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太阳能选择性吸收涂层的制备工艺

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一、太阳能选择性吸收涂层膜系


二、TiNx(图1膜系)制备过程:
2.1 准备工作及条件

基片选用规格为200 mm×144 mm×0.3 mm 4片预处理好的铝片。镀膜前,将溅射室真空抽至 8.0×10-3 Pa 以下,以减小杂质气体对薄膜质量的影响。之后通入 99.99%的高纯 Ar 气,调节流量,设定特定的Ar 气流量,调节溅射室压强为2.5×10-1 Pa。准备好抛光硅片备用,所需的表征设备为紫外/可见/近红外分光光度计及红外光谱仪,本实验使用Perkin Elmer Lamda750紫外可见近红处分光光度计TENSOR27BRUKER红外光谱仪。在整个工艺过程中,采用恒流溅射法,通过电压数值信号反馈自动调整反应气体N2流量,参数设定电压调整的正负偏差尽可能使得反应过程中的靶电压保持不变,也即设定在大于反应溅射的拐点电压一点,样品公转周期为50秒。


2.2 Si3N4SiO2Al2O3AlN减反层的参数设定
先调试减反层的工艺参数,在预先处理好备用的抛光硅片上制备减反层(注意:直流溅射一定在拐点电压以下才能制备纯度足够的减反层,在连续镀膜过程还要把单层制备时的反应气体流量稍微提高一点),然后用硅片测试,根据公式:ê=4πnd/λ,设定中心波长为540 nm,推算出最佳减反层厚度一般在5070 nm之间,在硅片表面反射颜色一般在黄色和蓝色之间,至此可以确定减反层的大体工艺参数,具体的参数待后续薄膜制备出来以后再进行微调。一般情况下,在电压拐点处,硅靶电流设定在20 A(总功率按照每平方厘米3瓦的功率来设定),反应气体流量在70 sccm,总压强在0.32 Pa,电压在460 V左右。


减反层
Si3N4
SiO2
Al2O3
AlN
膜厚(nm)
67
90
78
75


2.3.1  TiNx重掺层(HD)的工艺设定
制备氧化物和氮化物的关键在于寻找直流反应溅射过程中的电压拐点,因此第一炉先初步设定最大功率(按照靶表面积每平方厘米3-4瓦来设定),每隔5sccm调整氮气流量,同时目测辉光颜色,加到一定范围时,辉光颜色会变粉红,真空度会逐步上升,有效的总压范围在0.360.45Pa以内都可以做出TiNx,可以根据电压来选择TiNx掺钛浓度的高低,低掺杂浓度就选用电压压低点的,如果做纯相化学计量比的就选用低点的溅射电压,制备TiNx一般的溅射电压范围是405-410 V/40 A,体现为溅射电压先爬升再下降,选择拐点在上升段之后的下降部分,采用恒流溅射法工艺制备。TiNx沉积时间t1为在铝基片第一干涉周期的反射颜色为金黄色所需的时间为基准点。
2.3.2  TiNOx轻掺层(LD)的工艺设定
制备氮氧化钛时其工艺参数和TiNx的制备工艺基本一样,但加少量氧作为反应气体,一般在26 sccm,这样会使得溅射速率稍微降低, TiNOx沉积时间t2TiNx沉积在铝基片为第一干涉周期的反射颜色为蓝色所需的时间为基准点,氮氧化钛的溅射时间要比基准点稍微长些
2.4 双层复合吸收层(HLD)及减反层的制备(正交法)
4200 mm×144 mm的铝基片按照基准样片为铝基片上的TiNx呈现金黄的颜色大概时间t1为基础,分别沉积3个时间为t11=2×t1+50(公转周期)×4、t12=2×t1+50(公转周期)×8、t13=2×t1+50(<span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: