TW201943877A - 太陽能選擇性吸收膜及其製造方法 - Google Patents

太陽能選擇性吸收膜及其製造方法

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Abstract

本發明提供太陽能選擇性吸收膜及其製造方法。太陽能選擇性吸收膜包含基材、設於基材表面上的氮化鈦層、設於氮化鈦層上的氮氧化鈦層、設於氮氧化鈦層上的氧化鈦層，以及設於氧化鈦層上的抗反射層。太陽能選擇性吸收膜之製造可藉由調整氮氣含量、射頻功率及/或工作壓力，以製得所述太陽能選擇性吸收膜。

Description

太陽能選擇性吸收膜及其製造方法
本發明是有關於一種太陽能選擇性吸收膜及其製造方法，且特別是有關於一種具有高太陽能吸收率、低熱放射率及高溫穩定性的太陽能選擇性吸收膜及其製造方法。
現今，藉由太陽熱能系統發電之技術備受矚目。此太陽熱能系統之集熱元件包含了極其重要的太陽能選擇性吸收膜。此太陽能選擇性吸收膜需具備對太陽光的高吸收率、低熱放射率等性質，以有效利用太陽熱能。
目前已知一種太陽能選擇性吸收膜，其包含氮氧化鈦膜、二氧化鈦膜、氮化矽膜以及二氧化矽膜。上述太陽能選擇性吸收膜之放射率較高。
又有另一種太陽能選擇性吸收膜，其包含金屬鋁層、氮化鈦層及氮氧化鈦層。此種太陽能選擇性吸收膜反射率高、且鋁的熔點較低，致使此種太陽能選擇性吸收膜無法於高溫(例如700℃)下應用。
尚有另一種太陽能選擇性吸收膜包含氮化鋁鈦 層、氮氧化鋁鈦層、氧化鋁鈦層及氧化矽層。此種太陽能選擇性吸收膜的組成複雜、成本較高，並不利於工業上的量產製造。
因此，目前亟需提出一種太陽能選擇性吸收膜及其製造方法，其可簡化目前的製程、降低成本。此外，所製得的太陽能選擇性吸收膜藉由多層膜的堆疊，可提高太陽能吸收率、減少熱輻射散出，並具有高溫穩定性。
本發明的一個態樣在於提供一種太陽能選擇性吸收膜。在一些實施例中，此太陽能選擇性吸收膜包含基材、設於基材表面上的氮化鈦層、設於氮化鈦層上的氮氧化鈦層、設於氮氧化鈦層上的氧化鈦層，以及設於氧化鈦層上的抗反射層。氮氧化鈦層具有大於0.2至0.4之氮氧原子數比值。
依據本發明的一些實施例，氮化鈦層之厚度為45nm至140nm。氮氧化鈦層之厚度為75nm至110nm。氧化鈦層之厚度為20nm至40nm。抗反射層之厚度為55nm至90nm。
依據本發明的一些實施例，抗反射層包含氧化矽層或氧化鉿層。
依據本發明的一些實施例，氮化鈦層及氮氧化鈦層包含晶體結構。
依據本發明的一些實施例，此晶體結構之晶向 為TiN(200)或TiN(111)。
依據本發明的一些實施例，氧化鈦層為氮摻雜的氧化鈦層。
本發明的另一個態樣在於提供一種太陽能選擇性吸收膜的製造方法。在一些實施例中，此製造方法包含下述步驟。首先，提供基材，並進行第一沉積操作，以沉積氮化鈦層於基材上。第一沉積操作係於第一工作壓力P1下，通入惰性氣體和第一含量C1的氮氣，並以第一射頻功率W1濺射鈦靶材。接著，進行第二沉積操作，以沉積氮氧化鈦層於氮化鈦層上。第二沉積操作係於第二工作壓力P2下，通入惰性氣體和第二含量C2的氮氣，並以第二射頻功率W2濺射鈦靶材。然後，進行第三沉積操作，以沉積氧化鈦層於氮氧化鈦層上。第三沉積操作係於第三工作壓力P3下，通入惰性氣體和第三含量C3的氮氣，並以第三射頻功率W3濺射鈦靶材。接下來，沉積抗反射層於氧化鈦層上。所述第一沉積操作、第二沉積操作和第三沉積操作滿足下列條件之至少一者：C1<C2<C3；W1>W2>W3；以及P1<P2<P3。
依據本發明的一些實施例，沉積抗反射層包含沉積氧化矽層或沉積氧化鉿層。
依據本發明的一些實施例，第一射頻功率W1、第二射頻功率W2和第三射頻功率W3為150W至300W。
