关于薄膜产业的含义:许多领域都用到薄膜材料,在电子、计算机等工业领域由于微型化的需要应用薄膜则更多。然而在许多情况下,薄膜的制备和生产只是作为整体器件制作流水线中的一小部分和一个小环节,象大量生产的计算机芯片或半导体器件,尽管有许多薄膜沉积工艺环节,但整体仍然是半导体工艺为主,而且一般器件很小,在器件上的镀膜面积更小。这些场合还不能算是薄膜产业。这里所说的功能薄膜产业,是指能大批量地在面积较大的基片上沉积一种或几种具有某些特殊功能的薄膜,能形成相对独立的专门生产镀膜产品的一种行业或产业。
根据以上所述的功能薄膜产业的含义,我国薄膜产业化的实例有:
(1) 建筑用镀膜玻璃:膜墙玻璃在中国的兴起和发展已有15~20 年时间。目前一些技术力量比较强、经济实力雄厚、规模化的企业推出了能减少光污染的新的膜墙玻璃的品种。即便这样,这一行业中,目前很大份额的市场为国外的公司占领。在建筑用玻璃这一行业中,一种全新的镀膜玻璃悄然兴起,这就是低辐射玻璃。这种镀膜玻璃是在普通的平板玻璃上溅射沉积一定厚度的介电薄膜和金属薄膜多层膜。此种镀膜玻璃对可见光高度透过(T=70%~80%)、对红外线强烈反射(R≥80%),同时可以消除光污染的问题,是新型节能型建筑幕墙材料,可以起到冬暖夏凉的效果,将是一个极其巨大的薄膜产业。
(2) 透明导电薄膜:产业化良好的透明导电薄膜应数氧化铟锡(ITO)薄膜。它被广泛地应用于液晶显示器件,目前国内每月对透明导电玻璃的需求量约为750 万片(每片356 mm×406 mm),年需求为9 000 万片,市场容量为1.62 亿美元,而国内透明导电玻璃,尤其**的透明导电玻璃的生产能力还远不能满足实际需求。
近几年,由于IT 产业发展的带动,对液晶显示模块、液晶显示屏等平板显示器的需求越来越大,作为家用电视显示屏的等离子体显示屏大规模的产业化已经呼之欲出,因此,透明导电玻璃这一薄膜产业前景看好。
由于平板显示器的多样化,如液晶显示、等离子体显示屏、触摸式显示屏、真空荧光显示器等等,这些显示器对所采用的透明导电薄膜的导电率、方块电阻、可见光透过率、化学稳定性以及刻蚀性能等性能要求不一样。因此除了ITO 薄膜以外,其它透明导电薄膜和玻璃也将会有很好的产业化前景。
如前述氧化锌铝(ZAO)薄膜。从生产角度,ZAO薄膜的沉积速率高,可以提高生产效率的同时提高薄膜的均匀性。ZAO 薄膜还有价格上的优势,因此,ZAO 薄膜的产业化前景非常广阔。
另外,象 SnO2 这样的导电薄膜虽从导电性来讲,比不上ITO 薄膜,但是作为薄膜太阳能电池中的透明电极却是一种很好的材料。考虑到薄膜太阳能产业的巨大前景,透明导电薄膜产业也将被带动。
(3) 薄膜太阳能电池:有望产业化的多晶薄膜太阳能电池有带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池和CdS/CdTe 薄膜太阳能电池。如多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2 薄膜太阳能电池,光电转化效率达到了18.8%,在多晶薄膜太阳能电池中属于世界**水平的光电转化效率,同时由于大量的采用薄膜工艺,使制作成本大大降低。这种薄膜能太阳电池的开发成功,可以产生一种新的高新技术产业,甚至带来一种能源的技术革命。这种薄膜太阳能电池可以是一幢建筑物的房顶,也可以整个建筑物的外墙,完全可以供应和满足民居和办公对电力的要求。也可以建成地面电站。
这种薄膜太阳能电池的结构为:Glass/Mo/MoCu/Cu(In,Ga)Se2/ZnS/ ZAO/MgF2。6 种薄膜中大部分可以采用一些常见的薄膜工艺,如磁控溅射、电子束蒸发等手段制备和生产。基片可以是1m 甚至2m 见方大小的。特别符合薄膜产业化的发展的要求。光伏界的专家和国家相关管理部门对薄膜太阳能电池的发展目标从过去应用于电子器件能源提供、航天领域等转为大规模民用、城市建筑、建立电站并网发电。由于有这样的背景,并且由于环保驱动,太阳能产业必将有巨大的发展,从而也必将带动薄膜产业的发展。
(4) 具有红外反射和防结霜功能的汽车风挡玻璃:目前汽车使用风挡玻璃(前窗玻璃)的结构为:钢化玻璃/PVB 薄膜/钢化玻璃。在这一结构中,PVB薄膜只是为了安全需要。当太阳光照射到前窗玻璃时,包括可见光和红外线的太阳光基本上透过玻璃进到了驾驶室内,使驾驶室内的温度升高,尤其在烈日当头的夏天驾驶汽车,若不开启空调,温度甚至可以高到威胁驾乘人员的生命安全的地步;若开空调,无疑会增加油耗费用。
如果在汽车风挡玻璃的粘合之前,在外侧玻璃的里侧采用磁控溅射的方法镀制一层能透过可见光、却又能反射红外光的薄膜,则在烈当照之下既不影响视觉,又能将起热效应的红外光绝大部分(≥78%)被这层金属氧化膜反射掉,在驾驶室内的人员会有如在树荫下的感觉。从节能的角度看,可以大大减少空调的功率;而在冬天,可以使驾驶室内的红外线又反射回来,不损失驾驶室内的热量。因此,这种新型的汽车前窗玻璃可以起到冬暖夏凉的作用,而且还具有防止结霜的效果。