一种透明导电氧化膜玻璃生产方法及镀膜装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种透明导电氧化膜玻璃生产方法及镀膜装置。本发明的生产方法实现了透明导电氧化膜玻璃的在线生产，降低了生产成本；本发明在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置采用多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器的排列组合，进行镀膜精细化生产操作，解决镀膜宽板边部与中间由于温差易引起的膜层不均匀现象，获得大面积薄膜高效均匀沉积，其板宽可达3660mm的稳定生产，提高了产品质量。
【专利说明】一种透明导电氧化膜玻璃生产方法及镀膜装置
【技术领域】
[0001]本发明属于玻璃制造【技术领域】，具体涉及一种透明导电氧化膜玻璃生产方法及镀
膜装置。
【背景技术】
[0002]随着国家一系列可再生能源的开发利用、建筑节能法规、政策鼓励推动，玻璃行业以低辐射镀膜玻璃和高端功能性玻璃等为代表的高科技高附加值产品的需求量快速增长， 其中，作为未来发展的绿色能源之一，太阳能光伏发电站的诞生，使得太阳能薄膜电池用透明导电氧化物膜(简称:TC0)玻璃的市场变得非常紧俏。研究和生产高性能、低成本的光伏用TCO玻璃已经成为一个热门领域，该导电玻璃广泛应用于太阳能光伏电站及照明灯、玩具、庭院灯等建筑物和日常生活场所。
[0003]由于在线TCO玻璃工艺复杂和技术难度大，涉及到如化学、光学、电学、物理学和材料学等多学科【技术领域】，尤其要求镀膜膜层具有透明和导电的双重功能，其性能指标必须满足薄膜电池兼容电极使用，要求光电转化效率高、使用寿命长、克服宽板边部与中间由于温差易引起的膜层不均匀缺陷，为此，需要对镀膜机特殊结构设计，攻克大面积镀膜均匀性问题以及降低成本等关键技术问题。另外工艺生产上对镀膜专用设备的适用性、设计能力、镀膜稳定性等需要进行全面技术评估鉴定，才能确保镀膜器装置在生产使用中，精确操作和安全可靠。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种透明导电氧化膜玻璃的生产方法。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置。
[0006]本发明的再一目的在于提供一种透明导电氧化膜玻璃。
`[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种透明导电氧化膜玻璃的生产方法，包括如下步骤，在下述步骤中，浮法玻璃层处于锡槽中并被拉引的状态:
[0009](I)将有机锡化合物、有机硅化合物、有机磷化合物、惰性气体及氧气送入蒸发器形成第一阻挡层气相化合物，将该第一阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在 680-700°C的浮法玻璃层上形成第一阻挡层，即SnSiOx层，温度降至660_680°C ；
[0010](2)将有机硅化合物、有机磷化合物、惰性气体、氧气及水送入蒸发器形成第二阻挡层气相化合物，将该第二阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(1)所得的 660-680°C的第一阻挡层上形成第二阻挡层，即Si02层，温度降至640_670°C ；
[0011](3)将有机锡化合物、三氟乙酸、氧气、水、惰性气体及甲醇送入蒸发器形成功能层气相化合物，将该功能层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(2)所得的640-670°C的第二阻挡层上形成功能层，即Sn02:F层，退火后即得所述透明导电氧化膜玻璃。
[0012]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)具体为:将三氯单丁基锡、正硅酸四乙酯、亚磷酸三乙酯、氮气及氧气以3-6:5-8:0.4-0.9:5-15:10-25的重量份送入蒸发器形成第一阻挡层气相化合物，将该第一阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在 680-700 °C的浮法玻璃层上形成厚度为60-90nm的第一阻挡层，即SnSiOx层，温度降至 660-680。。。
[0013]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)具体为:正硅酸四乙酯、亚磷酸三乙酯、氮气、氧气及去离子水2-5:1.5-2:7-20:5-15:0.5-0.8的重量份送入蒸发器形成第二阻挡层气相化合物，将该第二阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(1)所得的660-680°C的第一阻挡层上形成厚度为25-30nm的第二阻挡层，即Si02层，温度降至 640-670 °C。
[0014]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)具体为:将三氯单丁基锡、三氟乙酸、氧气、去离子水、氮气及甲醇以30-40:2-4:15-20:10-20 =15-25:2-10的重量份送入蒸发器形成功能层气相化合物，将该功能层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(2)所得的640-670°C的第二阻挡层上形成500-700nm的功能层，即Sn02:F层，退火后即得表面粗糙度Rq=40_47/nm、雾度为12-15%的所述透明导电氧化膜玻璃。
[0015]在本发明的一个优选实施方案中，所述浮法玻璃层在锡槽中以500_600m/h的速度被拉引，所述第一阻挡层气相化合物和第二阻挡层气相化合物的的沉积速率大于12nm/ s-20nm/s,所述功能层气相化合物的沉积速率大于106nm/ s_115nm/s。
[0016]上述工艺技术依靠下列发明的镀膜装备加以实施:
[0017]一种在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，包括安装于锡槽腔内的多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器，多槽镀膜反应器和单槽镀膜反应器沿玻璃基板的前进方向进行排列安装，实现用化学气相沉积法制备三层薄膜层的复合结构。
[0018]在本发明的一个优选实施方案中，所述多槽镀膜机反应器为两台，所述单槽镀膜机反应器为一台，所述单槽镀膜机反应器安装于两多槽镀膜机反应器之间。
[0019]在本发明的一个优选实施方案中，所述多槽镀膜机反应器包括悬挂安装的第一镀膜器机体、第一镀膜器机体底面形成的第一不锈钢板、多个进气槽、多个排气槽、进气连接管和排气抽气管；该多个进气槽和多个排气槽彼此相隔并交替排列，且各个进气槽和各个排 气槽的底端分别贯穿第一不锈钢板，各个进气槽的顶端分别与进气连接管相连通，各个排气槽的顶端分别与排气抽气管相连通。
[0020]在本发明的一个优选实施方案中，所述单槽镀膜机反应器包括悬挂安装的第二镀膜器机体、第二镀膜器机体底面形成的第二不锈钢板、一进气单元和两排气单元，进气单元位于两排气单元之间；进气单元包括同时贯穿第二不锈钢板和第二镀膜器机体且上小下大的9~17个锥形进气管道和位于该进气管道顶部的进气装置，各个进气管道上分别设有螺旋状槽道；各个排气单元分别包括同时贯穿第二不锈钢板和第二镀膜器机体且上小下大的 5~7个锥形排气管道和位于该排气管道顶部的排气装置，各个排气管道上分别设有螺旋状槽道。
[0021]在本发明的一个优选实施方案中，所述各个进气槽的底部分别为上大下小的锥形喷嘴，所述各个进气槽的两相对侧面中，其中一侧面设有I~3个阻尼板，另一侧面设有 2~4个阻尼板，且该两相对侧面的阻尼板呈交错排列；所述各个排气槽分别呈下大上小的锥形结构，且所述各个排气槽的上端分别设有负压调节阀。[0022]在本发明的一个优选实施方案中，所述各个进气槽内位于最顶端的阻尼板与进气槽的顶端之间的距离为100~200mm,所述各个进气槽内位于最底端的阻尼板与进气槽的的底端之间的距离为250~350mm。
[0023]在本发明的一个优选实施方案中，所述进气槽的个数为六个，所述排气槽的个数为七个。
[0024]在本发明的一个优选实施方案中，所述多槽镀膜机反应器还包括进气调节器、排气控制器和冷却腔，所述各个进气槽的顶端分别通过进气调节器与所述进气连接管相连通，所述各个排气槽分别通过排气控制器与所述排气抽气管相连通；冷却腔安装于所述第一镀膜器机体底部，并位于所述第一不锈钢板上方。
[0025]本发明的再一技术方案如下:[0026]一种透明导电氧化膜玻璃，从下到上依次为浮法玻璃层、第一阻挡层、第二阻挡层和功能层，其中第一阻挡层为SnSiOx层，第二阻挡层为SiO2层，功能层为SnO2 = F层。第一阻挡层的厚度为60-90nm，第二阻挡层的厚度为25_30nm，功能层的厚度为500_700nm，其可见光透射率为79.91-82.5%，其钢化后电阻变化为±0.2%。
[0027]利用上述镀膜装备实施了本发明透明导电氧化膜玻璃生产。
[0028]本发明的有益效果是:
[0029]1、本发明的生产方法中的三氟乙酸的添加量适宜，所生产出的透明导电氧化膜玻璃的晶格畸变小，在保持了很好的透光性能同时改善了导电率；
[0030]2、本发明的生产方法使得浮法玻璃基层、第一及第二阻挡层与功能层实现有效的复合，膜层牢固，颜色均匀性好；
[0031]3、本发明的生产方法实现了透明导电氧化膜玻璃的在线生产，降低了生产成本；
[0032]4、本发明在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置采用多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器的排列组合，进行镀膜精细化生产操作，解决镀膜宽板边部与中间由于温差易引起的膜层不均匀现象，获得大面积薄膜高效均匀沉积，其板宽可达3660_的稳定生产，提高了产品质量和成品率达75% ；
[0033]5、本发明的透明导电氧化膜玻璃中的第一阻挡层和第二阻挡层，即SnSiOx层和 SiO2层能够有效阻隔Na+离子等金属进入TCO玻璃，同时消除了玻璃与掺氟功能膜层易产生干涉条纹引起彩虹，且导电率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明的多槽镀膜机反应器的结构示意图；
[0035]图2是图1中本发明的多槽镀膜机反应器的A-A剖视图；
[0036]图3是本发明的单槽镀膜机反应器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]以下通过【具体实施方式】对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0038]实施例1
[0039]参见图1-图3，一种在线透明导电膜玻璃镀膜装置，包括安装于锡槽腔内的两台镀膜机反应器和一台镀膜机反应器，该两台多槽镀膜机反应器和一台单槽镀膜机反应器沿玻璃基板的前进方向进行排列安装，具体多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器的排列组合为:从熔窑至退火窑方向安装，单槽镀膜机反应器位于两多槽镀膜机反应器之间，以此实现化学气相沉积三层薄膜层的复合结构。
[0040]如图1、图2所示，上述多槽镀膜机反应器横跨悬挂于锡槽腔内，与玻璃基板I前进方向成90度，具体它包括采用悬挂梁悬挂安装于锡槽腔内的第一镀膜器机体、第一镀膜器机体底面形成的第一不锈钢板8、六个进气槽11、七个排气槽10、进气连接管5和排气抽气管3 ;该六个进气槽11和七个排气槽10彼此相隔并交替排列，且各个进气槽11和各个排气槽10的底端分别贯穿第一不锈钢板8，各个进气槽11的顶端分别与进气连接管5相连通， 各个排气槽10的顶端分别与排气抽气管3相连通；第一不锈钢板8与玻璃基板I之间为反应区15。
[0041 ] 上述各个进气槽11的底部分别为上大下小的锥形喷嘴9，在各个进气槽11的两相对侧面中，其中一侧面设有I~3个阻尼板12，另一侧面设有2~4个阻尼板12，且该两相对侧面的阻尼板12呈交错排列，此外，各个进气槽11内位于最顶端的阻尼板与进气槽11 的顶端之间的距离为100~200mm,各个进气槽11内位于最底端的阻尼板与进气槽11的的底端之间的距离为250~350mm ;上述各个排气槽10分别呈下大上小的锥形结构，且各个排气槽10的上端分别设有负压调节阀13，各个排气槽10的底端分别设有排气口 14。
[0042]上述多槽镀膜机反应器还包括进气调节器4、排气控制器2和冷却腔6，上述各个进气槽11的顶端分别通过进气调节器4与进气连接管5相连通，各个排气槽10分别通过排气控制器2与排气抽气管3相连通；冷却腔6安装于第一镀膜器机体底部，并位于第一不锈钢板8上方。
[0043]如图3所示，图中箭头指示方向表示玻璃基板的前进方向，上述单槽镀膜机反应器包括采用悬挂梁24悬挂安装于锡槽腔内的第二镀膜器机体16、第二镀膜器机体16底面形成的第二不锈钢板22、一进气单元和两排气单元，进气单元位于两排气单元之间；进气单元包括同时贯穿第二不锈钢板22和第二镀膜器机体16且上小下大的9~17个锥形进气管道17和位于该进气管道17顶部的进气装置18，各个进气管道17上分别设有螺旋状槽道；各个排气单元分别包括同时贯穿第二不锈钢板22和第二镀膜器机体16且上小下大的 5~7个锥形排气管道19和位于该排气管道19顶部的排气装置20，各个排气管道19上分别设有螺旋状槽道。
[0044]本发明还包括用于控制膜层厚度和工艺参数的计算机，具体是利用计算机软件包程序控制操作，控制玻璃拉引速度500~600m/h、复合膜总厚度595~845nm，700nm厚度为最佳，并在TCO薄膜的晶粒生长过程，控制薄膜中晶粒的尺寸，表面粗糙度，确定最佳雾度 (H=I2` ~15%)、表面粗糙度(Rq=40 ~47/nm)。-
[0045]利用本发明的一种在线透明导电膜玻璃镀膜装置实施制备透明导电膜过程。其镀膜过程分三步完成，第一步:将有机锡化合物、有机硅化合物、有机磷化合物、惰性气体及氧气，经过蒸发器进入气相混合，装载送至锡槽腔内位于最前端的多槽镀膜机反应器内，以六个进气槽和七个排气槽的多槽反应器的结构实现化学气相沉积，其中，沉积速率>12nm/s， 玻璃基板的拉引速度500~600m/h，在玻璃基板上形成“SnSiOx”第一阻挡层；第二步:将有机硅化合物、有机磷化合物、惰性气体、氧气及水，经过蒸发器进入气相混合，装载送至锡槽腔内位于两台多槽镀膜机反应器中间的单槽镀膜机反应器，以一个进气单元和两个排气单元的反应器结构实现化学气相沉积，在玻璃基板上形成SiO2第二阻挡层；第三步:将有机锡化合物、三氟乙酸、氧气、水、惰性气体及甲醇，经过蒸发器进入混合物，装载送至锡槽腔内另一台多槽镀膜机反应器，以六个进气槽和七个排气槽的多槽反应器结构实现化学气相沉积，在玻璃基板上形成“Sn02:F”，具有导电的功能层。
[0046]本发明的一种在线透明导电膜玻璃镀膜装置，其多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器插入锡槽腔内后，该多槽镀膜机反应器及单槽镀膜机反应器与锡槽腔体之间是相互影响的。在镀膜操作中需要有氧气参加反应，而锡槽腔内介入氧气对锡槽腔内锡液氧化是极其危害的，一旦进入就会打乱锡槽腔内的整个空间工艺分布。将多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器置身于锡槽腔当中，锡槽腔内保护气体流量、分布、氢气含率和槽内的压力对其影响较大。所以为了避免这种情况，在设计镀膜机反应器的时候设计了专用的气幕 (N2)，解决氧气等化学品混合气体泄露和锡槽腔对镀膜机反应器的影响。
[0047]由于锡槽要求氧含量低于5ppm还原气氛，而制备TCO玻璃镀膜气体含氧量高达 20%，因而，若不把镀膜气体与锡槽保护气体严格分开，将对锡槽产生污染，从而无法保证正常生产。当达到所需膜层厚度时，废气量达2500m3/h。因而，“气幕”量的控制十分关键，大了影响镀膜，小了达不到屏蔽要求。为此将“气幕”参数纳入DCS控制系统，实施精确控制在线监控，满足了在线TCO生产要求。具体，锡槽气氛和镀膜气体的成分及含量如下表所示:
【权利要求】
1.一种透明导电氧化膜玻璃的生产方法，其特征在于:包括如下步骤，在下述步骤中， 浮法玻璃层处于锡槽中并被拉引的状态:(1)将有机锡化合物、有机硅化合物、有机磷化合物、惰性气体及氧气送入蒸发器形成第一阻挡层气相化合物，将该第一阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在680-70(TC的浮法玻璃层上形成第一阻挡层，即SnSiOx层，温度降至660-680°C ；(2)将有机硅化合物、有机磷化合物、惰性气体、氧气及水送入蒸发器形成第二阻挡层气相化合物，将该第二阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(1)所得的 660-680°C的第一阻挡层上形成第二阻挡层，即3102层，温度降至640-670°C ；(3)将有机锡化合物、三氟乙酸、氧气、水、惰性气体及甲醇送入蒸发器形成功能层气相化合物，将该功能层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(2)所得的640-670°C的第二阻挡层上形成功能层，即SnO2: F层，退火后即得所述透明导电氧化膜玻璃。
2.如权利要求1所述的一种透明导电氧化膜玻璃的生产方法，其特征在于:所述步骤(1)具体为:将三氯单丁基锡、正硅酸四乙酯、亚磷酸三乙酯、氮气及氧气以 3-6:5-8:0.4-0.9:5-15:10-25的重量份送入蒸发器形成第一阻挡层气相化合物，将该第一阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在680-700°C的浮法玻璃层上形成厚度为60-90nm 的第一阻挡层，即SnSiOx层，温度降至660-680°C。
3.如权利要求2所述的一种透明导电氧化膜玻璃的生产方法，其特征在于:所述步骤(2)具体为:正硅酸四乙酯、亚磷酸三乙酯、氮气、氧气及去离子水 2-5:1.5-2:7-20:5-15:0.5-0.8的重量份送入蒸发器形成第二阻挡层气相化合物，将该第二阻挡层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(1)所得的660-680°C的第一阻挡层上形成厚度为25-30nm的第二阻挡层，即Si02层，温度降至640_670°C。
