[实用新型]一种制备纳米多孔结构薄膜的装置及其应用

说明书

技术领域

本实用新型属于材料领域，特别涉及一种利用物理气相沉积法制备纳米多孔结构薄膜的装置，还涉及该装置所制备的纳米多孔结构薄膜在太阳能电池、电致变色智能窗等领域中的应用。

背景技术

物理气相沉积制备薄膜方法是一种通过热、溅射和脉冲激光把靶材料原子或分子沉淀积累在半导体晶片或玻璃、陶瓷上而形成薄膜的方法。由于其工艺简单，所制得的薄膜性能优异，因此在半导体器件和集成电路制造、传统刀具和玻璃镀膜中已获得广泛的应用。传统的物理气相沉积制备的薄膜通常具有高密度、高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。物理气相沉积工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。

然而，随着科技发展，新兴产业方兴未艾，在一些特别的应用下实际需要功能性薄膜多孔。例如，为提高太阳能电池转化效率，需要防反射层来降低太阳光的反射，然而高密度的薄膜反射系数一般比较高，从而损失光能，不利于提高转化效率；在锂离子电池等催化领域，需要比表面积大的多空材料作为催化剂加速催化反应；在节能智能窗领域，需要有一定空隙率来保证离子的快速移动和传输，等等。在这些领域，通常要求对传统物理气相沉积制得的致密薄膜改性。

如何在基片表面大面积制备具有纳米结构的薄膜，尤其是区别于传统致密薄膜的纳米多孔性薄膜技术，国内国际还没有很好的办法。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的第一目的在于提供一种利用物理气相沉积法大面积制备纳米多孔结构薄膜的装置。

本实用新型的第二目的是提供上述装置在制备纳米多孔结构薄膜中的应用。

技术方案：本实用新型提供的一种制备纳米多孔结构薄膜的装置，包括沉积腔、电压源、遮蔽屏支撑和控制装置、真空泵以及依次平行设于沉积腔内的磁控管、遮蔽屏、衬底传输轨道；所述电压源与磁控管连接；所述遮蔽屏支撑和控制装置与遮蔽屏连接；所述真空泵与沉积腔连接；所述磁控管上固定有溅射靶。

作为改进，所述遮蔽屏为L型遮蔽屏或T型遮蔽屏。

作为另一种改进，所述溅射靶为平面靶或旋转靶。

本实用新型还提供了上述制备纳米多孔结构薄膜的装置在纳米多孔结构薄膜制备中的应用，包括以下步骤：

步骤一，利用电压源、磁控管和溅射靶，在沉积腔产生等离子体粒子流；

步骤二，将衬底固定于衬底传输轨道上；衬底传输轨道将衬底缓慢移动通过沉积腔；

步骤三，利用遮蔽屏控制粒子流方向，使步骤一中产生的等离子粒子流在衬底上以倾斜角沉积，形成纳米多孔结构薄膜。

作为优选，制得的纳米多孔结构薄膜空隙率为0.05-0.50或0.10-0.80。

本实用新型还提供了上述制备纳米多孔结构薄膜的装置在太阳能电池中防反射膜制备中的应用，包括以下步骤：利用上述制备纳米多孔结构薄膜的装置在衬底上沉积纳米多孔低折射率层，调节折射率至接近于空气的折射率1.05，如1.05-2。

本实用新型还提供了上述制备纳米多孔结构薄膜的装置在电致变色智能窗制备中的应用，包括以下步骤：

（1）利用物理气相沉积装置在玻璃衬底上沉积第一透明导电层11（TCO层）；

（2）利用权利要求1至3所述的制备纳米多孔结构薄膜的装置在第一透明导电层11

上沉积纳米多孔结构的电致变色层12（EC层）；

（3）利用现有物理气相沉积装置在电致变色层12上沉积离子传导层13（IC层）；

（4）利用权利要求1至3所述的制备纳米多孔结构薄膜的装置在离子传导层13上

沉积纳米多孔结构的对电极层14（CE层）；

（5）利用物理气相沉积装置在对电极层14上沉积第二透明导电层。

有益效果：本实用新型提供的制备纳米多孔结构薄膜的装置通过将遮蔽屏设置于衬底和溅射靶之间，利用遮蔽屏阻断部分沉积粒子流，控制沉积粒子流的沉积方向，从而调节薄膜生长的空隙率，实现薄膜空隙率可控生长。

现有物理气相沉积装置中的遮蔽屏通常用来阻断粒子流沉积到真空腔上，本实用新型通过增加遮蔽屏和其支撑和控制系统，将其增设于衬底和溅射靶之间，利用静态或动态遮蔽屏来阻断垂直入射的沉积粒子流，仅容许粒子流以倾斜角沉积到衬底上，从而控制沉积粒子流的沉积方向，形成斜角或偏角沉积。斜角或偏角在沉积过程中由于原子遮蔽效应，能够得到具有纳米多孔结构的薄膜，从而调节生长薄膜的空隙率，实现薄膜空隙率可控生长。