[发明专利]冷气体喷射方法

说明书

本发明涉及一种冷气体喷射方法，其中用于制成基片上的涂层的颗粒在未熔化状态借助气体射流朝基片表面的方向加速，并通过其动能转换粘附在那里。

例如在US2004/0037954A1中介绍了这种方法。用于实施此方法所需的设备有一个真空室，基片可在其中定位在一个所谓的冷气体喷枪前。为了施加涂层将真空室抽成真空并借助冷气体喷枪产生气体射流，其中供入作为工件涂层的颗粒。颗粒通过冷气体射流被强烈加速，从而通过颗粒动能的转换实现颗粒在要涂层的基片表面上的粘附。所述颗粒可附加地被加热，在这里它的加热限于不会达到颗粒的熔点(术语冷气体喷射便基于这一状况得名)。

本发明的目的是改善冷气体喷射涂层的质量。

按本发明为达到此目的采取的措施是，基片有一种结构纹理以及这种结构纹理传输给粘附其上的颗粒。由此带来的结果是，由处于冷气体射流内的颗粒构成的涂层有一种结构纹理，它由在其上形成涂层的基片的结构决定。在涂层结构继续发展时，尽管具有某种结构纹理的基片不再能提供用于涂层的形成，但已经涂覆的颗粒有了期望的结构纹理，所以它们对于后来命中的颗粒便也可以起基片的作用，使这些颗粒本身获得期望的结构纹理。

也就是说，出人意料地表明，基片的结构纹理也可以借助冷气体喷射法传输给参与涂层形成过程的颗粒，尽管所述颗粒受该冷气体喷射法限定未被熔化。这一结果可以这样解释，即颗粒含有的动能足以使这些颗粒粘附在基片上，而且使它们被迫接受基片的结构纹理而实现结构改变。在这里加入冷气体射流内的能量值(主要是动能)必须足以能促使发生结构变换。因此，所要生成的涂层可以具有特别的特征，它们导致涂层在某些期望的特性方面有更高的质量。

按本发明的一项进一步扩展设计，颗粒含有太阳能电池材料，尤其是CIS的化学成分，以及基片有一种与要制成的太阳能电池的结构纹理一致的结构纹理。因此，采用此方法可以按所谓的薄层技术制成太阳能电池，此时，在相应的基片上涂覆太阳能电池材料层。CIS是铜铟二硒化物(CIS来自英文名称copper indium diselenide)，在此，这种化合物是一种为达到较高效率而最有前途的候选对象。若按薄层技术涂覆的太阳能电池附带地具有一种也允许生成工业用单晶体的结构纹理，则有利地可进一步提高薄层太阳能电池的效率。

本发明另一项设计规定，颗粒含有高温超导体(以下简称HTSL)的化学成分，以及基片有一种与HTSL结构纹理一致的结构纹理。也就是说，业已证明，借助冷气体喷射也可以制成HTSL复杂的结构纹理，只要基片预先给定这种结构纹理。令人意外地，即使颗粒在涂层过程中不熔化，这种结构纹理也可以传输给所形成的涂层。这一结果可以这样解释：当通过基片预先给定结构纹理时，这种基于颗粒的动能实施的过程，同样导致构成一种适用于HTSL的结构纹理。由此可有利地通过廉价的途径制成一种HTSL半成品，例如带状导体，以及使这种冷气体喷射方法可使用于超导技术。

按本发明的一项设计规定，颗粒由HTSL的中间产品构成.这些中间产品然后在颗粒撞击基片时导致所形成涂层有一种涂层成分，其中含有为构成HTSL所需要的成分.由此有利地可以生产作为中间产品或前体(Precursor)的颗粒.为生产中间产品可有利地选择尽可能简单的制造方法，这最终可使涂层的制造过程更加经济.此外，可以通过恰当混合中间产品获得不同的涂层成分，不必为每种涂层成分提供单独的颗粒.

本发明的另一项设计规定，向气体射流添加一种反应气体，尤其氧气，它进入涂层内。由此可以有利地进一步增加可制成的涂层多样性，因为有供入反应气体的可能性，有利地添加了另一个影响所实施方法的参数。尤其是，所采用的中间产品内不必含有所涉及的可通过反应气体提供的化学元素完全的份额。这例如意味着，在更经济地生产基本颗粒并添加氧气作为反应气体的情况下，中间产品不必含有金属氧化物。

特别有利的是，作为颗粒使用纳米级颗粒。尤其在颗粒由中间产品构成时，这样做可以保证加入所形成的涂层内的颗粒的良好混合，从而有利地略微消减为形成所期望的HTSL成分所必需的原子扩散长度。

为了能有利地支持上述扩散过程，在涂覆颗粒后，对已涂层基片进行热处理。若基片的结构纹理尚未完全传输给涂层，便可以通过因热处理引发的扩散过程来完成。由此可以有利地进一步提高HTSL涂层的质量。

在下面列举的有关在冷气体喷射方法中使用的颗粒成分的实施例中，作为高温超导体以YBCO(YBa₂Cu₃O₇)为例。