CN117144333B - 一种柔性基底ald沉积氧化铝薄膜的方法及应用 - Google Patents
一种柔性基底ald沉积氧化铝薄膜的方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117144333B CN117144333B CN202311221290.8A CN202311221290A CN117144333B CN 117144333 B CN117144333 B CN 117144333B CN 202311221290 A CN202311221290 A CN 202311221290A CN 117144333 B CN117144333 B CN 117144333B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flexible substrate
- ald deposition
- deposition chamber
- substrate
- ald
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 154
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 title description 61
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 82
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 40
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 28
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 14
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 65
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 65
- 239000010408 film Substances 0.000 description 60
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 26
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
- C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明提供一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法及应用,所述方法包括:(1)提供一个ALD沉积腔室;所述ALD沉积腔室内设有柔性基底旋转载具;(2)将PET基底真空吸附在柔性基底旋转载具上,抽真空,将PET基底预热;(3)将ALD沉积腔室加热至70~75℃,先通入TMA,然后通入氮气吹扫,然后通入水蒸汽,最后通入100~110℃的氮气吹扫,以此循环,在PET基底上沉积氧化铝薄膜。本发明通过特定的柔性基底旋转载具,采用真空吸附为PET基底提供稳定的吸附力,提前基底,减少热应力;转动承载筒,平整基底表面,提高温场和反应气体的分布均匀性,提高沉积均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池制造技术领域,特别是涉及一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法及应用。
背景技术
柔性太阳能电池是一种具有柔性和可弯曲性的太阳能电池,它可以适应各种曲面、形状和材料,具有较高的设计灵活性和应用潜力。柔性太阳能电池需要使用柔性基底材料和可弯曲的电池材料。随着材料科学的进步,研究人员已经成功开发出一系列具有高度柔性的材料,如有机聚合物、钙钛矿、铜铟镓硒等,使得柔性太阳能电池的制造成为可能。
柔性太阳能电池的衬底是太阳能电池具备柔性特性的关键构造之一,可以应用于弯曲表面、可穿戴电子设备和其他需要柔性电源的场景。柔性太阳能电池的衬底通常由柔性材料制成,例如聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜(如Kapton)、聚酰胺薄膜等。这些材料具有良好的柔性和耐温性能,能够适应弯曲和拉伸等形变,使太阳能电池具备柔性特性,可以应用于弯曲表面、可穿戴电子设备和其他需要柔性电源的场景。
