì)著紫外膠的方式平鋪在襯底上，構(gòu)成壓印組合。紫外壓印膠液體會(huì)由于毛細(xì)力自動(dòng)填充模板剛性結(jié)構(gòu)層5，復(fù)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(shí)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(jié)構(gòu)6。
[0030](4)再利用三氟甲烷和氧氣的混合氣體的反應(yīng)離子刻蝕將紫外納米壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)6為掩膜，利用氧氣的反應(yīng)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(fā)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(jī)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(jié)構(gòu)6圖案相反的金屬鉻納米陣列結(jié)構(gòu)。
[0034](8)再以金屬鉻納米陣列結(jié)構(gòu)為掩膜，利用三氟甲烷，四氟化碳，氧氣的混合氣體反應(yīng)離子刻蝕將金屬鉻納米陣列結(jié)構(gòu)傳遞到下次硅襯底。
[0035](9)在8的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)刻蝕時(shí)間，直至金屬鉻掩膜被消耗完，在硅納米陣列結(jié)構(gòu)的頂部刻蝕出尖劈納米結(jié)構(gòu)即黑硅材料。
[0036]( 10)對(duì)刻蝕完成的黑硅材料進(jìn)行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進(jìn)行表面化學(xué)處理，即得到所述具有自清潔功能的黑硅材料。
【權(quán)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(jī)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(jī)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(fù)合軟模板進(jìn)行紫外納米壓印得到固化的紫外納米壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)； (4)再利用反應(yīng)離子刻蝕穿紫外納米壓印膠納米陣列結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)； (6)再以金屬鉻納米陣列結(jié)構(gòu)為掩膜，利用三氟甲烷、四氟化碳和氧氣的混合氣體反應(yīng)離子刻蝕得到尖劈硅納米結(jié)構(gòu)即黑硅材料； (7)對(duì)刻蝕完成的黑硅材料進(jìn)行氧氣等離子的處理，并接著用氟硅烷試劑進(jìn)行表面化學(xué)處理，即得到具有自清潔功能的黑硅材料。
2.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)的光滑的無定向硅或非晶硅表面。
3.根據(jù)權(quán)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(fù)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(jié)構(gòu)層構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】C23F1/02GK103594555SQ201310553963
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】邊捷, 袁長(zhǎng)勝 申請(qǐng)人:無錫英普林納米科技有限公司