依據本發明的一些實施例，第一含量C1和第二含量C2分別為惰性氣體體積的1.7%至3.3%，且第三含量C3為惰性氣體體積的16.7%至33.3%。
依據本發明的一些實施例，第一工作壓力P1、第二工作壓力P2和第三工作壓力P3為1.1mtorr至5mtorr。
依據本發明的一些實施例，所述製造方法更包含於沉積抗反射層後，於400℃至800℃之溫度下，進行退火操作達1小時至2小時。
依據本發明的一些實施例，第一沉積操作、該第二沉積操作以及該第三沉積操作係於4×10-6torr至8×10-6torr之一背景壓力下進行。
100‧‧‧製造方法
110、120、130、140、150‧‧‧步驟
200‧‧‧太陽能選擇性吸收膜
201‧‧‧第一沉積操作
202‧‧‧第二沉積操作
203‧‧‧第三沉積操作
204‧‧‧退火操作
210‧‧‧基材
220‧‧‧氮化鈦層
230‧‧‧氮氧化鈦層
240‧‧‧氧化鈦層
250‧‧‧抗反射層
901、902、903、904、905‧‧‧裝置
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]為根據本發明的一些實施例所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法的示意流程圖。
[圖2A]至[圖2F]為根據本發明的一些實施例所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法之各個製程階段的示意剖面圖。
[圖3A]為N2/Ar為1.7%、3.3%、16.7%及33.3%時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。
[圖3B]為[圖3A]之各個N2/Ar條件下的氮氧原子數比值之折線圖。
[圖3C]為氮氣含量比例分別為0%、60%、80%和100%時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。
[圖4A]為射頻功率分別為150W、200W、250W及300W時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。
[圖4B]為[圖4A]各個射頻功率的氮氧原子數比值之折線圖。
[圖5A]為工作壓力分別為1.1mtorr、2.2mtorr、3.4mtorr及5mtorr時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。
[圖5B]為[圖5A]之各個工作壓力的氮氧原子數比值之折線圖。
[圖6A]、[圖6B]及[圖6C]分別為不同氮氧原子數比值之含鈦層的穿透率。
[圖7A]、[圖7B]及[圖7C]分別為不同氮氧原子數比值之含鈦層的吸收率。
[圖8]為不同氮氧原子數比值的含鈦層於700nm至1100nm之光波長的吸收率。
[圖9A]及[圖9B]為本發明之太陽能選擇性吸收膜及其他裝置的反射率圖以及吸收率圖。
本發明之目的在於提供一種太陽能選擇性吸收膜及其製造方法。在此製造方法中，藉由調整射頻功率、工作壓力以及氮氣含量，可使用純鈦靶材製得不同氮氧原子數比值的含鈦層。根據氮氧原子數比值依序堆疊之此些含鈦層及含鈦層上的抗反射層，則組成所述太陽能選擇性吸收膜， 以避免所吸收的熱輻射能散出。本發明之太陽能選擇性吸收膜具有高太陽能吸收率、低熱放射率以及高溫穩定性。
以下利用圖1和圖2A至圖2F，說明本發明之太陽能選擇性吸收膜的製造方法。圖1為根據本發明的一些實施例所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法的示意流程圖。圖2A至圖2F為根據本發明的一些實施例所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法之各個製程階段的示意剖面圖。
