專利名稱：連續(xù)式濺鍍設備以及太陽能選擇性吸收膜的制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種濺鍍設備，且特別是有關于一種連續(xù)式濺鍍設備以及使用此設備的太陽能選擇性吸收膜的制造方法。
背景技術：
在1990年開始建立太陽能選擇性吸收膜的雙陶瓷合金層結構，即金屬-氮化鋁 (M-AlN)和金屬-氧化鋁(M-Al2O3),此為使用一種新型的雙靶材直流電磁控管電漿濺鍍技術(Novel two-target DC magnetron plasma sputtering technology)來制備太陽會邑選擇性吸收膜，可得到非常高的光熱轉換效率。傳統(tǒng)的吸收膜工藝大部份均為雙靶產生復合膜，例如不銹鋼與鋁的雙靶材工藝， 可制作陶瓷金屬膜(Cermet)作為選擇性吸收膜。適當?shù)慕饘偬沾蓮秃夏ず穸扰c金屬分率， 可在太陽能輻射區(qū)域表現(xiàn)出高吸收而對熱輻射(紅外線區(qū)域)表現(xiàn)出透明型態(tài)。該復合物沉積在對紅外線反射的金屬基材上可以形成太陽能選擇性吸收膜。由于卷對卷(Roll-to-Roll)連續(xù)式濺鍍工藝有大面積、高量產、低成本等特性， 是商業(yè)化產品朝向連續(xù)生產的主要技術方法之一。但是，如利用卷對卷連續(xù)濺鍍設備來制造多層選擇性吸收膜時，對應于所形成的膜層數(shù)，必須設置相對應數(shù)量的真空濺鍍腔體，并且對應真空濺鍍腔體的數(shù)量，必須設置對應數(shù)量的真空泵來控制不同腔體中的濺鍍氣氛， 而且，在真空濺鍍腔體之間還需設置隔壓腔，以阻隔不同真空濺鍍腔體的濺鍍氣氛。因此，在上述的卷對卷連續(xù)濺鍍設備中，由于使用了多個真空濺鍍腔體、多個真空泵以及隔壓腔，從而使得機臺的造價昂貴，并且，由于必須將多個真空濺鍍腔體中所通入工藝氣體的濺鍍氣氛控制為不同，從而使得連續(xù)式濺鍍工藝的操作變得較為復雜與不穩(wěn)定， 而且如果工藝復雜化的話，在工藝控制方面所需的硬件成本往往也會跟著提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)式濺鍍設備以及太陽能選擇性吸收膜的制造方法，能夠使用單一濺鍍腔體來形成多層結構的太陽能選擇性吸收膜。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提出一種連續(xù)式濺鍍設備，至少包括基材傳送裝置、一個濺鍍腔體、多個靶材以及控制構件。其中基材傳送裝置用以使基材沿一個移動路徑移動。濺鍍腔體設置于基材的移動路徑上。而多個靶材設置在濺鍍腔體內，用以對基材進行濺鍍，其中多個靶材依序設置于基材的移動路徑上?？刂茦嫾靡钥刂茷R鍍時供給至多個靶材的操作參數(shù)，其中控制構件將濺鍍時供給至多個靶材的操作參數(shù)控制為彼此不同。其中，操作參數(shù)包括施加于多個靶材的功率、電壓或是電流，且施加于多個靶材的功率、電壓或是電流隨著基材通過靶材的順序而依序變小。其中，控制構件更包括電源，用以分別供給靶材功率、電壓或是電流。其中，更包括真空抽取構件，連接至濺鍍腔體，用以抽取濺鍍腔體的空氣。其中，更包括氣體供應源，連接至濺鍍腔體，用以供應濺鍍腔體工藝氣體。
