喷涂沉积大面积均匀透明导电薄膜扫描装置制造方法及图纸

喷涂沉积大面积均匀透明导电薄膜扫描装置属于太阳能应用领域。完成加热过程和喷涂过程的主单元、完成退火功能的辅助单元、具有预加热功能的辅助单元依次并列或Ｌ形排列，具有预加热功能的辅助单元位于完成加热过程和喷涂过程的主单元一侧，完成退火功能的辅助单元位于完成加热过程和喷涂过程的主单元的另一侧，由机械手完成玻璃衬底在各单元之间的传输，主单元包括：衬底加温部分、喷头部分，这两部分是相互分离的。采用本发明专利技术得到的ＳｎＯ＃－［２］透明导电薄膜的方块电阻可达４Ω／口，透过率达９０％，薄膜中心和边缘的膜厚、电学性质不均匀度小于１０％，采用衬底加温部分与喷头部分（二）配合的装置可获得膜厚、电学性质不均匀度小于５％的超均匀的透明导电薄膜。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种透明导电薄膜扫描装置，特别是一种喷涂沉积大面积均匀透明导电薄膜扫描装置，属于太阳能应用领域。
技术介绍
透明导电薄膜有广阔的应用市场，在太阳能应用领域，透明导电薄膜可用作为太阳电池迎光面的透明电极，收集光生载流子并引出光生电流，在节能和建筑材料领域，透明导电薄膜可用作为玻璃的红外反射涂层，也可作为智能玻璃窗和电致变色玻璃的透光电极层所用，在电子显示器领域，可作为液晶显示器的透光电极层。现有的工业化工艺技术沉积大面积(10×10cm2以上)均匀透明导电薄膜方法有射频溅射和压缩气体常压化学汽相喷涂沉积。射频溅射需要高真空系统，设备较复杂且昂贵，玻璃衬底的尺寸越大，射频溅射的真空系统等设备越昂贵，不便生产低成本透明导电薄膜，另外射频溅射工艺生产出透明导电薄膜的方块电阻最小仅为70～90Ω/□；压缩气体喷涂可实现低成本的目标，但成膜的质量、均匀性和电学性等都不能满足应用的苛刻要求。经文献检索发现，中国专利号为99116819.4，名称为透明导电薄膜和减反射薄膜喷涂装置及其方法，该专利介绍了一种喷涂沉积透明导电薄膜的方法，即采用超声波雾化器，把配制好的溶液作超声雾化形成微钠米量级的精细雾粒，雾粒形成一股束流，喷涂到加热好的衬底上，形成透明导电薄膜，但ZL99116819.4专利并未涉及工业化大面积喷涂装置，还未能实现大面积均匀喷涂透明导电薄膜。目前还没发现专门关于超声波雾化喷涂沉积透明导电薄膜装置的专利和文献报到。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足和缺陷，在超声波雾化喷涂沉积透明导电薄膜工艺方法的基础上，提供一种喷涂沉积大面积均匀透明导电薄膜扫描装置，对现有APCVD技术进行了原理性的改进设计，使其获得大面积均匀透明导电薄膜。本专利技术是通过以下技术方案实现的，主要包括完成加热过程和喷涂过程的主单元、完成退火功能的辅助单元、具有预加热功能的辅助单元，这三个单元依次并列或L形排列，玻璃衬底设置在衬底托盘上，具有预加热功能的辅助单元位于完成加热过程和喷涂过程的主单元一侧，完成退火功能的辅助单元位于完成加热过程和喷涂过程的主单元的另一侧，完成退火功能的辅助单元、具有预加热功能的辅助单元为多层，玻璃衬底放置在衬底托盘上，由机械手完成玻璃衬底在各单元之间的传输，这几个功能过程也可以在同一个完成加热过程和喷涂过程的主单元中完成，主单元包括衬底加温部分、喷头部分，这两部分是相互分离的，可作相对运动，通过机械手将衬底托盘连同玻璃衬底一道在三个单元之间传送，方向是从预加热功能的辅助单元到主单元再到退火功能的辅助单元。衬底加温部分包括玻璃衬底、衬底托盘、加热器，其连接方式为衬底托盘在加热器的上面，玻璃衬底放置在衬底托盘上，它们位于喷头的正下方，衬底托盘用作承载玻璃衬底，并给玻璃衬底提供一个均匀的温度场，加热器固定位于衬底托盘的下部，用作衬底加热。喷头部分采用喷头部分(一)结构或喷头部分(二)结构，喷头部分(一)包括反应蒸汽输入管、反应废气排出管、喷嘴、反应废气吸入口，其连接方式为反应蒸汽输入管位于喷头上部，反应废气排出管位于喷头旁侧，喷嘴位于喷头下部，反应废气吸入口位于反应废气排出管的底部，反应废气吸入口分布在喷嘴两侧或一侧，喷嘴位于反应蒸汽输入管的底部。喷头部分(二)包括反应蒸汽输入管、反应废气排出管、喷嘴、反应废气吸入口、反应雾气匀化室，其连接方式为反应蒸汽输入管位于喷头上部，反应废气排出管位于喷头旁侧，雾化蒸汽的喷嘴为二维喷嘴，位于喷头下部，反应雾气匀化室位于喷头中部，反应雾气匀化室在喷嘴的上部，反应废气吸入口位于反应废气排出管的底部，反应废气吸入口分布在喷嘴的周边，喷嘴位于反应蒸汽输入管和反应雾气匀化室的底部。反应蒸汽可充分均匀的分布在反应雾气匀化室中，有利于获得厚度均匀的透明导电薄膜。衬底加温部分与喷头部分(一)配合时，衬底托盘、加热器是固定的，在使用时，玻璃衬底固定，让喷头移动，进行扫描喷涂，反应蒸汽通过喷嘴形成一个密度、压力和流速均均匀的蒸汽雾流，均匀地喷洒在加热到一定温度的玻璃衬底上，反应后的废气让反应废气吸入口吸入，经反应废气排出管排出，该装置适合沉积超大面积的透明导电薄膜(100×100cm2以上)。衬底加温部分与喷头部分(二)配合时，衬底托盘、加热器和玻璃衬底都是相对喷头固定的，带有二维喷嘴的喷头和玻璃衬底都固定，使蒸汽雾流均匀大面积地喷洒在加热好的衬底上，反应蒸汽通过反应蒸汽输入管进入反应雾气匀化室，在反应雾气匀化室中形成一密度、压力和流速均均匀的蒸汽汽雾，通过二维喷嘴，均匀地喷洒在衬底上，反应后让废气由出口吸入经反应废气口排出管排出，该装置的特点是最适合于小批量制备中等尺寸的透明导电薄膜。反应蒸汽输入管具有多种结构形状，如T字型或△型，喷头部分(一)中反应废气吸入口可仅设置在喷嘴一侧，以形成同一方向流动的气流，有利于形成均匀的蒸汽雾流。加热器由电阻加热器或石英红外卤素灯加热器构成。喷头的四周、紧靠近玻璃衬底处设有阻隔板，阻隔板的作用是阻止雾气外溢；衬底托盘是由导热性良好的金属氧化物陶瓷构成，以利于均匀吸热和防止金属氧化物沉积物的污染，以及防止雾化蒸汽与衬底托盘发生的可能的化学反应，导热性良好的金属氧化物陶瓷可为玻璃衬底提供一个均匀的温度场，有利于获得厚度和电学性质均匀的大面积薄膜，所有这些装置都是由防腐(石英玻璃或陶瓷)材料制成。退火辅助单元、预加热辅助单元分别完成退火功能和预加热的功能。为了提高生产效率，退火辅助单元设计成多层，放置若干衬底托盘，让高温的玻璃衬底与衬底托盘一起降温到室内常温，也是让高温的玻璃衬底及透明导电薄膜经过一个退火过程，退火的速度可由衬底托盘的质量和材料设计来决定，通常退火的速度是10℃/每分钟～50℃/每分钟。预加热辅助单元可以放置并且加热衬底托盘。预加热辅助单元带有与主单元相似的加热器。也是为了提高生产效率，预加热辅助单元设计成多层，放置若干衬底托盘，由机械传动装置完成玻璃衬底在预加热辅助单元和退火辅助单元的多层间转移，玻璃衬底先在预加热辅助单元中进行预加热，预加热辅助单元中玻璃衬底从最底层开始依次进入主单元，进行喷涂沉积。喷涂沉积完毕，传输到退火辅助单元，进行退火过程。本专利技术可以省略预加热辅助单元和退火辅助单元，增加传动链条，预加热和退火功能在链式传动过程中完成，整个装置包括衬底加温及链式传动部分，以及喷头部分(一)。衬底加温及链式传动部分，与喷头部分(一)是相互独立的两个部分，衬底加温及链式传动部分的加热器是固定的，喷头部分(一)和由传动链条带动下的玻璃衬底相互之间作相对的运动。衬底加温及链式传动部分包括玻璃衬底、衬底托盘、加热器和传动链条，传动链条携带衬底托盘和衬底相对于固定的喷头运动，进行扫描喷涂，其连接方式为衬底托盘设置在传动链条上，并在传动链条携带下在喷头的正下方作一维直线运动，衬底托盘设置在玻璃衬底下方，承载玻璃衬底，并给玻璃衬底提供一个均匀的温度场，加热器固定位于衬底托盘的下部，用作衬底加热。为了使预加热和退火功能在链式传动过程中完成，传动链条需具有足够的长度，通常在5米～15米，链式传动的转速可以控制玻璃衬底及透明导电薄膜的加热和退火的速度，链式传动的转速在200转/每分钟～2000转/每分钟。链式传动部分具有足够的长度，链式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷涂沉积大面积均匀透明导电薄膜扫描装置，主要包括：完成加热过程和喷涂过程的主单元（１），其特征在于还包括：完成退火功能的辅助单元（２）、具有预加热功能的辅助单元（３），这三个单元依次并列或Ｌ形排列，具有预加热功能的辅助单元（３）位于完成加热过程和喷涂过程的主单元（１）一侧，完成退火功能的辅助单元（２）位于完成加热过程和喷涂过程的主单元（１）的另一侧，退火辅助单元（２）和具有预加热功能的辅助单元（３）为多层，玻璃衬底（４）放置在衬底托盘上，由机械手完成玻璃衬底（４）在各单元之间的传输，或者只采用一个完成加热过程和喷涂过程的主单元（１），完成加热过程和喷涂过程的主单元（１）包括：衬底加温部分（５）、喷头部分（６）或（７），这两部分是相互分离的，可作相对运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周之斌，崔容强，蔡燕晖，丁尔峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]