在方法100的步驟110中，首先提供基材210，如圖2A所示。基材210可包含但不限於摻雜或未摻雜的矽基板、玻璃基板、不銹鋼基板、碳鋼基板或如鋁、銅、鎳等其他金屬基材。所述基材之選擇視太陽能選擇性吸收膜的應用條件而定，本發明並不限於所舉例子。例如：若要將太陽能選擇性吸收膜應用於高溫(如高於600℃)，則須選用耐熱性佳、熔點高的不銹鋼基板或碳鋼基板。
接著，如步驟120所示，進行第一沉積操作201，以沉積氮化鈦(TiNx，其中x>0)層220於基材210上，如圖2B所示。在一些實施例中，第一沉積操作係於第一工作壓力P1下，通入惰性氣體和第一含量C1的氮氣，並以第一射頻功率W1濺射鈦靶材。在一些例子中，第一工作壓力P1可為1.1mtorr至5mtorr。在另一些例子中，第一含量C1的氮氣可為惰性氣體體積的1.7%至3.3%。在一些例子中，第一射頻功率W1可為150W至300W。
氮化鈦層220可例如具有大於0.4的氮氧原子數比值。在一些實施例中，氮化鈦層220之厚度為45nm至 140nm。在一些實施例中，氮化鈦層220包含晶體結構。此晶體結構的晶向可例如包括TiN(200)或TiN(111)。此氮化鈦層220設置於基材210上做為紅外光反射層，以降低太陽能選擇性吸收膜之放射率，避免熱能自基材210散出。倘若第一含量C1超過所述範圍，都會降低氮化鈦層220之氮氧原子數比值，並形成非晶結構。再者，此氮化鈦層220的穩定性高，在高溫下不易與基材或後述之氮氧化鈦層230反應，故可提高本發明之太陽能選擇性吸收膜的穩定性。
然後，如步驟130所示，進行第二沉積操作202，以沉積氮氧化鈦層(TiNxOy，其中x>0且y>0)230於氮化鈦層220上，如圖2C所示。在一些實施例中，第二沉積操作202係於第二工作壓力P2下，通入惰性氣體和第二含量C2的氮氣，並以第二射頻功率W2濺射鈦靶材。在一些例子中，第二工作壓力P2可為1.1mtorr至5mtorr。在另一些例子中，第二含量C2的氮氣可為惰性氣體體積的1.7%至3.3%。在一些例子中，第二射頻功率W2可為150W至300W。
氮氧化鈦層230可例如具有0.2至0.4的氮氧原子數比值。在一些實施例中，氮氧化鈦層230之厚度為75nm至110nm。在一些實施例中，氮氧化鈦層230包含晶體結構。此晶體結構的晶向可例如包括TiN(200)或TiN(111)。此氮氧化鈦層230係做為太陽能選擇性吸收膜的選擇性吸收層。上述晶體結構有助於太陽能選擇性吸收膜、延長光的路徑，從而可提高吸收率。倘若第二含量C2超過所述範圍， 會降低氮氧化鈦層230之氮氧原子數比值，即氮氧化鈦層230的氧含量升高，並降低晶體結構的比例，從而降低太陽能吸收效能。
接下來，如步驟140所示，進行第三沉積操作203，以沉積氧化鈦(TiOy，其中y>0)層240於氮氧化鈦層230上，如圖2D所示。在一些實施例中，第三沉積操作203係於第三工作壓力P3下，通入惰性氣體和第三含量C3的氮氣，並以第三射頻功率W3濺射鈦靶材。在一些例子中，第三工作壓力P3可為1.1mtorr至5mtorr。在另一些例子中，第三含量C3的氮氣可為惰性氣體體積的16.7%至33.3%。在一些例子中，第三射頻功率W3可為150W至300W。在一些實施例中，第三沉積操作203可包括氮摻雜氧化鈦層，具體而言本發明係藉由高含量的氮氣毒化鈦靶材，以形成氮摻雜氧化鈦層。上述摻雜氮的過程可提供較高的鍍率，且製程中不須額外通入氧氣，故可避免氧氣濃度之變動影響濺鍍品質。
氧化鈦層240可例如具有小於0.2的氮氧原子數比值。在一些實施例中，氧化鈦層240之厚度為20nm至40nm。此氧化鈦層240具有高穿透率，可做為太陽能選擇性吸收膜的表面抗反射層，以降低太陽能選擇性吸收膜的介面反射率，使光線可進入太陽能選擇性吸收膜中。