为避免实际应用环境中水汽、紫外线等对太阳能电池的破坏和侵蚀,必须对其进行封装保护,形成光伏组件。因此,柔性太阳能电池的衬底表面通常需要沉积阻隔层。阻隔层的选择和优化是柔性太阳能电池研究中的重要问题,旨在提供优异的阻隔性能、良好的兼容性和适应性,同时降低成本、提高制备效率和可扩展性。常用的阻隔层材料包括氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)等。这些材料通常通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等技术在衬底表面形成薄膜,以提供有效的阻隔效果。
基于原子层沉积(ALD)技术沉积得到的氧化铝薄膜均匀度高及致密性好,能在比较小的厚度下也具有较好的阻隔性能。但是,该技术在应用于柔性基底时,存在以下问题:(1)柔性衬底具有较大的热膨胀系数,ALD沉积氧化铝薄膜的温度窗口过高(200~400℃),沉积过程中柔性衬底容易发生热变形,难以与现有沉积工艺相兼容;(2)部分采用较低温度(低于100℃)在柔性衬底上ALD沉积氧化铝薄膜时,大量水蒸气冷凝在ALD沉积腔室的内壁,需要耗费大量的氮气和吹扫时间进行换气吹扫,导致沉积效率低,不适合大规模镀膜,阻碍工业化生产;(3)沉积过程中,多次吹扫产生的力作用于柔性衬底上,柔性衬底的平整性难以保证,无法确保沉积得到的氧化铝薄膜的均匀性。
中国专利文献上公开了“柔性衬底薄膜太阳电池阻挡层及其制备方法”,其公告号为CN1819274A,该发明在金属背电极铝与N型硅基薄膜间沉积一层金属镍或钛薄膜,取代氧化锌薄膜作为阻挡层,该阻挡层可阻止金属背电极铝扩散进入电池主体,同时不影响背电极
对入射光的反射,增加其在电池吸收层中光程的作用。但是该发明的沉积方法复杂,且并没有改善柔性衬底的热变形问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法及应用,用于解决现有柔性衬底ALD沉积氧化铝薄膜工艺存在的柔性衬底的平整性难以保证、容易发生热变形及沉积效率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明是通过包括以下技术方案获得的。
本发明提供一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤(1):提供一个ALD沉积腔室;
所述ALD沉积腔室内设有柔性基底旋转载具,所述柔性基底旋转载具包括转轴、套接在转轴上的承载筒和用于驱动承载筒转动的驱动装置,所述承载筒的内筒壁设有预热组件;
步骤(2):将PET基底(聚对苯二甲酸乙二醇酯)沿承载筒的筒壁圆周方向真空吸附在柔性基底旋转载具上,将柔性基底旋转载具安装于ALD沉积腔室内,将ALD沉积腔室抽真空至0.05~0.5Torr,开启预热组件将PET基底预热至40~50℃;
步骤(3):将ALD沉积腔室加热至70~75℃,先通入TMA,然后通入氮气吹扫,然后通入水蒸汽,最后通入100~110℃的氮气吹扫,以此循环在PET基底上沉积氧化铝薄膜;单次循环中,通入TMA和水蒸汽时,以2~5r/min的转速转动承载筒;采用氮气吹扫过程中均以10~15r/min的转速转动承载筒。
在本申请的上述技术方案中,通过设计特定的柔性基底旋转载具,通过在承载筒表面形成真空,将PET基底吸附在上面,真空吸附可以为PET基底提供稳定的吸附力,并且不会对PET基底造成损害,还可以确保PET基底与承载筒表面之间的接触紧密,保障柔性衬底在整个沉积过程中的平整性,以提供更好的加工稳定性。
本发明在ALD沉积腔室加热到目标温度之前提前将PET基底预热,至少具有以下作用:(1)减少PET基底的热应力,降低变形或损坏的风险;(2)使PET基底表面温度均匀分布,提供更好的接触和吸附条件,提高氧化铝薄膜的沉积均匀性;(3)增加分子扩散速率,提高沉积速率;(4)降低PET基底的表面污染,去除或减少潜在的污染物,例如水分、油脂或其它杂质,提高氧化铝薄膜的沉积质量,并确保其与基底的良好附着性。
在本发明ALD沉积氧化铝薄膜的过程中转动承载筒,至少具有以下作用:(1)平整基底表面,使其表面得到均匀的拉伸,提高氧化铝薄膜的沉积质量和精度;(2)通入TMA和水蒸汽时,采用较低的转速,可以提高温场和反应气体的分布均匀性,促使反应气体均匀地接触到PET基底表面,提高沉积均匀性;(3)氮气吹扫过程中,采用相对较高的转速,能够增强气体在PET基底表面的对流效果,提高吹扫效果和清洁效率,但是转速需严格控制,避免吸附在PET基底的反应物分子发生脱附。
由于PET基底柔性基底的热稳定温度较低,本申请采用较低的沉积温度(低于100℃)来完成氧化铝薄膜的沉积,本申请采用水蒸气作为氧化剂,由于水的饱和蒸汽压比较高,水蒸汽在本申请的低温沉积条件下容易吸附在ALD沉积腔室的内壁,造成清洗时间长,清洗困难。本申请通过采用100~110℃的氮气吹扫水蒸气,提高吹扫过程中水蒸气的温度,减少冷凝现象,减少吹扫时间,提高吹扫效率,缩短单次循环周期,提高沉积效率。
优选地,所述承载筒位于ALD沉积腔室的中心轴处,且沿ALD沉积腔室的长度方向贯穿首尾;所述转轴的两端与ALD沉积腔室的两端转动连接。
优选地,所述承载筒的外筒壁沿圆周方向设有用于吸附柔性基底的真空吸附孔阵列,所述承载筒的筒壁形成有与真空吸附孔阵列相连通的真空气道,所述真空气道外接有真空系统,通过真空系统产生负压为PET基底提供吸附力,大面积分布的真空吸附孔阵列可以为PET基底提供均匀的吸附力。
优选地,步骤(2)中,PET基底预热过程中控制升温速率为0.5~1℃/min。上述较低的升温速率可以使PET基底逐渐适应温度变化,减少热应力对其造成的影响,从而降低热变形的风险。
优选地,步骤(2)中,所述PET基底的厚度为15~35μm。
优选地,步骤(3)中,ALD沉积腔室的升温速率为1~2℃/min。沉积过程中采用较慢的升温速率,以确保沉积薄膜的均匀性和质量。
优选地,步骤(3)中,单次循环中,TMA的通入流量为10~30sccm,持续时间5~15s,停留时间为0.5~1s。
优选地,步骤(3)中,单次循环中,水蒸汽的通入流量为10~100 sccm,持续时间5~15s,停留时间为0.5~1s。
现有的ALD沉积工艺中,通入TMA和水蒸汽后直接使用氮气进行吹扫,可能会迅速带走TMA和水蒸汽分子,减少它们在基底表面的停留时间,导致反应不完全,降低沉积层的质量和均匀性。本申请在单次循环中,通入TMA和水蒸汽后,并没有直接采用氮气吹扫,而是增加了短暂的停留时间,以增强TMA和水蒸汽在PET基底表面的分布均匀性、吸附能力及反应完全性,避免产生副反应产物或不完全反应的产物,提高氧化铝薄膜的沉积质量和精度。
优选地,步骤(3)中,单次循环中,两次氮气吹扫时,氮气的通入流量均为50~500sccm,吹扫时间均为1~5s。
本发明还提供了一种采用上述方法制备得到的柔性基底氧化铝薄膜,所述柔性基底氧化铝薄膜包括PET基底和沉积于PET基底表面的氧化铝薄膜,所述PET基底的厚度为15~35μm,所述氧化铝薄膜的厚度为10~25nm。PET基底的厚度可以按需选择,较薄的PET基底可提供更好的柔性性能,但可能牺牲一些机械强度;较厚的PET基底则可以提供更好的稳定性和机械强度。采用本申请的工艺本申请制得的柔性基底氧化铝薄膜的均匀性好,具有优异的水汽氧气阻隔性能。
一种柔性基底氧化铝薄膜作为阻隔层在柔性太阳能电池中的应用,采用本申请的工艺本申请制得的柔性基底氧化铝薄膜的均匀性好,具有优异的水汽氧气阻隔性能,能够适应弯曲和拉伸等形变,可以作为阻隔层应用在弯曲表面、可穿戴电子设备和其它需要柔性电源的柔性太阳能电池应用场景中。
如上所述,本发明的柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法及应用,具有以下有益效果:通过特定的柔性基底旋转载具,采用真空吸附为PET基底提供稳定的吸附力,保障柔性衬底的平整性;提前将PET基底预热,减少热应力;ALD沉积氧化铝薄膜的过程中转动承载筒,可以平整基底表面,提高温场和反应气体的分布均匀性,提高沉积均匀性;氮气吹扫过程中,增强气体在PET基底表面的对流效果,提高吹扫效果和清洁效率;采用100~110℃的氮气吹扫水蒸气,提高吹扫过程中水蒸气的温度,减少冷凝现象,减少吹扫时间,提高吹扫效率,缩短单次循环周期,提高沉积效率;采用本申请的工艺制得的柔性基底氧化铝薄膜的均匀性好,能够适应弯曲和拉伸等形变,可以作为阻隔层应用在弯曲表面、可穿戴电子设备和其它需要柔性电源的柔性太阳能电池应用场景中。
附图说明
图1显示为ALD沉积腔室的结构示意图。
图2显示为图1中承载筒沿A-A方向的剖视图。
图3显示为实施例1制得的柔性基底氧化铝薄膜的结构示意图。
附图标号说明:1、ALD沉积腔室;2、转轴;3、承载筒;4、驱动装置;5、预热组件;6、真空吸附孔阵列;7、进气组件;8、真空气道;9、PET基底;10、氧化铝薄膜
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知,下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解,本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤,除非另有说明;还应理解,本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置,除非另有说明。而且,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本申请实施例提供了一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤(1):提供一个ALD沉积腔室1;
如图1和图2所示,所述ALD沉积腔室1内设有柔性基底旋转载具,所述柔性基底旋转载具包括转轴2、套接在转轴上的承载筒3和用于驱动承载筒转动的驱动装置4,所述承载筒的内筒壁设有预热组件5;所述承载筒的外筒壁沿圆周方向设有用于吸附柔性基底的真空吸附孔阵列6,所述承载筒的筒壁形成有与真空吸附孔阵列相连通的真空气道8,所述真空气道外接有真空系统,通过真空系统产生负压为PET基底提供吸附力;所述ALD沉积腔室1还设有进气组件7,所述进气组件用于为ALD沉积腔室供气;所述承载筒位于ALD沉积腔室的中心轴处,且沿ALD沉积腔室的长度方向贯穿首尾;所述转轴的两端与ALD沉积腔室的两端转动连接;
步骤(2):将厚度为20μm的PET基底9沿承载筒的筒壁圆周方向相贴合,启动真空系统产生负压为PET基底提供吸附力,将PET基底9真空吸附在柔性基底旋转载具上,将柔性基底旋转载具安装于ALD沉积腔室内,将ALD沉积腔室抽真空至0.5Torr,开启预热组件将PET基底以0.5℃/min的升温速率预热至40℃;
步骤(3):将ALD沉积腔室以1℃/min的升温速率加热至70℃,采用进气组件7,先以10 sccm的流量通入TMA,持续时间15s,停留时间为1s;然后以50 sccm的流量通入氮气吹扫5s,然后以10 sccm的流量通入水蒸汽,持续时间15s,停留时间为1s,最后以50 sccm的流量通入110℃的氮气吹扫5s,以此循环100次,如图3所示,在PET基底9上沉积厚度为10nm的氧化铝薄膜10,得到柔性基底氧化铝薄膜。单次循环中,通入TMA和水蒸汽时,以2r/min的转速转动承载筒;采用氮气吹扫过程中均以10r/min的转速转动承载筒。
实施例2
本申请实施例提供了一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤(1):提供一个ALD沉积腔室1,所述ALD沉积腔室1与实施例1完全相同;
步骤(2):将厚度为35μm的PET基底9沿承载筒的筒壁圆周方向相贴合,启动真空系统产生负压为PET基底提供吸附力,将PET基底9真空吸附在柔性基底旋转载具上,将柔性基底旋转载具安装于ALD沉积腔室内,将ALD沉积腔室抽真空至0.05Torr,开启预热组件将PET基底以1℃/min的升温速率预热至50℃;
步骤(3):将ALD沉积腔室以2℃/min的升温速率加热至75℃,采用进气组件7,先以30 sccm的流量通入TMA,持续时间5s,停留时间为0.5s;然后以500 sccm的流量通入氮气吹扫1s,然后以100 sccm的流量通入水蒸汽,持续时间5s,停留时间为0.5,最后以500 sccm的流量通入100℃的氮气吹扫1s,以此循环150次,在PET基底上沉积厚度为15nm的氧化铝薄膜;单次循环中,通入TMA和水蒸汽时,以5r/min的转速转动承载筒;采用氮气吹扫过程中均以15r/min的转速转动承载筒。
实施例3
本申请实施例提供了一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤(1):提供一个ALD沉积腔室1,所述ALD沉积腔室1与实施例1完全相同;
步骤(2):将厚度为15μm的PET基底9沿承载筒的筒壁圆周方向相贴合,启动真空系统产生负压为PET基底提供吸附力,将PET基底9真空吸附在柔性基底旋转载具上,将柔性基底旋转载具安装于ALD沉积腔室内,将ALD沉积腔室抽真空至0.35Torr,开启预热组件将PET基底以0.8℃/min的升温速率预热至45℃;
步骤(3):将ALD沉积腔室以1.5℃/min的升温速率加热至72℃,采用进气组件7,先以20sccm的流量通入TMA,持续时间10s,停留时间为0.8s;然后以250 sccm的流量通入氮气吹扫2s,然后以50 sccm的流量通入水蒸汽,持续时间10s,停留时间为0.8s,最后以350sccm的流量通入105℃的氮气吹扫12s,以此循环250次,在PET基底上沉积厚度为25nm的柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜;单次循环中,通入TMA和水蒸汽时,以3r/min的转速转动承载筒;采用氮气吹扫过程中均以12r/min的转速转动承载筒。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于,PET基底的固定方式不同,采用粘结固定的方式固定于硅片上,无旋转PET基底工序,其余工艺完全相同。
本对比例制得的氧化铝薄膜发生轻微褶皱。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于,无PET基底的预热工序,其余工艺完全相同。
本对比例制得的氧化铝薄膜发生轻微热变形。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于,无PET基底的旋转工序,沉积过程中承载筒未转动,其余工艺完全相同。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于,每个循环中,氮气吹扫过程中承载筒转动速度过快,为20r/min,其余工艺完全相同。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于,每个循环中,氮气吹扫过程中承载筒均未转动,其余工艺完全相同。
分别对实施例1~3及对比例1~5制得的柔性基底氧化铝薄膜的沉积均匀性和薄膜质量做检测:
氧化铝薄膜的均匀性测试方法:激光椭偏仪直接测量膜厚,测试位置分别为柔性基底氧化铝薄膜的四角及中心处。
均匀性计算公式如下:
片内均匀性=[(片内膜厚最大值-最小值)/(2*片内膜厚平均值)]*100%。
透光率采用椭圆偏振仪测试,测试波长范围为350~700nm,分别对PET基底沉积前后的样品的透光率做测试,透光率=(柔性基底氧化铝薄膜透光率)/(PET基底透光率)*100%。
水蒸气透过率(WVTR)采用GB/T 26253测试,应力采用纳米压痕法测试。
各实施例及对比例的柔性基底氧化铝薄膜的检测结果如表1和表2所示,
表1. 实施例1~3及对比例1~5制得的柔性基底氧化铝薄膜的膜厚均匀性测试结果
由表1可以看出,实施例1~3采用本申请的方法得到的柔性基底氧化铝薄膜具有较好的均匀性,通过比较对比例1与实施例1的数据可知,通过真空吸附的方式相对于粘结固定可以为PET基底提供稳定的吸附力,保障柔性衬底在整个沉积过程中的平整性,大大提高沉积均匀性;通过比较对比例2与实施例1的数据可知,预热可以有效使PET基底逐渐适应温度变化,减少热应力对其造成的影响,确保沉积均匀性;通过比较对比例3与实施例1的数据可知,沉积过程中以特定的转速转动承载筒可以改善沉积均匀性;通过比较对比例4与实施例1的数据可知,氮气吹扫过程中承载筒转动速度很关键,转速过快会导致反应气体吸附量不够,导致沉积的氧化铝薄膜的厚度不达标;通过比较对比例5与实施例1的数据可知,在短暂的氮气吹扫时间内,如果承载筒未转动,则无法高效完成残留气体的清除,导致最终薄膜的均匀性受到影响。
表2. 实施例1~3及对比例1~5制得的柔性基底氧化铝薄膜的质量测试结果
由表2可以看出,实施例1~3采用本申请的方法得到的柔性基底氧化铝薄膜具有优异的阻隔性能(水蒸气透过率小于10-3g/m2·day)和透光率(大于93%)及机械强度(应力小于200MPa),可以作为阻隔层应用于柔性太阳能电池中。通过比较对比例1与实施例1的数据可知,通过真空吸附的方式提高沉积均匀性,有利于提升沉积层的致密度,降低水蒸气透过率;通过比较对比例2与实施例1的数据可知,预热工序对沉积层的质量很关键,未预热会导致PET基底发生热变形,进而导致氧化铝薄膜开裂,破坏其致密性,导致水蒸气透过率增大一个数量级;通过比较对比例3与实施例1的数据可知,沉积过程中以特定的转速转动承载筒可以有效改善沉积质量;通过比较对比例4与实施例1的数据可知,氮气吹扫过程中承载筒转动速度很关键,转速过快会导致反应气体吸附量不够,无法形成目标厚度的氧化铝薄膜,导致阻隔性能变差;通过比较对比例5与实施例1的数据可知,在短暂的氮气吹扫时间内,如果承载筒未转动,则无法高效完成残留气体的清除,导致最终氧化铝薄膜的纯度降低,沉积质量不达标。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1):提供一个ALD沉积腔室;
所述ALD沉积腔室内设有柔性基底旋转载具,所述柔性基底旋转载具包括转轴、套接在转轴上的承载筒和用于驱动承载筒转动的驱动装置,所述承载筒的内筒壁设有预热组件;所述承载筒的外筒壁沿圆周方向设有用于吸附柔性基底的真空吸附孔阵列,所述承载筒的筒壁形成有与真空吸附孔阵列相连通的真空气道,所述真空气道外接有真空系统;
步骤(2):将PET基底沿承载筒的筒壁圆周方向真空吸附在柔性基底旋转载具上,将柔性基底旋转载具安装于ALD沉积腔室内,将ALD沉积腔室抽真空至0.05~0.5Torr,开启预热组件将PET基底预热至40~50℃;
步骤(3):将ALD沉积腔室加热至70~75℃,先通入TMA,然后通入氮气吹扫,然后通入水蒸汽,最后通入100~110℃的氮气吹扫,以此循环,在PET基底上沉积氧化铝薄膜;单次循环中,通入TMA和水蒸汽时,以2~5r/min的转速转动承载筒;采用氮气吹扫过程中均以10~15r/min的转速转动承载筒;单次循环中,TMA的通入流量为10~30 sccm,持续时间5~15s,停留时间为0.5~1s;单次循环中,水蒸汽的通入流量为10~100 sccm,持续时间5~15s,停留时间为0.5~1s;单次循环中,两次氮气吹扫时,氮气的通入流量均为50~500 sccm,吹扫时间均为1~5s。
2.根据权利要求1所述的柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,其特征在于:所述承载筒位于ALD沉积腔室的中心轴处,且沿ALD沉积腔室的长度方向贯穿首尾;所述转轴的两端与ALD沉积腔室的两端转动连接。