其中，基材傳送裝置更包括卷出構件，用以卷繞基材，以及卷取構件，用以卷繞基材，其中基材的兩端分別設置于卷出構件與卷取構件，使基材由卷出構件移動至卷取構件。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的還提出一種太陽能選擇性吸收膜的形成方法，包括下列步驟提供基材連續(xù)通過一個濺鍍腔體，其中濺鍍腔體設置有多個靶材，且該多個靶材依序設置于基材的移動路徑上，通入工藝氣體至濺鍍腔體并提供不同操作參數(shù)至多個靶材以進行金屬濺鍍，形成多層金屬-陶瓷復合膜于基材上。其中，操作參數(shù)包括施加于多個靶材的功率、電壓或是電流，且施加于多個靶材的功率、電壓或是電流隨著基材通過靶材的順序而依序變小。其中，基材包括銅金屬基板或鋁金屬基板。其中，工藝氣體包括氮氣和氬氣，或是氮氣和氧氣。其中，靶材的材質包括鋁、不銹鋼、鈦、鎳或鎢。于本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍設備以及太陽能選擇性吸收膜的制造方法中，由于能夠利用單一濺鍍腔體來形成多層結構的太陽能選擇性吸收膜，因此至少能夠減少一個真空濺鍍腔室、真空泵以及隔壓腔的設置，從而能夠大幅減少硬設備的成本。而且，于本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍設備以及太陽能選擇性吸收膜的制造方法中，由于僅需對單一濺鍍腔體的濺鍍氣氛進行控制，因此工藝較為簡易且穩(wěn)定性較高，并且亦可能進一步減少用于工藝控制方面的硬件成本。以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明一實施例所繪示的連續(xù)式濺鍍設備的示意圖；圖2為依照本發(fā)明的制造方法所得的太陽能選擇性吸收膜的剖面示意圖。其中，附圖標記10 連續(xù)式濺鍍設備20 卷出構件30 卷取構件40 濺鍍腔體50、52 靴材60 基材70 控制構件80:真空抽取構件90 氣體供應源100、110 金屬-陶瓷復合膜
具體實施例方式連續(xù)式濺鍍設備圖1為本發(fā)明較佳實施例的連續(xù)式濺鍍裝置10的示意圖。此處需事先說明的是， 雖然在本案的圖1中僅繪示出用以說明本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍裝置10的主要構件，然而，本領域具有通常知識的技術人員應可依其具有的相關知識，輕易的推知本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍裝置10所應具有的所有構件。而且，須注意圖中所示者為本發(fā)明選用的實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上并不受此種結構的限制。請參照圖1，本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍裝置10為一種卷對卷連續(xù)式濺鍍裝置，至少包括卷出構件20、卷取構件30、一個濺鍍腔體40以及多個靶材50，其中卷出構件20、卷取構件30則構成本實施例的基材傳送裝置。如圖1所示，基材傳送裝置是用以使基材60沿著一個移動路徑進行傳送，其中的卷出構件20與卷取構件30是分別裝設在連續(xù)式濺鍍裝置10的上游處與下游處，其中卷出構件20與卷取構件30皆適用于卷繞基材60，而基材60是以兩端分別固定在卷出構件20 與卷取構件30上，借由卷取構件30的轉動，基材60將會連續(xù)的由卷出構件20移動至卷取構件30。上述卷出構件20與卷取構件30例如是由軸承與轉輪(未圖示)所構成，其中軸承樞設于連續(xù)式濺鍍裝置10上，轉輪裝設于軸承上，至于基材60則卷繞于轉輪上。卷取構件30的轉動可借由將卷取構件30連接至驅動構件(未圖標)以達成，其例如是可將卷取構件30的軸承經由適當?shù)凝X輪配置而連接至馬達，以借由馬達的轉動而帶動卷取構件30 的轉動。濺鍍腔體40設置于基板60的移動路徑上，亦即是，基板60借由卷出構件20與卷取構件30的驅動，將會連續(xù)的經過濺鍍腔體40內部，而當基板60在濺鍍腔體40中移動時， 進行基板60的濺鍍。