采用真空磁控反應(yīng)濺射和沸水氧化法制備Al2O3增透膜

2013-05-11 Office辦公助手 http://www.officezhushou.com/

  在玻璃基片上采用金屬Al 靶在濺射氣體Ar 和反應(yīng)氣體O2 的混合氣體中,真空磁控濺射半透明的Al- Al2O3 金屬陶瓷薄膜,再將沉積薄膜的玻璃基片浸入沸騰的去離子水中氧化,制備成陶瓷增透膜。優(yōu)化鍍膜工藝和沸水氧化時(shí)間,在3.2 mm 厚的低鐵玻璃載片上單面沉積的增透膜的太陽(yáng)透射比Te 由未鍍膜原片的90.4%增加到93.9%,提高了3.5%,可見(jiàn)光透射比Tv 由91.6%增加到95.5%,提高了3.9%。雙面沉積增透膜玻璃載片的Te 達(dá)到96.2%,增加了5.8%,Tv 達(dá)到97.2%,增加了5.6%。經(jīng)過(guò)400 ℃高溫持續(xù)40 min 烘烤后膜層的光學(xué)性能基本不變。

  在當(dāng)今社會(huì)能源危機(jī)日益嚴(yán)重的情況下,太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源,正越來(lái)越多地被人們所關(guān)注。在光伏與光熱領(lǐng)域中,將光線接收裝置表面增加一層增透膜以提高太陽(yáng)光輻射到達(dá)接收器表面的功率密度,進(jìn)而提高光能利用效率的方法已經(jīng)越來(lái)越多地被使用。常用的制備增透膜的方法是用溶膠- 凝膠,采用浸涂法在玻璃基片上制備SiO2 雙面增透膜。瑞典的PerNostell 等人采用50 nm 的SiO2 顆粒溶膠- 凝膠,制備的增透膜太陽(yáng)透射比與未浸涂的玻璃載片相比提高5.4%。但這種方法采用的二氧化硅納米顆粒溶液價(jià)格昂貴,且涂層熱分解工藝的溫度較高,能耗較大。國(guó)內(nèi)沈軍等人用溶膠- 凝膠及酸堿兩步催化法制備SiO2 溶膠,采用提拉浸涂法在太陽(yáng)電池組件玻璃上制備SiO2 薄膜,在波長(zhǎng)400 nm~800 nm 范圍內(nèi)平均透過(guò)率增加了5%以上。真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)觀察到近年出現(xiàn)了采用真空濺射制備增透膜的方法, 如日本T. Ishiguro 等在玻璃載片上制備出AlN 增透膜。本試驗(yàn)采用反應(yīng)濺射鍍膜和沸水氧化的方法制備Al2O3 增透膜。

  本試驗(yàn)采用金屬Al 靶在濺射氣體Ar 和反應(yīng)氣體O2 的混合氣體中,磁控濺射沉積半透明的Al- Al2O3 金屬陶瓷薄膜,再用沸水氧化法使之轉(zhuǎn)變成Al2O3 陶瓷增透膜。真空濺射試驗(yàn)在制備不銹鋼- 氮化鋁(SS- AlN) 金屬陶瓷太陽(yáng)吸收涂層集熱管用的HM3B850M 型三靶鍍膜機(jī)上進(jìn)行。圓柱鍍膜真空室高2880 mm,內(nèi)徑850 mm。真空室橫截面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。鍍膜室中裝有3 個(gè)定向?yàn)R射圓柱靶,Al、SS、Cu。靶管旋轉(zhuǎn)1 r/min,靶芯固定,靶表面濺射朝向玻璃管。靶外徑Φ70 mm,靶放電區(qū)長(zhǎng)2600 mm。本試驗(yàn)僅用到Al 靶, 純度99.9%。鍍膜機(jī)裝有2 路進(jìn)氣系統(tǒng),分別通入濺射氣體氬氣和反應(yīng)氣體氧氣。氬氣和氧氣純度均為99.99%。采用北京七星華創(chuàng)公司生產(chǎn)的D07- 18型質(zhì)量流量計(jì)輸入Ar 和O2。流量計(jì)的最大流量為300 sccm。濺射電源為直流電源,最大濺射電壓和電流:DC50 A/600 V,濺射采用恒流模式。本試驗(yàn)在鍍膜室中裝載直徑58 mm,長(zhǎng)2100 mm 的高硼硅玻璃管16 支,鍍膜時(shí)玻璃管做公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)用的玻璃載片裝掛在其中1支玻璃管上。

  本工作采用金屬Al 靶反應(yīng)濺射沉積Al- Al2O3 半透明金屬陶瓷薄膜,再通過(guò)沸水氧化的方法制備出透明的陶瓷增透膜。在3.2 mm 厚的低鐵玻璃上單面沉積增透膜后太陽(yáng)透射比Te為93.9%, 與原片的Te (90.4%) 相比提高了3.5%,可見(jiàn)光透射比Tv 為95.5%,與原片的Tv(91.6%)相比提高了3.9%,雙面沉積增透膜后,試樣的Te 達(dá)到96.2%,較原片上升了5.8%,Tv達(dá)到97.2%,較原片上升了5.6%。這一數(shù)值比采用溶膠- 凝膠的方法制備出的SiO2 雙面增透膜(太陽(yáng)透射比Te 提高5.4%)[1] 略高。若在1 mm厚低鐵玻璃上沉積增透膜,太陽(yáng)透射比Te 可進(jìn)一步增加約1.8%。增透膜置于400℃高溫烘烤持續(xù)40 min 后太陽(yáng)透、反射比基本不變,說(shuō)明該增透膜耐高溫烘烤性能良好。采用這種方法沉積的增透膜成本較低。