3.根据权利要求1所述的柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,其特征在于:步骤(2)中,PET基底预热过程中控制升温速率为0.5~1℃/min;所述PET基底的厚度为15~35μm。
4.根据权利要求1所述的柔性基底ALD沉积氧化铝薄膜的方法,其特征在于:步骤(3)中,ALD沉积腔室的升温速率为1~2℃/min。
5.一种由如权利要求1~4任意一项所述的方法制备得到的柔性基底氧化铝薄膜。
6.一种如权利要求5所述的柔性基底氧化铝薄膜作为阻隔层在柔性太阳能电池中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311221290.8A CN117144333B (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种柔性基底ald沉积氧化铝薄膜的方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311221290.8A CN117144333B (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种柔性基底ald沉积氧化铝薄膜的方法及应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117144333A CN117144333A (zh) | 2023-12-01 |
CN117144333B true CN117144333B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=88902510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311221290.8A Active CN117144333B (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种柔性基底ald沉积氧化铝薄膜的方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117144333B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103031531A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-10 | 苏州汉纳材料科技有限公司 | 柔性碳纳米管透明导电薄膜的制备方法及系统 |
CN107254675A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-17 | 华中科技大学 | 一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置及方法 |
CN113871493A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-31 | 江苏海洋大学 | 基于原子层沉积技术的铝掺杂氧化钛薄膜及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8287647B2 (en) * | 2007-04-17 | 2012-10-16 | Lam Research Corporation | Apparatus and method for atomic layer deposition |
JP6119745B2 (ja) * | 2012-05-31 | 2017-04-26 | 凸版印刷株式会社 | 巻き取り成膜装置 |
KR20230056656A (ko) * | 2020-06-22 | 2023-04-27 | 에스아이오2 메디컬 프로덕츠, 인크. | 원자층 증착 코팅된 약학적 패키징 및 예를 들어, 동결건조된/콜드-체인 약물/백신을 위한 개선된 주사기 및 바이알 |
-
2023
- 2023-09-21 CN CN202311221290.8A patent/CN117144333B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103031531A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-10 | 苏州汉纳材料科技有限公司 | 柔性碳纳米管透明导电薄膜的制备方法及系统 |
CN107254675A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-17 | 华中科技大学 | 一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置及方法 |