在一些實施例中，所述第一沉積操作201、第二沉積操作202以及第三沉積操作203滿足下述條件之至少一者：C1<C2<C3；W1>W2>W3；以及，P1<P2<P3。倘 若第一沉積操作201、第二沉積操作202以及第三沉積操作203未依上述條件之至少一者調整，則無法有效控制氮化鈦層220、氮氧化鈦層230和氧化鈦層240中的氮氧原子數比值，從而影響太陽能選擇性吸收膜的效能。
在一些實施例中，太陽能選擇性吸收膜的各個沉積製程較佳係於35℃至45℃下進行。倘若第一射頻功率W1、第二射頻功率W2及/或第三射頻功率W3大於300W，將致使反應腔體內溫度過高，從而使太陽能選擇性吸收膜的各層進一步氧化或造成其性質劣化。
倘若第一工作壓力P1、第二工作壓力P2及/或第三工作壓力P3大於5mtorr，將致使氮化鈦層、氮氧化鈦層及/或氧化鈦層之鍍率過低。
接著，如步驟150所示，沉積抗反射層250於氧化鈦層240上，以製得太陽能選擇性吸收膜200，如圖2E所示。在一些實施例中，沉積抗反射層250包括沉積氧化矽層或沉積氧化鉿層。在沉積氧化矽層的例子中，可例如使用二氧化矽靶材沉積所述氧化矽層。在沉積氧化鉿層的例子中，可例如使用二氧化鉿靶材沉積所述氧化鉿層。在一些實施例中，抗反射層250之厚度為55nm至90nm。此抗反射層250之功能與氧化鈦層240相似，其係用以降低太陽能選擇性吸收膜的介面反射率。
在一些實施例中，第一沉積操作201、第二沉積操作202以及第三沉積操作203係於4×10-6torr至8×10-6torr之背景壓力下進行。在一實施例中，圖1之步驟 110、步驟120、步驟130、步驟140及步驟150排除通入氧氣。換言之，本發明之氮化鈦層220、氮氧化鈦層230和氧化鈦層240之氧氣來自於反應腔室(未繪示)中殘餘的氧氣，並以上述背景壓力控制殘餘的氧氣含量，以獲得特定氮氧原子數比值的氮化鈦層220、氮氧化鈦層230和氧化鈦層240。
在一些實施例中，本發明之太陽能選擇性吸收膜的製造方法更包含對太陽能選擇性吸收膜200進行退火操作204，如圖2F所示。所述退火操作204係於400℃至800℃之溫度下進行達1小時至2小時。進行退火操作205有助於增加太陽能選擇性吸收膜的介面反射，以進一步提高太陽能吸收率。
以下藉由多個實施例說明本發明之太陽能選擇性吸收膜的製造方法。
沉積操作條件對膜層氮氧原子數比值的影響
1.氣體含量之影響
實施例1
實施例1使用純度為99.995wt.%的鈦金屬靶材，於厚度為1至1.2mm的載玻片玻璃基板上，濺鍍含鈦層。所述含鈦層係分別於射頻功率200W、工作壓力為2.2mtorr、背景壓力為6×10-6torr及氬氣流速為30sccm的條件下，以不同氮氣含量所形成的單層。此氮氣含量係以佔氬氣之體積比例(N2/Ar)表示。特別說明的是，實施例1並未額外通入氧氣，僅藉由反應腔室中殘餘的氧氣作為含鈦層 的氧來源。量測所述單層之氮元素、氧元素和鈦元素含量，其結果如圖3A及圖3B所示。圖3A為N2/Ar為1.7%、3.3%、16.7%及33.3%時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。圖3B為圖3A之各個N2/Ar條件下的氮氧原子數比值之折線圖。進一步對實施例1之各個含鈦層進行晶體結構的探討，其結果如表1所示。
比較例1
比較例1係使用與實施例1相同的方法進行，不同的是，比較例1係通入氮氣與氧氣的混合氣體，並調整此混合氣體中的氮氣含量比例(N2/(N2+O2)%)，其結果如圖3B所示。圖3C為氮氣含量比例分別為0%、60%、90%和100%時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。