靶材50、52設置在濺鍍腔體40內，用以對基板60進行濺鍍，其中靶材50、52沿著基板60的移動路徑而依序設置在濺鍍腔體40內。而其中特別值得注意的是，本發(fā)明在進行濺鍍時，提供給靶材50、52的操作參數(shù)彼此并不相同，其中操作參數(shù)例如是施加至靶材50、 52的功率、電壓或是電流。在一較佳實施例中，例如是使提供給靶材50、52的功率、電壓或是電流隨著基板60通過靶材50、52的順序而依序變小，亦即是使提供給靶材52的功率(電壓或是電流)小于提供給靶材50的功率(電壓或是電流)。本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍設備借由在進行濺鍍時提供給靶材50、52不同的操作參數(shù)， 即使在濺鍍時采用相同的濺鍍氣氛，亦能夠在基板60上形成具有不同組成成分的多層膜。 此外，雖然在圖1中所繪示的靶材50、52為2個，適用于在基板60上形成2層膜，但是本發(fā)明并不限定于此，亦可以視實際所需形成的膜層數(shù)，在單一濺鍍腔體40內設置對應膜層數(shù)的多個靶材。而且，雖然在進行濺鍍時所使用的濺鍍氣氛通常為固定的，但是在進行濺鍍前能夠依照實際濺鍍工藝上的需要，對所使用的濺鍍氣氛的種類以及混合比例進行適當?shù)倪x擇與設定。接著，請繼續(xù)參照圖1，本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍裝置10還具有分別連接至靶材50、52 的控制構件70，借由控制構件70的控制，從而能夠實現(xiàn)本發(fā)明上述在進行濺鍍時，提供給靶材50、52的操作參數(shù)彼此并不相同的技術方案。在一較佳實施例中，在控制構件70中還具有電源，而借由將電源提供給靶材50、52的值控制為不同，而能夠分別將不同的功率、電壓或是電流供給至靶材50、52。其中電源例如是可采用直流(DC)電源或是射頻(RF)電源。此處值得注意的是，上述圖1所揭露者為使用一個控制構件70來控制多個靶材 50、52，但是本發(fā)明并不限定于此，本發(fā)明亦可以設置為使多個靶材中的每一個靶材對應一個控制構件，以控制一個參數(shù)條件。而且，電源亦可以獨立設置于控制構件之外，由控制構件控制電源，然后再經由電源將不同的功率、電壓或是電流個別供給至不同的靶材。
而且，如圖1所示，本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍裝置10還具有連接至濺鍍腔體40的真空抽取構件80，用以將濺鍍腔體40內的空氣抽出，以使濺鍍腔體40維持真空狀態(tài)，其中真空抽取構件80例如是可采用一般常見的機械泵與擴散泵的組合。而且，如圖1所示，本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍裝置10還具有連接至濺鍍腔體40的氣體供應源90，用以將濺鍍工藝所需的工藝氣體輸入至濺鍍腔體40中。而且，雖然在圖1中僅繪示一個氣體供應源90，但本發(fā)明可以依據實際需要而設置多個氣體供應源，以將多種工藝氣體輸入至濺鍍腔體40中。此外，本發(fā)明除了上述構件之外，亦可以視需要在卷出構件20與真空腔體40之間設置電漿蝕刻處理裝置(未圖標)，用以在對基材60進行濺鍍之前對基材60進行電漿蝕刻前處理，以清潔基材60的被濺鍍面。此處值得注意的是，上述圖1所揭露者為一種卷對卷式的連續(xù)式濺鍍設備，但是本發(fā)明并不限定于此，本發(fā)明的基板傳送裝置可為本領域所經常使用的輸送帶式傳送系統(tǒng)。而且，基材也不限定為連續(xù)的帶狀，基材例如是具有特定尺寸的片狀物，利用載盤進行承載，然后將載盤設置于輸送帶式傳送系統(tǒng)上以進行基材的傳送，并使本發(fā)明的濺鍍腔體設置于輸送帶式傳送系統(tǒng)的基材傳送/移動路徑上。