专利名称：连续式太阳能集热板芯片真空磁控溅射镀膜生产线系统的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能集热板和真空镀膜的技术领域，具体地说是一种连续式太阳 能集热板芯片真空磁控溅射镀膜生产线系统，是在整板集热芯片衬底上沉积太阳能吸收涂层。
背景技术：
随着新能源的推广及普及，以及科技的进步和发展，太阳能与建筑一体化对太阳 能热水器技术要求越来越高，市场需求越来越迫切。在城市建筑物中真空管产品在安装高 度、公共安全、管道、质量以及市容建设等方面遇到的瓶颈问题日益突出。平板集热器具有 承压性、双循环系统、易于与建筑结合，提供更多的生活热水等自身优势。因此，在太阳能系 统工程中，分体式太阳能热水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所，平板集热器比全 玻璃真空集热管在系统使用寿命、系统维护等方面具有明显优势。这为平板集热器的发展 带来了机遇。世界各国都力图将太阳能与建筑密切结合，寻求外形美观，布局合理，管理规范的 太阳能与建筑一体化的设计。因此，国外发达国家(北美、北欧及夏威夷地区)平板太阳能占 市场的90%以上，把平板集热器作为建筑材料实现太阳能利用与建筑一体化。目前，国内太 阳能集热市场正逐渐接受这一理念，这促进了太阳能热水器、太阳能空调等光热产品的广 泛使用，而光热产品种类和使用范围的扩大，又将促进对太阳能光谱选择性吸收涂层集热 板芯的需求。太阳能集热板(芯片)是平板太阳能热水器的核心部件，它的光谱选择性吸收性能 (as -吸收率，ε-发射率)决定平板太阳能热水器的热效率。在平板集热器中，集热器板 芯与玻璃盖板间的气体对流换热是该集热器的主要热损之一。为了提高平板太阳集热器的 效率，唯一有效的办法是在保持最大限度地采集太阳能的同时尽可能减小其对流和辐射热 损，选用优质选择性吸收涂层是满足上述要求的重要途径。同时，由于集热器板芯在大气环 境中使用，要努力改善集热器板芯吸收涂层的耐候性能，提高平板集热器的使用寿命。平板集热器板芯吸收涂层的制备工艺从简单喷涂到选择性的硫化铅，金属氧化处 理；从化学溶液镀膜法到真空磁控溅射法的更新换代(化学溶液镀膜法是指在溶液中利用 化学反应或电化学原理在基底材料表面沉积成膜的一种方法；它包括各种化学反应沉积， 阳极氧化，电镀等；化学溶液镀膜法制备的光谱选择性吸收表面目前有铝条带上的阳极氧 化着色和铜条带上黒铬选择性涂层)。但与真空镀膜相比，其工艺复杂，手工操作多，工艺设 计或生产控制不当，废液处理容易造成一定程度的环境污染。由于其成膜厚度监控不能自 动化，所以，这种方法不适合对它有精确要求，色泽一致的选择性薄膜的制备。间歇式单体真空镀膜是一炉一炉地生产，每炉生产完后必须放大气；这种生产方 式生产效率低，所需工人多；更重要的是各炉之间生产的膜层色泽一致性、稳定性差。同时， 生产多炉后，在真空室壁上沉积较厚的膜层，每次暴露大气时，空气中的水分子都被吸附在 膜层表面上，造成后续生产抽空时间加长，降低生产效率。
目前，国外采用电子束蒸发的方法将钛和石英在电子射线枪的作用下被汽化，汽 化物在加入氮和氧后发生化学反应生成氮氧化钛，最后在金属铜带上沉积冷凝而成涂层。 这种集热薄膜主要生产在铜基体条带上，制造平板集热器板芯时需要对条带进行切割，同 时在每个翼片的背面通过超声波焊接排管，一方面焊接过程中破坏膜层性能，另一方面在 整个板芯组焊过程中造成膜层的二次污染，影响集热板芯的集热效率。
发明内容
本发明的目的是要提供一种连续式太阳能集热板芯片真空磁控溅射镀膜生产线 系统，它可以克服上述的缺点。该镀膜线系统具有沉积率高、基体温度低、膜层与基体结合 牢固并可大面积上以连续生产的方式在整板太阳能芯片上制备光谱选择性涂层，而且制造 成本低，膜层性能稳定，其重复性、色泽的一致性、理化性能好；同时提高了膜层的耐候性能 和使用寿命。该系统促进光谱选择性涂层的清洁环保、大批量工业化生产，对发展太阳能光 热利用技术具有积极的推动作用，并将逐步取代其它类型的芯片，使太阳能利用得到进一 步的发展，使平板集热器作为功能建筑材料使用，实现太阳能与建筑一体化，这也是太阳能 产业发展的必然趋势。本发明的目的是这样实现的它包括有上片台、防尘加热室、进片区、镀膜区、出片 区、下片台、抽空系统和贯穿整条生产线系统的传动机构，其特征是所述的进片区包括有 进片室、进片过渡室和进片缓冲室，镀膜区包括有沉积高反射率金属层镀膜室、沉积金属含 量不同的吸收层镀膜室、沉积减反射层镀膜室和沉积保护层镀膜室，出片区包括有出片缓 冲室、出片过渡室和出片室，抽空系统设置在进片区、镀膜区和出片区的两侧；所述的上片 台、防尘加热室、进片室、进片过渡室、进片缓冲室、沉积高反射率金属层镀膜室、沉积金属 含量不同的吸收层镀膜室、沉积减反射层镀膜室、沉积保护层镀膜室、出片缓冲室、出片过 渡室、出片室、下片台依次连接。