根據圖3A和圖3B可知，使用較低氮氣含量所形成之含鈦膜，反而可具有較高的氮氧原子數比值(N/O)。此乃是因為反應腔體內過多的反應氣體(氮氣)，使靶材表面也發生化學反應而降低靶材濺擊溢出(yielding)率，也使得腔體內殘存的氧氣與濺鍍之含鈦層的反應時間增加。因此，本發明可不額外通入氧氣，並藉由調整氮氣含量而獲得不同氮氧原子數值的含鈦層。此外，根據表1可知，隨氮氧原子數比值的減少，晶向逐漸由111轉變為200。
另一方面，根據圖3C的結果可知，額外通入氧氣反而使得含鈦層的氮氧原子數比值無法根據氮氣含量而有所變化。此乃是因為氧氣與鈦的結合力遠大於氮氣與鈦的結合力。因此，本發明的太陽能選擇性吸收膜的製造方法排除額外通入氧氣。
2.射頻功率的影響
實施例2
實施例2使用與實施例1相同的鈦金屬靶材及載玻片玻璃基板，以濺鍍含鈦層。所述含鈦層係分別於N2/Ar為3.3%、工作壓力為2.2mtorr、背景壓力為6×10-6torr及氬氣流速為30sccm的條件下，以不同射頻功率所形成的單層。量測所述單層之氮氧原子數比值，其結果如圖4所示。圖4A為射頻功率分別為150W、200W、250W及300W時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。圖4B為圖4A各個射頻功率的氮氧原子數比值之折線圖。
根據圖4A和圖4B可知，射頻功率較低時，由於氮氣和氬氣的解離度不足，因此氮氧原子數比值較低。反之，提高射頻功率有助於氮氣與氬氣的解離，故可提供較高的氮氧原子數比值。
3.工作壓力的影響
實施例3
實施例3使用與實施例1相同的鈦金屬靶材及載玻片玻璃基板，以濺鍍含鈦層。所述含鈦層係分別於N2/Ar為1.7%、射頻功率為200W、背景壓力為6×10-6torr 及氬氣流速為30sccm的條件下，以不同工作壓力所形成的單層。量測所述單層之氮氧原子數比值，其結果如圖5所示。圖5A為工作壓力分別為1.1mtorr、2.2mtorr、3.4mtorr及5mtorr時的氮元素、氧元素和鈦元素含量之折線圖。圖5B為圖5A之各個工作壓力的氮氧原子數比值之折線圖。
如圖5A和圖5B所示，工作壓力較高時，粒子的平均自由徑較短，造成粒子間易碰撞失去能量，故不利於氮氣的解離與氮鍵結的形成。反之，工作壓力低時，粒子的平均自由徑較長，使粒子到達基板時可保有較高的動能。
不同氮氧原子數比值之穿透率
實施例4
實施例4係將實施例1至3所得之各個含鈦層，利用紫外光-可見光-近紅外光分光光譜儀進行300nm至2500nm光波長的穿透率檢測，其結果分別如圖6A、圖6B及圖6C所示。圖6A、圖6B及圖6C分別為不同氮氧原子數比值之含鈦層的穿透率。
在圖6A中，如前述圖3A的結果，氮氣含量越少者，氮氧原子數比值越大。在圖6B中，如圖4的結果，射頻功率越大者，氮氧原子數比值越大。在圖6C中，如圖5所示，工作壓力越小者，氮氧原子數比值越大。據此，根據圖6A至圖6C可知，氮氧原子數比值越大者，穿透率越低。反之，氮氧原子數比值越小者(例如小於0.2)，穿透率越高。此乃是因為高氧含量的非晶態含鈦層(如表1所示)為近乎透 明之薄膜。另一方面，含氮量較高的含鈦層較具金屬性，其穿透率低。再者，含氮量較高的含鈦層的結晶度(具有晶體結構，如表1所示)高，造成光的散射、增加光的路徑，進而增加光被吸收的機會而降低穿透率。
不同氮氧原子數比值之吸收率
實施例5
實施例5係將實施例1至3所得之各個含鈦層，利用紫外光-可見光-近紅外光分光光譜儀進行300nm至2500nm光波長的吸收率檢測，其結果分別如圖7A、圖7B及圖7C所示。圖7A、圖7B及圖7C分別為不同氮氧原子數比值之含鈦層的吸收率。
如圖7A至圖7C所示，吸收峰主要為約400nm處以及約700nm至1100nm處，且氮氧原子數比值越大(例如約0.2至約0.4)，吸收率越高。