由上述可知，只要將本發(fā)明的濺鍍腔體設置在各種已知的連續(xù)式基材傳送裝置上，就可能建構出能夠達成本發(fā)明目的的連續(xù)式濺鍍設備。相應于本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍設備，還提供一種太陽能選擇性吸收膜的制造方法。太陽能選擇性吸收膜的制造方法所述太陽能選擇性吸收膜的制造方法可利用上述的連續(xù)式濺鍍設備來制備，基材 60利用卷取構件30而移動進入濺鍍腔體40內，濺鍍腔體40則利用真空抽取構件80將濺鍍腔體40內的空氣抽出，以使濺鍍腔體40維持真空狀態(tài)，由氣體供應源90提供工藝氣體至濺鍍腔體40內，并借由控制構件70分別提供不同的電壓至靶材50、52，依此對基材60進行濺鍍，以在基材60上形成多層金屬-陶瓷復合膜。在上述的制造方法中，基材60例如是銅金屬基板或鋁金屬基板，所通入的工藝氣體例如是作為電漿工作氣體的氬氣和作為反應氣體的氮氣或氧氣，靶材50、52的材質例如是鋁、不銹鋼、鈦、鎳或鎢等金屬靶材，并且例如是使提供給靶材50、52的電壓隨著基板60 通過靶材50、52的順序而依序變小，亦即是使提供給靶材52的電壓小于提供給靶材50的電壓。依照上述工藝條件所制造的太陽能選擇性吸收膜具有如圖2所示的結構。請參照圖2，本發(fā)明的太陽能選擇性吸收膜在基材60上形成有雙層的金屬(Al)-陶瓷(Al-N)復合膜100、110，其中基材60作為反射層，金屬-陶瓷復合膜100具有高金屬分率，在太陽能選擇性吸收膜中作為吸收層，而金屬-陶瓷復合膜110具有低金屬分率，在太陽能選擇性吸收膜中作為抗反射層。實驗例實驗(I)使用具有本發(fā)明的結構的連續(xù)式濺鍍設備來進行金屬基板的濺鍍，以形成太陽能選擇性吸收膜，在本實驗中，工藝氣體(氬氣、氮氣)的氣氛濃度以及提供給靶材(鋁)的電壓固定，對于工藝線速(亦即是基材的移動速度)進行變動，以求得在單一腔體內所適用的工藝線速。詳細的工藝參數(shù)請見下述表1。依照下述表1的工藝參數(shù)進行濺鍍實驗后，所得的各太陽能選擇性吸收膜的集熱效率，表示于下述表2。表 1
Γ η濺鍍條件參數(shù)范圍_
固定 Ar: N2流量50: 30 sccm
工藝線速100 50cm/min第一支靶材電壓360V
第二支靶材電壓300V表 2
\項目第一層參數(shù)第二層參數(shù)集熱效率
設定實際濺鍍設定實際濺鍍
\電壓電壓功率電壓電壓功率f
/線速 \α率ε
(…\(V)(V)(kW)(V)(V)(kW) (era/mm) \
11003603635.53003004.00. 7840.06
2753603615.53003024.00.8880.06
3603603585.53002984.00.9180.09
4503603615.53002964.00.9350. 12
5603603575.53002964.00.9170.09實驗(I)的結果如表2所示，吸收率隨工藝線速降低而遞增、但放射率亦隨工藝線速降低而遞增。當工藝線速為eOcm/min (實驗編號3)時，吸收率為0. 918、放射率為0. 09， 符合作為產品的性能需求。為了確認該工藝參數(shù)是否可重現(xiàn)，以相同的工藝參數(shù)重復進行實驗，即實驗編號5，該結果確認工藝參數(shù)可穩(wěn)定重現(xiàn)。因此，將工藝線速的較佳值設定為 60cm/mino實驗(II)在本實驗中，將工藝線速固定在實驗(I)所得的線速，并且使用與實驗(I)相同的工藝氣體氣氛濃度，并對供給第一支靶材的電壓與第二支靶材的電壓進行變動，以進行第一支靶材電壓與第二支靶材電壓的匹配，以期能夠得到具有更佳的集熱效率(高吸收率、 低放射率)的選擇性吸收膜。詳細的工藝參數(shù)請見下述表3。依照下述表3的工藝參數(shù)進行濺鍍實驗后，所得的各太陽能選擇性吸收膜的集熱效率，表示于下述表4。表 權利要求
