一種廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)屬于光學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬譜廣角減反是諸多光學(xué)領(lǐng)域需要的器件功能特性，如何廉價(jià)大面積織構(gòu)表面獲得需要的寬譜廣角減反且不損害器件其他功能特性一直是光學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域追求的目標(biāo)。
[0003]就光伏領(lǐng)域而言，II1-V太陽電池和Si系太陽電池是光伏領(lǐng)域的主要元器件，但高折射率使得其反射損耗高達(dá)30%以上，自身納米級(jí)表面織構(gòu)化雖然能夠?qū)崿F(xiàn)寬譜減反，但由此導(dǎo)致的表面非輻射復(fù)合使得其載流子收集困難，不能有效提高電池效率，如何不破壞其表面載流子收集能力而提高其寬譜減反性能一直是光伏領(lǐng)域的難題。
[0004]雖然太陽電池表面涂覆介質(zhì)膜成為減反的主要方法，并將其表面納米級(jí)織構(gòu)化更有助于其寬譜減反，但其制備工藝大多需要納米量級(jí)光刻，價(jià)格昂貴，無易于提高電池的性價(jià)比；金屬自組裝作為廉價(jià)大面積納米結(jié)構(gòu)圖案的形成方案被廣泛采用，但是高的自組裝溫度使得該方案與許多光電子器件的制備流程不相兼容，且會(huì)破壞原有器件的性能，另外，高溫導(dǎo)致的能量損耗也使其成本增加。因此，如何廉價(jià)制備滿足上述需求的寬譜減反結(jié)構(gòu)為相關(guān)領(lǐng)域所矚目。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟:
s1、在基底材料表面沉積介質(zhì)膜；
s2、在所述介質(zhì)膜表面形成金屬膠體薄膜；
S3、對(duì)所述金屬膠體薄膜進(jìn)行熱處理，獲得金屬納米結(jié)構(gòu)；
s4、以所述金屬納米結(jié)構(gòu)為掩膜對(duì)所述介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕，形成減反結(jié)構(gòu)；
s5、去除金屬納米結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述基底材料可以為半導(dǎo)體、絕緣體、導(dǎo)體或者它們的堆疊組合；還可以為有機(jī)材料或無機(jī)材料或者他們的組入口 ο
[0008]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述金屬有機(jī)膠體薄膜為金、銀、銅、鐵、鋁、鉬、鈦、鎳膠體薄膜或者它們其中幾個(gè)的共溶體。
[0009]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述介質(zhì)膜的材質(zhì)為 Si02、SiN、Ti02、Al203、Hf02、SiNO、ZnO、ZnS、MgF 中的一種或多種的組合。
[0010]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述步驟S3中，熱處理的方法包括熱板加熱、快速熱退法、加熱箱烘烤、微波加熱、光加熱或磁加熱。
[0011]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述步驟S3中，熱處理的溫度為10(T65(TC。
[0012]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述步驟s2中，采用稀釋劑和金屬膠體溶液進(jìn)行混合，獲得稀釋的金屬膠體溶液，然后將其涂于所述介質(zhì)膜表面形成金屬膠體薄膜。
[0013]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述稀釋劑為表面活性劑、乙醇或者其他羥基有機(jī)溶液。
[0014]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述金屬膠體為溶度為10%~90% wt%的金屬墨水。
[0015]優(yōu)選的，在上述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，所述金屬膠體薄膜的厚度為20nm~1000nm。
[0016]優(yōu)選的，在所述的廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，根據(jù)光學(xué)和光電子器件的要求，其上金屬納米結(jié)構(gòu)掩膜可以去除或者不去除。
[0017]本申請(qǐng)實(shí)施例還公開了一種廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)，包括基底材料、以及形成于所述基底材料上且具有無序納米結(jié)構(gòu)的減反層，所述減反層上分布有金屬納米結(jié)構(gòu)。該金屬納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選形成于無序納米結(jié)構(gòu)的頂端。具有無序納米結(jié)構(gòu)的減反層在應(yīng)用于太陽能電池等光電子器件時(shí)，其還可以起到鈍化層作用。