實施例6
進一步以700nm至1100nm之光波長，進行不同氮氧原子數比值的含鈦層之檢測，其結果如圖8所示。圖8為不同氮氧原子數比值的含鈦層於700nm至1100nm之光波長的吸收率。
如圖8所示，太陽能吸收率於氮氧原子數比值為0.2至0.4時較佳，此時，含鈦層中包含氮化鈦和氧化鈦之複合物。因此，氮氧原子數比值為0.2至0.4之含鈦層為本發明前述做為選擇性吸收層的氮氧化鈦層。再者，氮氧原子數比值為小於0.2的含鈦層為本發明做為抗反射層之一的氧化鈦 層。此外，氮氧原子數比值為大於0.4的含鈦層為本發明做為紅外光反射層的氮化鈦層。
太陽能選擇性吸收膜
實施例7
實施例7以下表2所示的製程條件製得如圖2E所示的太陽能選擇性吸收膜的各層，並測量太陽能選擇性吸收膜的反射率以及吸收率，並進一步以包含不同層之太陽能選擇性吸收膜做為比較，其結果如圖9A和圖9B所示。在實施例7中，氮化鈦層之氮氧原子數比值約為0.53、氮氧化鈦層之氮氧原子數比值約為0.28，以及氧化鈦層的氮氧原子數比值約為0.19。
在圖9A及圖9B中，裝置901代表包含表2各層的太陽能選擇性吸收膜，裝置902缺少裝置901之二氧化矽層，裝置903缺少裝置901之二氧化矽層及氧化鈦層，裝置904僅包含裝置901之基材及氮化鈦層，以及裝置905僅包含裝置901之基材。
如圖9A及圖9B所示，本發明之選擇性吸收膜，藉由依序堆疊特定氮氧原子數比值的氮化鈦層、氮氧化 鈦層、氧化鈦及抗反射層(二氧化矽層)，可具有高吸收率以及低反射率(即良好的抗反射率)。
太陽能選擇性吸收膜之各層厚度
實施例8
實施例8係調整太陽能選擇性吸收膜各層的厚度，並測量具有不同厚度的太陽能選擇性吸收膜之吸收率，其厚度與吸收率悉如表3所示。
真空退火處理
實施例9
於9×10-2torr之壓力下，通入氬氣達1atm，並以10℃/分鐘的速度加熱實施例7(901)的太陽能選擇性吸收膜，以及改變氮氧化鈦層之射頻功率為250W的太陽能選擇性吸收膜，以分別於400℃、600℃及800℃下，進行真空退火處理達2小時，並測量其處理後的吸收率。實施例9之吸收率結果如表4所示。此處係使用傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)及衰減式全反射(attenuated total reflectance；ATTR)附件，使用鍺為晶體材料，量測2.5至10μm的波長範圍，以測得加熱至100℃之實施例9的各 個太陽能選擇性吸收膜的吸收率光譜，並換算其放射率。
如表4所示，使用二氧化矽做為抗反射層的實施例9中，400℃或600℃的真空退火處理都可以進一步提升太陽能選擇性吸收膜的放射率，且可維持良好的吸收率。然而，由於二氧化矽在800℃有表面軟化的問題，造成使用二氧化矽做為抗反射層的實施例9的吸收率劣化。
以二氧化鉿做為抗反射層
實施例10
實施例10之太陽能選擇性吸收膜係與實施例7相似的方法製得，不同的是，實施例10以120W的射頻功率形成二氧化鉿層，以取代二氧化矽之抗反射層。測量此太陽能選擇性吸收膜於800℃的真空退火處理前後之吸收率。在實施例10中，未進行真空退火處理的吸收率為0.899，而進行真空退火處理後的吸收率為0.872。根據實施例10可知，將抗反射層替換為二氧化鉿層，可提高太陽能選擇性吸收膜於高溫下的熱穩定性。
本發明之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，可藉由控制氮氣含量、工作壓力、射頻功率及背景壓力等製程 參數，製得包含氮化鈦層、氮氧化鈦層及氧化鈦層之太陽能選擇性吸收膜，上述各層具有特定的氮氧原子數比值。此太陽能選擇性吸收膜具有高太陽能吸收率、低熱放射率以及高溫穩定性。

Claims (13)