1.一種連續(xù)式濺鍍設備，其特征在于，至少包括基材傳送裝置，使基材沿一個移動路徑移動；一個濺鍍腔體，設置于前述基材的前述移動路徑上；以及多個靶材，設置在前述濺鍍腔體內，用以對前述基材進行濺鍍，其中前述多個靶材依序設置于前述基材的前述移動路徑上；控制構件，用以控制濺鍍時供給至前述多個靶材的操作參數(shù)，其中前述控制構件將濺鍍時供給至前述多個靶材的前述操作參數(shù)控制為彼此不同。
2.根據權利要求1所述的連續(xù)式濺鍍設備，其特征在于，前述操作參數(shù)包括施加于前述多個靶材的功率、電壓或是電流，且施加于前述多個靶材的功率、電壓或是電流隨著前述基材通過前述多個靶材的順序而依序變小。
3.根據權利要求2所述的連續(xù)式濺鍍設備，其特征在于，前述控制構件更包括電源，用以供給前述靶材功率、電壓或是電流。
4.根據權利要求1所述的連續(xù)式濺鍍設備，其特征在于，更包括真空抽取構件，連接至前述濺鍍腔體，用以抽取前述濺鍍腔體的空氣。
5.根據權利要求1所述的連續(xù)式濺鍍設備，其特征在于，更包括氣體供應源，連接至前述濺鍍腔體，用以供應前述濺鍍腔體工藝氣體。
6.根據權利要求1所述的連續(xù)式濺鍍設備，其特征在于，前述基材傳送裝置更包括卷出構件，用以卷繞前述基材；以及卷取構件，用以卷繞前述基材，其中前述基材的兩端分別設置于前述卷出構件與前述卷取構件，使前述基材由前述卷出構件移動至前述卷取構件。
7.一種太陽能選擇性吸收膜的形成方法，其特征在于，包括提供基材連續(xù)通過一個濺鍍腔體，其中前述濺鍍腔體中設置有多個靶材，且前述多個靶材依序設置于前述基材的移動路徑上；以及通入工藝氣體至前述濺鍍腔體并提供不同操作參數(shù)至前述多個靶材以進行金屬濺鍍， 形成多層金屬-陶瓷復合膜于前述基材上。
8.根據權利要求7所述的太陽能選擇性吸收膜的形成方法，其特征在于，前述操作參數(shù)包括施加于前述多個靶材的功率、電壓或是電流，且施加于前述多個靶材的功率、電壓或是電流隨著前述基材通過前述多個靶材的順序而依序變小。
9.根據權利要求7所述的太陽能選擇性吸收膜的形成方法，其特征在于，前述基材包括銅金屬基板或鋁金屬基板。
10.根據權利要求7所述的太陽能選擇性吸收膜的形成方法，其特征在于，前述工藝氣體包括氮氣和氬氣，或是氮氣和氧氣。
11.根據權利要求7所述的太陽能選擇性吸收膜的形成方法，其特征在于，前述靶材的材質包括鋁、不銹鋼、鈦、鎳或鎢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)式濺鍍設備以及太陽能選擇性吸收膜的制造方法。所述連續(xù)式濺鍍設備，至少包括基材傳送裝置、一個濺鍍腔體、多個靶材及控制構件。其中基材傳送裝置用以使基材沿一個移動路徑移動。濺鍍腔體設置于基材的移動路徑上。而多個靶材設置在濺鍍腔體內，用以對基材進行濺鍍，其中多個靶材依序設置于基材的移動路徑上。控制構件用以控制濺鍍時供給至多個靶材的操作參數(shù)，其中控制構件將濺鍍時供給至多個靶材的操作參數(shù)控制為彼此不同。借由使用本發(fā)明的連續(xù)式濺鍍設備，能夠利用單一濺鍍腔體來形成具有多層結構的太陽能選擇性吸收膜。
文檔編號C23C14/06GK102465266SQ20111016044
公開日2012年5月23日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權日2010年11月15日
發(fā)明者葉詠津, 莊瑞誠, 張秉宏 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院