采用真空磁控反应溅射和沸水氧化法制备Al2O3增透膜

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  在玻璃基片上采用金属Al 靶在溅射气体Ar 和反应气体O2 的混合气体中,真空磁控溅射半透明的Al- Al2O3 金属陶瓷薄膜,再将沉积薄膜的玻璃基片浸入沸腾的去离子水中氧化,制备成陶瓷增透膜。优化镀膜工艺和沸水氧化时间,在3.2 mm 厚的低铁玻璃载片上单面沉积的增透膜的太阳透射比Te 由未镀膜原片的90.4%增加到93.9%,提高了3.5%,可见光透射比Tv 由91.6%增加到95.5%,提高了3.9%。双面沉积增透膜玻璃载片的Te 达到96.2%,增加了5.8%,Tv 达到97.2%,增加了5.6%。经过400 ℃高温持续40 min 烘烤后膜层的光学性能基本不变。

  在当今社会能源危机日益严重的情况下,太阳能作为一种清洁的可再生能源,正越来越多地被人们所关注。在光伏与光热领域中,将光线接收装置表面增加一层增透膜以提高太阳光辐射到达接收器表面的功率密度,进而提高光能利用效率的方法已经越来越多地被使用。常用的制备增透膜的方法是用溶胶- 凝胶,采用浸涂法在玻璃基片上制备SiO2 双面增透膜。瑞典的PerNostell 等人采用50 nm 的SiO2 颗粒溶胶- 凝胶,制备的增透膜太阳透射比与未浸涂的玻璃载片相比提高5.4%。但这种方法采用的二氧化硅纳米颗粒溶液价格昂贵,且涂层热分解工艺的温度较高,能耗较大。国内沈军等人用溶胶- 凝胶及酸碱两步催化法制备SiO2 溶胶,采用提拉浸涂法在太阳电池组件玻璃上制备SiO2 薄膜,在波长400 nm~800 nm 范围内平均透过率增加了5%以上。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)观察到近年出现了采用真空溅射制备增透膜的方法, 如日本T. Ishiguro 等在玻璃载片上制备出AlN 增透膜。本试验采用反应溅射镀膜和沸水氧化的方法制备Al2O3 增透膜。

  本试验采用金属Al 靶在溅射气体Ar 和反应气体O2 的混合气体中,磁控溅射沉积半透明的Al- Al2O3 金属陶瓷薄膜,再用沸水氧化法使之转变成Al2O3 陶瓷增透膜。真空溅射试验在制备不锈钢- 氮化铝(SS- AlN) 金属陶瓷太阳吸收涂层集热管用的HM3B850M 型三靶镀膜机上进行。圆柱镀膜真空室高2880 mm,内径850 mm。真空室横截面结构示意图如图1 所示。镀膜室中装有3 个定向溅射圆柱靶,Al、SS、Cu。靶管旋转1 r/min,靶芯固定,靶表面溅射朝向玻璃管。靶外径Φ70 mm,靶放电区长2600 mm。本试验仅用到Al 靶, 纯度99.9%。镀膜机装有2 路进气系统,分别通入溅射气体氩气和反应气体氧气。氩气和氧气纯度均为99.99%。采用北京七星华创公司生产的D07- 18型质量流量计输入Ar 和O2。流量计的最大流量为300 sccm。溅射电源为直流电源,最大溅射电压和电流:DC50 A/600 V,溅射采用恒流模式。本试验在镀膜室中装载直径58 mm,长2100 mm 的高硼硅玻璃管16 支,镀膜时玻璃管做公转加自转的行星运动。试验用的玻璃载片装挂在其中1支玻璃管上。

  本工作采用金属Al 靶反应溅射沉积Al- Al2O3 半透明金属陶瓷薄膜,再通过沸水氧化的方法制备出透明的陶瓷增透膜。在3.2 mm 厚的低铁玻璃上单面沉积增透膜后太阳透射比Te为93.9%, 与原片的Te (90.4%) 相比提高了3.5%,可见光透射比Tv 为95.5%,与原片的Tv(91.6%)相比提高了3.9%,双面沉积增透膜后,试样的Te 达到96.2%,较原片上升了5.8%,Tv达到97.2%,较原片上升了5.6%。这一数值比采用溶胶- 凝胶的方法制备出的SiO2 双面增透膜(太阳透射比Te 提高5.4%)[1] 略高。若在1 mm厚低铁玻璃上沉积增透膜,太阳透射比Te 可进一步增加约1.8%。增透膜置于400℃高温烘烤持续40 min 后太阳透、反射比基本不变,说明该增透膜耐高温烘烤性能良好。采用这种方法沉积的增透膜成本较低。

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