4.如权利要求3所述的一种透明导电氧化膜玻璃的生产方法，其特征在于: 所述步骤(3)具体为:将三氯单丁基锡、三氟乙酸、氧气、去离子水、氮气及甲醇以 30-40:2-4:15-20:10-20 =15-25:2-10的重量份送入蒸发器形成功能层气相化合物，将该功能层气相化合物通过化学气相沉积法在步骤(2)所得的640-670°C的第二阻挡层上形成 500-700nm的功能层，即SnO2 = F层，退火后即得表面粗糙度Rq=40_47/nm、雾度为12-15%的所述透明导电氧化膜玻璃。
5.一种在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:包括安装于锡槽腔内的多槽镀膜机反应器和单槽镀膜机反应器，多槽镀膜反应器和单槽镀膜反应器沿玻璃基板的前进方向进行排列安装，实现用化学气相沉积法制备三层薄膜层的复合结构。
6.如权利要求5所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述多槽镀膜机反应器为两台，所述单槽镀膜机反应器为一台，所述单槽镀膜机反应器安装于两多槽镀膜机反应器之间。
7.如权利要求5或6所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述多槽镀膜机反应器包括悬挂安装的第一镀膜器机体、第一镀膜器机体底面形成的第一不锈钢板、多个进气槽、多个排气槽、进气连接管和排气抽气管；该多个进气槽和多个排气槽彼此相隔并交替排列，且各个进气槽和各个排气槽的底端分别贯穿第一不锈钢板，各个进气槽的顶端分别与进气连接管相连通，各个排气槽的顶端分别与排气抽气管相连通。
8.如权利要求5或6所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述单槽镀膜机反应器包括悬挂安装的第二镀膜器机体、第二镀膜器机体底面形成的第二不锈钢板、一进气单元和两排气单元，进气单元位于两排气单元之间；进气单元包括同时贯穿第二不锈钢板和第二镀膜器机体且上小下大的9~17个锥形进气管道和位于该进气管道顶部的进气装置，各个进气管道上分别设有螺旋状槽道；各个排气单元分别包括同时贯穿第二不锈钢板和第二镀膜器机体且上小下大的5~7个锥形排气管道和位于该排气管道顶部的排气装置，各个排气管道上分别设有螺旋状槽道。
9.如权利要求7所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述各个进气槽的底部分别为上大下小的锥形喷嘴，所述各个进气槽的两相对侧面中，其中一侧面设有I~3个阻尼板，另一侧面设有2~4个阻尼板，且该两相对侧面的阻尼板呈交错排列； 所述各个排气槽分别呈下大上小的锥形结构，且所述各个排气槽的上端分别设有负压调节阀。
10.如权利要求9所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述各个进气槽内位于最顶端的阻尼板与进气槽的顶端之间的距离为100~200mm,所述各个进气槽内位于最底端的阻尼板与进气槽的的底端之间的距离为250~350mm。
11.如权利要求7所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述进气槽的个数为六个，所述排气槽的个数为七个。
12.如权利要求7所述的在线透明导电氧化膜玻璃镀膜装置，其特征在于:所述多槽镀膜机反应器还包括进气调节器、排气控制器和冷却腔，所述各个进气槽的顶端分别通过进气调节器与所述进气连接管相连通，所述各个排气槽分别通过排气控制器与所述排气抽气管相连通；冷却腔安装于所述第一镀膜器机体底部，并位于所述第一不锈钢板上方。
13.—种透明导电氧化膜玻璃，其特征在于:从下到上依次为浮法玻璃层、第一阻挡层、第二阻挡层和功能层，其中第一阻挡层为SnSiOx层，第二阻挡层为SiO2层，功能层为 SnO2 = F层。第一阻挡层的厚度为60-90nm，第二阻挡层的厚度为25_30nm，功能层的厚度为 500-7`00nm，其可见光透射率为79.91-82.5%，其钢化后电阻变化为±0.2%。
【文档编号】C03C17/23GK103508679SQ201310218725
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】邵景楚, 候英兰, 杨斌, 兰明雄, 徐海滨, 沈阮顺, 吴剑波, 江亚聪, 周炳元, 郑崇, 龙立华, 易策明, 谭桂平, 凌爽, 漆永红, 沈辉松, 张建辉, 陈凌涵, 许绣山, 潘国委 申请人:漳州旗滨玻璃有限公司, 河源旗滨硅业有限公司