1.引言
       太陽(yáng)能電池由于缺少電池保護(hù)膜而受到外界環(huán)境中灰塵風(fēng)沙的磨損，從而影響了電池的傳輸效率。目前，世界上光伏園區(qū)的地址通常都設(shè)在沙漠地區(qū)，而頻繁的沙塵暴就會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池保護(hù)膜造成磨損侵蝕。
       碳原子能以多種方式雜交從而以共價(jià)鍵形式在三個(gè)空間坐標(biāo)上形成結(jié)構(gòu)。金剛石薄膜由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)定形基質(zhì)中的sp3成分而具有較高的機(jī)械硬度、紅外透明度和優(yōu)越的化學(xué)惰性等特性；較高的光學(xué)透明度和良好的中和色以及高硬度使得金剛石薄膜很適合做光伏太陽(yáng)能電池的保護(hù)層。
1.1 光伏太陽(yáng)能電池表層的金剛石薄膜
       無(wú)定形碳，如類金剛石碳的硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性和輻射穩(wěn)定性良好、光學(xué)性能易于改性，從而適合做硅材料太陽(yáng)能電池的保護(hù)層。此外，納米金剛石薄膜在光伏電池的絕緣器件和半導(dǎo)體器件中都有所應(yīng)用，也可以用于保護(hù)層。
       本研究制備出玻璃襯底沉積金剛石薄膜以此作為光伏太陽(yáng)能電池的保護(hù)膜并獲取一個(gè)較高的薄膜透明度從而提高太陽(yáng)能電池的傳輸效率。
1.2 金剛石薄膜保護(hù)層
       通過(guò)控制金剛石薄膜的折射率和透射率可以制備出太陽(yáng)能電池的金剛石薄膜保護(hù)層。金剛石薄膜的粒度和粗糙度以及薄膜質(zhì)量都會(huì)影響投射匯率。單晶金剛石的粒度小，表面光滑，因此實(shí)驗(yàn)采用單晶金剛石作為實(shí)驗(yàn)材料。
       由于不同材料的層與層之間的張應(yīng)力和分層現(xiàn)象，金剛石和玻璃襯底之間的粘附是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。圖一為玻璃襯底上超薄型類金剛石碳涂層的耐刮擦性能對(duì)比圖。
       如上所述，通過(guò)調(diào)整甲烷流量可以控制金剛石沉積薄膜的折射率從而獲得較高的薄膜硬度，但薄膜折射率的提高卻不甚理想并影響了薄膜的透射率。因此，粒度和粗糙度都比較小的單晶金剛石更適合薄膜的制備。
1.3 HFCVD沉積法
       實(shí)驗(yàn)采用熱絲化學(xué)氣相沉積法（HFCVD）制備金剛石薄膜，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，成本低。從容器頂部通入氣體混合物并流經(jīng)試樣上放置的鎢絲從而發(fā)生反應(yīng)使得碳原子沉積在襯底上，如下圖所示。
       對(duì)于微晶金剛石薄膜的制備，氣體混合物只需圖二中的氫氣和甲烷即可，本實(shí)驗(yàn)旨在制備單晶金剛石薄膜，因此還需要加入氬氣，這樣能夠生成更小的顆粒和更光滑的表面。
2. 實(shí)驗(yàn)步驟
       從磨砂載玻片上切割出厚度為0.96-1.06 mm 的0215玻璃片（10×10 mm）。試樣進(jìn)行丙酮超聲波清洗，5分鐘。然后將試樣放入ND-DMSO-X溶液中進(jìn)行引晶，溶液純度＞98 %，立方相，顆粒尺寸為4-5 nm，團(tuán)聚塊平均尺寸為30 nm。ND-DMSO-X溶液與甲醇的混合比例為1：3。將盛有試樣和溶液的燒杯放在超聲波中90分鐘，然后對(duì)試樣進(jìn)行甲醇超聲波清洗5分鐘。將兩根鎢絲（ø=0,25 mm）并排放入HFCVD反應(yīng)器中。
       表一為本實(shí)驗(yàn)沉積法相關(guān)參數(shù)：

3. 結(jié)果與討論
3.1 SEM分析
       沉積出試樣后，用光學(xué)顯微鏡對(duì)金剛石晶體進(jìn)行分析，可以觀察到試樣表面有尺寸不一的晶體形成。然后再用掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析并獲得放大圖像，以此研究粒度、表面形態(tài)和薄膜厚度。

       圖三可以看出玻璃試樣上已經(jīng)覆滿了金剛石薄膜，薄膜粒度小，晶簇良好，表面光滑；因此透射率也就高。
       圖四可以看出金剛石薄膜厚度約為500 nm，可以轉(zhuǎn)化出較好的透射率。需要注意一點(diǎn)的是，沉積總時(shí)間為5小時(shí)，可以推斷出薄膜生長(zhǎng)速率約為100 nm/h。
3.2 分光光度法分析
       當(dāng)一束不同波長(zhǎng)的光照射在物體上時(shí)，分光光度測(cè)定法可以對(duì)物質(zhì)的光吸收特性進(jìn)行分析，因此本實(shí)驗(yàn)采用了分光光度計(jì)。透射率是光線在穿透物體之前的密度和穿透物體之后剩余密度的比率。透明度則基于此概念，指物體能夠允許穿透的光線密度。


       圖五為薄膜沉積前、后的玻璃試樣透明度對(duì)比。圖中可以看出，薄膜厚度僅500 nm，但對(duì)透射率有很大影響。這是由于光線在穿透試樣時(shí)存在光散射；這說(shuō)明薄膜的粗糙度大，粒度大。
4. 結(jié)論
       實(shí)驗(yàn)利用HFCVD法成功制備出金剛石薄膜，粒度小、透明度高、玻璃襯底覆蓋好；透射率也很高。下一步研究將側(cè)重薄膜的形態(tài)，玻璃和薄膜間的粘附特性。（編譯：中國(guó)超硬材料網(wǎng)）