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随着石化能源的日趋枯竭，全球对能源开发的重视与日俱增，而各种新型清洁能源更是吸引了各国科学家的目光。太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是绝对的清洁能源。太阳能发电是近些年来发展最快、最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池，有望成为未来电力供应的主要支柱。无论哪种太阳能电池都面临两个关键问题：提高效率和降低成本。近年，科学家采取各种钝化减反射膜大大提高了这些高效太阳能电池的光电转换效率。随着这些太阳能电池的大面积应用，其清净工作又需要巨大的投入。因此，人们迫切需要研究出一种具有自清洁性能的减反射涂层，既能够提高太阳能电池效率，又可以降低清洁成本。层层自组装方法是一种简单有效的制备功能薄膜的方法，它可以很方便的调控表面化学成分以及在微米纳米尺度调节表面结构。采用这种方法来制备自清洁减反射涂层，通过优化实验条件，可以对其光学、浸润性能进行研究调控，最终制备出性能优异的多功能涂层。而这类多功能多孔涂层在太阳能电池、建筑幕墙、挡风窗和光学显示器等热点领域必将有着重要的用途。本文基于以上思路，采用层层自组装方法，设计并制备出几种性能优异的自清洁减反射涂层，具体研究内容和结果如下：
⑴宽光谱减反射疏水表面的构筑及其光电转化增强作用。采用层层自组装方法，用实心二氧化硅纳米粒子和聚电解质交替沉积在玻璃基底表面，再经过煅烧去除聚合物并提高涂层与玻璃表面的粘附力以及涂层的机械强度。制备出的涂层具有优异的减反射性能，最大透过率可以提高到99.0％。我们进一步疏水化修饰表面后，制备出了高性能的宽光谱减反射疏水涂层。这些宽光谱减反射涂层最高可以提高6.6％的光电流，从而很好的增强了光电转换效率。另一方面，疏水性能使得这些涂层可以借助水滴的滚落带走灰尘，从而保持表面的清洁。
⑵原位制备阶层粗糙结构二氧化硅纳米颗粒减反射防雾涂层。将小尺寸的二氧化硅纳米粒子和大尺寸的二氧化硅纳米粒子通过静电组装技术原位沉积在基底表面，制备出类似覆盆子状阶层粗糙表面结构的涂层。这种原位方法制备非常简便，无需提前制备覆盆子状粗糙粒子，并且涂层粒子覆盖度高于50％。我们用扫描电镜，原子力显微镜观察了涂层的微观结构，用接触角仪测量了水滴与涂层的接触角及其铺展速度，并且研究讨论了大小粒子的粒径比与表面结构、性能的影响。实验结果表明，该涂层结合了阶层粗糙结构的高粗糙度和二氧化硅纳米颗粒组装的高孔隙结构。所设计的阶层粗糙结构达到了预期的超亲水效果。通过调控大小粒子的粒径比和组装次序，我们还制备出了桑葚状阶层粗糙表面结构的超亲水防雾减反射涂层。
⑶特殊介孔二氧化硅粒子制备可调控超亲水/超疏水减反涂层。合成出了一种特殊结构的介孔二氧化硅纳米粒子，通过扫描电镜和透射电镜观察了这种介孔纳米粒子的微观结构，并用氮气吸附分析研究发现，这种新颖的介孔纳米粒子具有比传统MCM-41介孔粒子更大的比表面积和孔体积。利用这种特殊结构的纳米粒子非常简便的制备出了超亲水减反射涂层。我们利用全反射红外光谱和石英晶体微天平证实了介孔纳米粒子涂层具有毛细吸水作用，由于毛细作用，水滴在其表面应该具有更快的铺展速度。用接触角仪测量了这些涂层的接触角以及铺展速度，并测量了其防雾效果。实验结果表明，这些涂层有很好的超亲水性，特别指出水滴在其表面铺展到接近5°所需的时间可以小于25 ms。经过疏水化修饰的涂层由超亲水转变为超疏水，并且滚动角小于1°。疏水化修饰后的介孔二氧化硅涂层维持了稳定的减反射性能，还可以像荷叶一样实现超疏水自清洁。
⑷二氧化硅-二氧化钛核壳复合粒子制备超亲水/光催化自清洁减反涂层。由于超亲水/超疏水二氧化硅涂层都需要依靠水来实现清洁性能，我们设计采用二氧化硅-二氧化钛复合纳米粒子构筑光催化自清洁的减反射涂层。我们首先制备出了不同粒径大小的二氧化硅-二氧化钛核壳纳米粒子，煅烧后覆盆子状结构的复合粒子表面的二氧化钛小粒子为锐钛矿相，表现出很高的光催化性能。利用这种复合粒子构筑的涂层不仅具有很好的减反射性能，无紫外光照条件下即表现良好的超亲水性，而在紫外光照下，涂层具有光催化特性，可以降解表面的亚甲基蓝分子，恢复其高透过率。因此，制备的这种二氧化硅-二氧化钛复合纳米粒子自清洁减反射涂层可以应用于缺水或者无水的环境。