在防尘加热室内设置有高效加热器及温度控制装置。抽空系统包括有扩散泵、罗茨泵、机械泵和真空阀门。在进片区内设置有被镀芯片表面活化装置。本发明的目的还可以通过另一方式实现它包括有上片台、防尘加热室、下片台、 进出片区、镀膜区、抽空系统和贯穿整条生产线系统的传动机构，其特征是所述的进出片 区包括有进出片室、进出片过渡室和进出片缓冲室，镀膜区包括有沉积保护层镀膜室、沉积 高反射率金属层及减反射层镀膜室、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室；所述的上片台、防 尘加热室、下片台、进出片室、进出片过渡室、进出片缓冲室、沉积保护层镀膜、沉积高反射 率金属层及沉积减反射层镀膜室、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室依次连接，沉积金属 含量不同的吸收层镀膜室还连接有换向过渡室，抽空系统设置在进出片区、镀膜区和换向 过渡室的两侧。在防尘加热室内设置有高效加热器及温度控制装置。抽空系统包括有扩散泵、罗茨泵、机械泵和真空阀门。在进片区内设置有被镀芯片表面活化装置。本发明的优点是以连续生产方式替代传统有环境污染的电镀生产方式和间歇式 单体真空镀膜生产方式；提高集热膜层在大气环境中使用的耐侯性能、集热性能及膜层的一致性；使平板集热器的生产效率和热效率的到了极大地提高；使平板太阳能热水器即使 在寒冷的地区也可以应用；满足了目前节能建筑中太阳能利用与建筑一体化的要求，具有 更强的国内外市场竞争力和生命力。本发明实现了大面积、大批量工业化生产集热板芯片 选择性吸收涂层，提高生产效率，降低成本，生产过程中不会产生任何污染。
图1是本发明生产线系统的一种结构示意图2是本发明一种镀膜室的纵向截面剖视结构示意图； 图3是本发明另一种镀膜室的纵向截面剖视结构示意图； 图4是本发明生产线系统的另一种结构示意图。下面将结合附图，通过实例对本发明进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发 明中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利 要求为准。
具体实施例方式实例1
如图1所示，本发明的主要结构包括有镀膜线系统它是上片台1、设置有高效加热器及 温度控制装置2的防尘加热室16、进片区6、镀膜区7、出片区9、下片台13、抽空系统和贯 穿整条生产线系统的传动机构，进片区6包括有进片室601、进片过渡室602和进片缓冲室 603，镀膜区7包括有沉积高反射率金属层镀膜室701、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室 702和703、沉积减反射层镀膜室704和沉积保护层镀膜室705，出片区9包括有出片缓冲 室901、出片过渡室902和出片室903，抽空系统设置在进片区6、镀膜区7和出片区9的两 侧，该抽空系统包括有扩散泵8、罗茨泵10、机械泵14和真空阀门15。上片台1、防尘加热室 16、进片室601、进片过渡室602、进片缓冲室603、沉积高反射率金属层镀膜室701、沉积金 属含量不同的吸收层镀膜室702和703、沉积减反射层镀膜室704、沉积保护层镀膜室705、 出片缓冲室901、出片过渡室902、出片室903、下片台13依次连接。另外图1中还包括有进 片阀门3、进片隔离阀4、出片隔离阀11、出片阀门12。为了提高镀膜效果，在进片区6内设置有被镀芯片表面活化装置5。如图2所示，沉积高反射率金属层镀膜室701和沉积保护层镀膜室705采用该结 构。它内装有一组孪生靶18和19，被镀集热芯片为21，镀膜溅射区20与气体隔离腔17、22 之间通过带有缝隙的隔板24隔开，在靠近镀膜溅射区侧在隔板上装有上、下可调节的L板 23，保证L板与被镀芯片之间的距离是可调的。隔离腔17、22两侧配有抽空装置。沉积高 反射率金属层镀膜室701靶材采用铜或铝及其合金，沉积高反射率金属层；沉积保护层镀 膜室705采用Si作为靶材，氧气作为反应气体，中频溅射SiO2覆盖在吸收涂层的外表面，用 它作为对吸收层起到减反射和保护作用，同时提高膜层的耐候性能，延长膜层的使用寿命。如图3所示，沉积金属含量不同的吸收层镀膜室702和703、沉积减反射层镀膜室 704采用该结构；它装有二组旋转孪生金属靶25、26，27、28 ；通过隔板24，分成两个镀膜溅 射区，同样在靶极两侧设有气体隔离腔17、22。沉积金属含量不同的吸收层镀膜室702、703 两组靶材均采用铝及其合金或一组靶材采用铝及其合金、另一组靶材采用不锈钢；反应气体采用氮气沉积金属含量不同的太阳能选择性吸收涂层。沉积减反射层镀膜室704两组靶 材均采用铝及其合金，反应气体采用氮气、氮氧混合气体，反应沉积减反射介质层。具体工作时，把被镀整板集热芯片装在运送架上，放到上片台1，芯片在上片台传 动的作用下进入防尘加热室16，对芯片进行加热、烘烤，加热温度设定在150°C，当芯片接 近进片阀门3时，对进片室放气，当进片室601达到大气状态时，打开进片阀门3，芯片快速 进入进片室601，关闭进片阀门3，打开低真空阀门，由机械泵14和罗茨泵10对进片室601 抽低真空，当真空度达到8 X IO-1Pa,打开进片隔离阀4，芯片快速进入进片过渡室602，关闭 进片隔离阀4，芯片在进片过渡室602和进片缓冲室603行进过程中，启动被镀芯片表面活 化装置5，对被镀芯片表面进行活化处理，清除芯片表面的氧化层。当芯片进入镀膜区7， 在镀膜区依次完成高反射率金属层、太阳能选择性吸收涂层、减反射层、保护层镀制工艺过 程，镀膜结束后芯片经过出片缓冲室901进入出片过渡室902，当出片室903的真空度高于 SXliT1Pa时，打开出片隔离阀11，芯片快速进入出片室903，关闭出片隔离阀11，关闭出片 室903真空阀门，对出片室903进行放气。当出片室903达到大气状态时，打开出片阀门 12，芯片快速到达下片台13，关闭出片阀门12，对出片室903进行抽空，等待下一片的到来， 在下片台对膜层的外观进行质检并下片，完成一个周期的镀膜过程。实例2
如图4所示，本发明的主要结构包括有上片台1、设置有高效加热器及温度控制装置2 的防尘加热室16、进出片区31、镀膜区32、下片台13、抽空系统和贯穿整条生产线系统的传 动机构，进出片区包括有进出片室3101、进出片过渡室3102和进出片缓冲室3103，镀膜区 包括有沉积保护层镀膜室3201、沉积高反射率金属层及减反射层镀膜室3202和沉积金属 含量不同的吸收层镀膜室3203 ；上片台1、防尘加热室16、下片台13、进出片室3101、进出 片过渡室3102、进出片缓冲室3103、沉积保护层镀膜室3201、沉积高反射率金属层及减反 射层镀膜室3202、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室3203依次连接，沉积金属含量不同的 吸收层镀膜室3203还连接有换向过渡室33，抽空系统设置在进出片区31、镀膜区32和换 向过渡室33的两侧，该抽空系统包括有扩散泵8、罗茨泵10、机械泵14和真空阀门15。另 外图4中还包括有进出片阀门29、进出片隔离阀30。为了提高镀膜效果，在进出片区31内设置有被镀芯片表面活化装置5。本实例中沉积保护层镀膜室3201、沉积高反射率金属层及减反射层镀膜室3202 采用图2所示的结构，沉积保护层镀膜室201采用Si作为靶材，氧气作为反应气体，中 频溅射SiO2，沉积保护层；沉积高反射率金属层及减反射层镀膜室3202靶材采用铝及其合 金，通入氩气或氮气作为工作气体，沉积高反射率的金属层或反应沉积减发射介质层；沉积 金属含量不同的吸收层镀膜室3203采用图3所示的结构，靶材均采用铝及其合金或一组靶 材采用铝及其合金，另一组靶材采用不锈钢，反应气体采用氮气沉积金属含量不同的复合 膜。具体工作时，把被镀整板集热芯片装在运送架上，放到上片台1，芯片在上片台传 动的作用下在图4中由右至左的方向进入防尘加热室16，对芯片进行加热、烘烤；加热温度 设定在150°C，当芯片接近进出片阀门29时，对进出片室3101放气，当进出片室3101达到 大气状态时，打开进出片阀门29，芯片快速进入进出片室3101，关闭进出片阀门29，打开低 真空阀门，由机械泵14和罗茨泵10对进出片室3101抽低真空，当真空度达到8 X ICT1Pa,打开进出片隔离阀30，芯片快速进入进出片过渡室3102，关闭进出片隔离阀30，芯片在进 出片过渡室3102和进出片缓冲室3103行进过程中，启动被镀芯片表面活化装置5，对被镀 芯片表面进行活化处理，清除芯片表面的氧化层。当芯片进入镀膜区32，此时沉积保护层镀 膜室3201不工作，首先在沉积高反射率金属层及减反射层镀膜室3202完成高反射率金属 层镀膜，然后进入沉积金属含量不同的吸收层镀膜室3203完成金属含量高的太阳能选择 性吸收涂层镀膜，再进入换向过渡室33，传动机构反转，芯片再次进入沉积金属含量不同的 吸收层镀膜室3203完成金属含量低的太阳能选择性吸收涂层镀膜，在沉积高反射率金属 层及减反射层镀膜室3202完成减反射介质层镀膜，在沉积保护层镀膜室3201完成保护层 镀膜，镀膜结束后芯片经过进出片缓冲室3103进入出片过渡室3102，当进出片室3101的真 空度高于SXliT1Pa时，打开进出片隔离阀30，芯片快速进入进出片室3101，关闭进出片隔 离阀30，关闭进出片室3101真空阀门，对进出片室3101进行放气。当进出片室3101达到 大气状态时，打开进出片阀门29，芯片快速到达下片台13，关闭进出片阀门29，对进出片室 3101进行抽空，等待下一片的到来，在下片台对膜层的外观进行质检并下片，完成一个周期 的镀膜过程。 综上所述，实现了本发明的目的。
权利要求
一种连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，它包括有上片台、防尘加热室、进片区、镀膜区、出片区、下片台、抽空系统和贯穿整条生产线系统的传动机构，其特征是所述的进片区包括有进片室、进片过渡室和进片缓冲室，镀膜区包括有沉积高反射率金属层镀膜室、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室、沉积减反射层镀膜室和沉积保护层镀膜室，出片区包括有出片缓冲室、出片过渡室和出片室，抽空系统设置在进片区、镀膜区和出片区的两侧；所述的上片台、防尘加热室、进片室、进片过渡室、进片缓冲室、沉积高反射率金属层镀膜室、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室、沉积减反射层镀膜室、沉积保护层镀膜室、出片缓冲室、出片过渡室、出片室、下片台依次连接。
2.根据权利要求1所述的连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，其特征 是在防尘加热室内设置有高效加热器及温度控制装置。
3.根据权利要求1所述的连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，其特征 是抽空系统包括有扩散泵、罗茨泵、机械泵和真空阀门。
4.根据权利要求1所述的连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，其特征 是在进片区内设置有被镀芯片表面活化装置。
5.一种连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，它包括有上片台、防尘加 热室、下片台、进出片区、镀膜区、抽空系统和贯穿整条生产线系统的传动机构，其特征是 所述的进出片区包括有进出片室、进出片过渡室和进出片缓冲室，镀膜区包括有沉积保护 层镀膜室、沉积高反射率金属层及减反射层镀膜室和沉积金属含量不同的吸收层镀膜室； 所述的上片台、防尘加热室、下片台、进出片室、进出片过渡室、进出片缓冲室、沉积保护层 镀膜室、沉积高反射率金属层及减反射层镀膜室、沉积金属含量不同的吸收层镀膜室依次 连接，沉积金属含量不同的吸收层镀膜室还连接有换向过渡室，抽空系统设置在进出片区、 镀膜区和换向过渡室的两侧。
6.根据权利要求5所述的连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，其特征 是在防尘加热室内设置有高效加热器及温度控制装置。
7.根据权利要求5所述的连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，其特征 是抽空系统包括有扩散泵、罗茨泵、机械泵和真空阀门。
8.根据权利要求5所述的连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，其特征 是在进片区内设置有被镀芯片表面活化装置。
全文摘要
一种连续式太阳能集热板芯片真空磁控镀膜生产线系统，它包括有上片台、防尘加热室、进片区、镀膜区、出片区、下片台、抽空装置和贯穿整条生产线系统的传动机构，其技术要点是所述各部件依次连接，抽空系统设置在生产线系统的两侧。本发明采用模块式结构，水平卧式运送整板集热芯片，实现由大气状态到真空镀膜再到大气状态的连续式镀膜生产。它可在大面积整板太阳能芯片上获得理想的光谱选择性涂层，并且膜层均匀、理化性能好、寿命长。本发明还实现了大面积、大批量工业化生产集热板芯片选择性吸收涂层，提高生产效率，降低成本，生产过程中不会产生任何污染。
文档编号C23C14/34GK101985737SQ20101057632
公开日2011年3月16日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者魏海波, 龚肖南 申请人:魏海波;龚肖南