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在基底材料或結(jié)構(gòu)表面沉積適當(dāng)厚度的介質(zhì)膜，然后在介質(zhì)膜上旋涂金屬膠體，形成金屬膠體薄膜，進(jìn)一步對(duì)該結(jié)構(gòu)材料烘烤，使得金屬膠體薄膜變成金屬納米結(jié)構(gòu)，以此為掩膜，蝕刻介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步地，根據(jù)光學(xué)和光電子器件需求，去除(或者保留)金屬掩膜，獲得寬譜廣角減反效果。該寬譜廣角減反結(jié)構(gòu)制備方案簡(jiǎn)單易行、可實(shí)現(xiàn)大面積、只需要低溫、制備能耗低和效率高、與諸多材料和光電子器件制備工藝兼容。本發(fā)明所制得的具有納米結(jié)構(gòu)的介質(zhì)膜應(yīng)用于太陽能電池等光電子器件時(shí)，可兼具寬譜廣角減反和表面鈍化作用，有效提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率及其他性能。本發(fā)明所獲得具有納米結(jié)構(gòu)的介質(zhì)膜的表面同時(shí)還具有自清潔的功能。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例1中所獲得的納米結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例2中所獲得的納米結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例2中所獲得的減反結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖4所示為本發(fā)明具體實(shí)施例3中所獲得的納米結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖5所示為實(shí)施例1至實(shí)施例3中所獲得的減反結(jié)構(gòu)的表面反射率對(duì)比圖；
圖6所示為實(shí)施例4中所獲得的減反結(jié)構(gòu)在不同入射角度下減反性能的對(duì)照?qǐng)D； 圖7所示為實(shí)施例2和實(shí)施例4所獲得的減反結(jié)構(gòu)的減反性能的對(duì)比圖；
圖8所示為實(shí)施例5中所獲得的納米結(jié)構(gòu)的表面圖；
圖9所示為實(shí)施例5中所獲得的減反結(jié)構(gòu)的截面圖；
圖10所示為實(shí)施例5中GaAs襯底上沉積500 nm SiN以及最終所獲得的減反結(jié)構(gòu)的表面反射率對(duì)比圖；
圖11所示為實(shí)施例5中試驗(yàn)過程中的樣品圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種廉價(jià)無序?qū)捵V廣角減反結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟: s1、在基底材料表面沉積介質(zhì)膜；
s2、在所述介質(zhì)膜表面形成金屬膠體薄膜；
S3、對(duì)所述金屬膠體薄膜進(jìn)行熱處理，獲得金屬納米結(jié)構(gòu)；
s4、以所述金屬納米結(jié)構(gòu)為掩膜對(duì)所述介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕，形成減反結(jié)構(gòu)；
s5、去除金屬納米結(jié)構(gòu)。
[0022]在上述的減反結(jié)構(gòu)的制作方法中，基底材料為半導(dǎo)體、絕緣體、導(dǎo)體或者它們的堆疊組合；以及有機(jī)材料或無機(jī)材料或者他們的組合，半導(dǎo)體基底優(yōu)選為II1-V電池或者Si系電池；上述步驟si中，介質(zhì)膜的材質(zhì)為Si02、SiN、Ti02、A1203、Hf02、SiNO、ZnO、ZnS、MgF中的一種或多種的組合，介質(zhì)膜的制備可以采用ICP-CVD、PECVD、熱蒸發(fā)沉積、電子束蒸發(fā)沉積、磁控濺射或原子層沉積，具有無序納米結(jié)構(gòu)的介質(zhì)膜在應(yīng)用于太陽能電池等光電子器件時(shí)，其還可以起到鈍化層作用。上述步驟s2中，采用乙醇、異丙醇或其他化學(xué)分散劑、表面活性劑溶液按照一定的稀釋比例配制金屬膠體溶液，采用旋涂、滴涂等可以分散膠體溶液的方法在基底表面制備出幾十納米-幾個(gè)微米厚度的金屬膠體薄膜；金屬膠體溶液優(yōu)選為銀墨水，還可以為金、銅、鐵、鋁、鉬、鈦、鎳膠體或他們多種的共溶體；上述步驟s3中，采用熱板加熱或者快速熱退法(RTA)、加熱箱烘烤、微波加熱、光加熱、磁加熱等方式在空氣或者一定氣體氣氛下使金屬膠體薄膜在表面張力作用下開始形變，最終形成起掩膜作用的納米結(jié)構(gòu)模板；上述步驟s4中，基于上述納米結(jié)構(gòu)模板采用干法刻蝕、濕法腐蝕或陽極氧化刻蝕的方法將該納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基底材料或結(jié)構(gòu)上。
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。
[0024]在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0025]實(shí)施例1
1、在基底材料表面沉積介質(zhì)膜
在Si基底上利用PECVD方法沉積520 nm厚度的S1，形成介質(zhì)膜。
[0026]2、金屬膠體溶液(3.75%Ag)的制備
采用70% Ag ink:乙醇=1:18的稀釋比例配制金屬有機(jī)膠體溶液。
[0027]3、金屬膠體薄膜的制備采用旋涂方法在介質(zhì)膜上得到140nm厚的金屬膜層。
[0028]4、金屬納米結(jié)構(gòu)的制備