  1. 一種太陽能選擇性吸收膜，包含：一基材；氮化鈦層，設於該基材之一表面上；氮氧化鈦層，設於該氮化鈦層上，其中該氮氧化鈦層具有大於0.2至0.4之氮氧原子數比值；氧化鈦層，設於該氮氧化鈦層上；以及一抗反射層，設於該氧化鈦層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能選擇性吸收膜，其中該氮化鈦層之一厚度為45nm至140nm，該氮氧化鈦層之一厚度為75nm至110nm，該氧化鈦層之一厚度為20nm至40nm，以及該抗反射層之一厚度為55nm至90nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能選擇性吸收膜，其中該抗反射層包含氧化矽層或氧化鉿層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能選擇性吸收膜，其中該氮化鈦層及該氮氧化鈦層包含晶體結構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能選擇性吸收膜，其中該晶體結構之一晶向為TiN(200)或TiN(111)。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能選擇性吸收膜，其中該氧化鈦層為氮摻雜的氧化鈦層。
  7. 一種太陽能選擇性吸收膜的製造方法，包含：提供一基材；進行一第一沉積操作，以沉積氮化鈦層於該基材上，其中該第一沉積操作係於一第一工作壓力P1下，通入一惰性氣體和一第一含量C1的氮氣，並以一第一射頻功率W1濺射鈦靶材；進行一第二沉積操作，以沉積氮氧化鈦層於該氮化鈦層上，其中該第二沉積操作係於一第二工作壓力P2下，通入該惰性氣體和一第二含量C2的氮氣，並以一第二射頻功率W2濺射該鈦靶材；進行一第三沉積操作，以沉積氧化鈦層於該氮氧化鈦層上，其中該第三沉積操作係於一第三工作壓力P3下，通入該惰性氣體和一第三含量C3的氮氣，並以一第三射頻功率W3濺射該鈦靶材；以及沉積一抗反射層於該氧化鈦層上，其中該第一沉積操作、該第二沉積操作和該第三沉積操作滿足下列條件之至少一者：C1<C2<C3；W1>W2>W3；以及P1<P2<P3。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，其中沉積該抗反射層包含沉積氧化矽層或沉積氧化鉿層。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，其中該第一射頻功率W1、該第二射頻功率W2和該第三射頻功率W3為150W至300W。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，其中該第一含量C1和該第二含量C2分別為該惰性氣體體積的1.7%至3.3%，且該第三含量C3為該惰性氣體體積的16.7%至33.3%。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，其中該第一工作壓力P1、該第二工作壓力P2和該第三工作壓力P3為1.1mtorr至5mtorr。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，更包含於沉積該抗反射層後，於400℃至800℃之溫度下，進行一退火操作達1小時至2小時。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能選擇性吸收膜的製造方法，其中該第一沉積操作、該第二沉 積操作以及該第三沉積操作係於4×10 -6torr至8×10 -6torr之一背景壓力下進行。
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