CN113871493A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-31 | 江苏海洋大学 | 基于原子层沉积技术的铝掺杂氧化钛薄膜及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117144333A (zh) | 2023-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Improvements of permeation barrier coatings using encapsulated parylene interlayers for flexible electronic applications | |
JP6056854B2 (ja) | ガスバリア性フィルム、ガスバリア性フィルムの製造方法及び電子デバイス | |
JP5223540B2 (ja) | ガスバリア性シート、ガスバリア性シートの製造方法 | |
US8283020B2 (en) | Laminate film and composite film | |
US20130146860A1 (en) | Method of manufacturing gas barrier film and organic photoelectric conversion element | |
CN1678151A (zh) | 有机电致发光器件和其制造方法 | |
KR20070012508A (ko) | 플라스틱 기판 상에 저온 무기성 필름을 증착하는 방법 및장치 | |
CN108588679A (zh) | 原子层沉积制备W掺杂Al2O3高阻薄膜的方法 | |
JP2001111077A (ja) | 太陽電池モジュ−ル用裏面保護シ−トおよびそれを使用した太陽電池モジュ−ル | |
WO2018021089A1 (ja) | ガスバリアフィルムおよび太陽電池、ならびに、ガスバリアフィルムの製造方法 | |
van Assche et al. | On the intrinsic moisture permeation rate of remote microwave plasma-deposited silicon nitride layers | |
Deng et al. | PbI2/CH3NH3Cl Mixed Precursor–Induced Micrometer‐Scale Grain Perovskite Film and Room‐Temperature Film Encapsulation toward High Efficiency and Stability of Planar Perovskite Solar Cells | |
CN117144333B (zh) | 一种柔性基底ald沉积氧化铝薄膜的方法及应用 | |
JP5664341B2 (ja) | ガスバリア性フィルム | |
JP2012036460A (ja) | 非晶質窒化珪素膜とその製造方法、ガスバリア性フィルム、並びに、有機エレクトロルミネッセンス素子とその製造方法および封止方法 | |
US11822182B2 (en) | Wire grid polarizer with multi-layer silane conformal coating | |
CN1563243A (zh) | 一种高热导性和高气密性的薄膜封装材料及其制备方法 | |
KR100413709B1 (ko) | 반도체제조장치용부재 | |
KR102109001B1 (ko) | 순차적 기상 공정을 이용한 혼합 유기물 동시 기화방식의 페로브스카이트 박막 제조방법 및 이를 이용한 태양전지 | |
JP2006057121A (ja) | 窒化シリコン膜の製造方法及び表示装置用フィルム | |
JP6237473B2 (ja) | ガスバリア性フィルムの製造方法 | |
US20100206371A1 (en) | Reflectively coated semiconductor component, method for production and use thereof | |
US20080102260A1 (en) | Gas barrier plastic body and gas barrier plastic film | |
CN113921631A (zh) | 一种增强太阳能背板水蒸气阻隔性的方法 | |
CN108588680A (zh) | 原子层沉积制备Mo掺杂Al2O3高阻薄膜的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |