[發(fā)明專利]一種基于表面親疏水微結(jié)構(gòu)的涂布機(jī)刮刀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110238389.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN113102193B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡笑添;陳義旺;王洪宇;孟祥川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): B05C11/04
• 分類號(hào): B05C11/04
• 代理公司: 南昌朗科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36134
• 代理人: 郭毅力;郭顯文

一種基于表面親疏水微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的涂布機(jī)刮刀，由親水層與疏水層相間隔橫向均勻分布的條形溝槽微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。親水層由作為刮刀基底的硅片基底經(jīng)親水性處理形成；疏水層由旋涂在刮刀基底（硅片基底）上的疏水性材料形成。本發(fā)明的有益效果是：（1）該親疏水圖案化微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的刮刀其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，涂布效率高、精度高。（2）由于刮刀表面親疏水圖案化結(jié)構(gòu)的存在，使得表面呈現(xiàn)親疏水相間式均勻排布，借助于部分區(qū)域材料的疏水性質(zhì)，適當(dāng)抑制墨水在硅片刀頭表面的擴(kuò)散現(xiàn)象，有利于減少溶劑揮發(fā)速度，從而實(shí)現(xiàn)涂布過程中墨水組分更均勻的鋪展，并制備均勻平整的薄膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刮刀涂布機(jī)技術(shù)領(lǐng)域及鈣鈦礦光伏器件領(lǐng)域，尤其涉及刮刀刀頭的表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

刮刀涂布機(jī)由于其良好的成膜性，已經(jīng)被應(yīng)用于光伏器件的制備，無論是小面積還是大面積光伏器件，其光電轉(zhuǎn)換效率都在穩(wěn)步提升。目前，人們對(duì)這一薄膜制備工藝還在進(jìn)行深入研究，改善光電器件的薄膜質(zhì)量，進(jìn)一步提高器件的光電性能。

刮刀涂布機(jī)是指將涂料施工于底材上的一道或多道涂層所形成的固態(tài)連續(xù)膜的儀器；現(xiàn)有的刮刀涂布機(jī)在進(jìn)行基材涂布時(shí)，由刮刀帶動(dòng)墨水運(yùn)動(dòng)，但由于刮刀刀頭表面通常是親水表面，墨水會(huì)在硅片刀頭表面會(huì)完全鋪展開，從而會(huì)增大墨水暴露表面積，加快溶劑的揮發(fā)速度，使得墨水在涂布過程中不均勻成膜，惡化薄膜形貌，降低光電器件性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問題，提供一種涂布機(jī)刮刀，其刀頭表面進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，具體表現(xiàn)為刀頭表面的親疏水圖案化微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效改善墨水在刮刀涂布過程中的擴(kuò)散問題，從而顯著改善涂覆基材在基底上的成膜效果，并將其應(yīng)用于光伏器件的制備。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明所述的一種基于表面親疏水微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的涂布機(jī)刮刀，由親水層與疏水層相間隔橫向均勻分布的條形溝槽微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

所述的親水層由作為刮刀基底的硅片基底經(jīng)親水性處理形成。

所述的疏水層由旋涂在刮刀基底（硅片基底）上的疏水性材料形成。

本發(fā)明所述的刮刀基底的硅片基底為單晶硅、一氧化硅等，優(yōu)選單晶硅。

本發(fā)明所述的疏水層為微米級(jí)超薄疏水層，其材質(zhì)為全氟聚合物、環(huán)氧樹脂、硅氧烷、氟硅烷等疏水性材料。所述的全氟聚合物為如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、全氟磺酰樹脂等。

本發(fā)明所述的條形溝槽微結(jié)構(gòu)可以不同間隔寬度進(jìn)行橫向均勻排布，間隔寬度實(shí)際為疏水表面在橫向上的寬度，其中間隔寬度最小可達(dá)0.5μm，最大可為50μm，從而在硅片基底上形成規(guī)則的親水層與疏水層相間隔的圖案化微結(jié)構(gòu)，從而更有利于涂布過程中的流體動(dòng)力學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)均勻涂覆。

本發(fā)明所述的條形溝槽微結(jié)構(gòu)斷面可以是不同長(zhǎng)寬的矩形，優(yōu)選為1μm×0.2μm。

本發(fā)明所述的條形溝槽微結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度根據(jù)刮刀硅片基底的大小進(jìn)行確定，優(yōu)選的溝槽長(zhǎng)度為與溝槽平行的基底邊長(zhǎng)的2/3。

本發(fā)明所述的親水性處理是采用氧等離子體照射，優(yōu)選的照射時(shí)長(zhǎng)為10min，保證暴露的硅基底表面親水性處理后為具有親水性的親水層。

本發(fā)明所述的親水層與疏水層相間隔的結(jié)構(gòu)的形成過程如下：刮刀基底為硅片基底；在硅片基底上通過旋涂工藝設(shè)置一疏水層，再在疏水層上方涂覆一層光刻膠；利用光刻技術(shù)，在掩膜板的幫助下，刻蝕出具有條形溝槽的間隔橫向均勻分布的圖案化微結(jié)構(gòu)基底；再在掩模板的幫助下，對(duì)刻蝕出條形溝槽進(jìn)行親水性處理，使得暴露出的硅片表面具有親水性功能，最終獲得親疏水圖案化微結(jié)構(gòu)的刮刀。