超声换能耦合激光辐照优化透明导电薄膜性能的方法与流程

本发明涉及激光表面处理及薄膜材料制备领域，特指一种利用超声换能和超短脉冲激光辐照相互配合实现透明导电薄膜性能优化的一种方法，可适用于SnO2、ZnO、In2O3及其掺杂体系(如FTO、AZO、ITO)的透明导电薄膜材料。

背景技术：
在薄膜太阳能电池领域，作为电池前电极的透明导电薄膜承担着导电和透光的双重作用。为了使透明导电薄膜获得更优异的光学和电学性能以满足实际应用的需要，对采用传统工艺制备好的各种透明导电薄膜进行表面优化处理已越来越受到人们的关注。目前，实现透明导电薄膜光、电性能优化的方法有很多，主要包括：(1)优化薄膜制备方法，如真空蒸发法、磁控溅射法、喷涂法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、反应离子注入法、喷涂热分解法等；(2)研究新型薄膜，包括一元/二元/多元新型透明导电薄膜、双层/多层复合透明导电薄膜以及耐腐蚀/耐高温等特殊性能透明导电薄膜；(3)对薄膜进行后期处理，如表面微纳结构复合处理、表面织构化处理、退火处理等。对薄膜材料表面进行激光辐照实现其性能优化已逐渐成为研究的热点。通过激光辐照，除了可实现薄膜表面绒面织构的制备外，利用激光的热效应还可使薄膜表面获得比较理想的退火效果。在激光退火作用下，一方面薄膜中的杂质或掺杂元素被激活并通过扩散或逸出进行再分布，另一方面，晶粒在再结晶过程中长大，薄膜的结晶度得以提高，这些都有利于薄膜性能的提升。激光辐照具有许多优点，例如，采用激光可对材料的局部进行选择性辐照；对于薄膜还可以通过控制激光能量密度和作用时间，只对膜层辐照而不影响基底材料的性能；由于激光作用的时间很短，几乎不会发生材料内杂质或掺杂元素的向内扩散和向外逸出现象，以此避免其固有性能的下降，还有利于提高效率。目前有关利用激光辐照来提高薄膜性能的研究很普遍(参见文献：[1]M.F.Chen,K.Lin,andY.S.Ho.MaterialsScienceandEngineeringB176(2011)127–131；[2]W.Lin,S.Varlamov,J.Dore,andM.Green.MaterialsLetters107(2013)1–4；[3]S.F.Tseng,W.T.Hsiao,D.Chiang,K.C.Huang,andC.P.Chou.AppliedSurfaceScience257(2011)7204–7209)，但条件苛刻，实现性能优化的参数范围小，而采用超声换能耦合激光辐照，可以弥补其不足之处。采用超声换能器时，薄膜样品沿表面法向高频小振幅振动，使得薄膜样品表面与激光焦点的距离(离焦量)作周期性微小变化，在较大的参数范围内薄膜表面既可周期性地形成不同形状和尺寸的结构，又由于参数范围的扩大，薄膜表面更容易获得退火作用；此外，薄膜表面吸收激光能量熔化的同时，振动输入的能量能保证薄膜表面熔化区域在凝固过程中提前形核并增加结晶核心，细化晶粒，从而提高薄膜的致密度，改善薄膜的表面微观结构，最终实现薄膜性能的优化。

技术实现要素：
本发明的目的是克服现有用于薄膜性能优化的激光辐照方法的不足，提供一种超声换能耦合超短脉冲激光辐照优化透明导电薄膜性能的方法。激光辐照薄膜表面时，在超声换能器的辅助作用下，可以拓宽优化参数范围，加速薄膜表面再结晶，从而达到优化透明导电薄膜光、电性能的目的。超声换能耦合激光辐照优化透明导电薄膜性能的方法，其特征在于：将透明导电薄膜置于超声换能器表面，在对透明导电薄膜进行激光辐照的同时，超声换能器在垂直于激光辐照的方向上振动，使得透明导电薄膜沿表面法向高频小振幅振动，使得薄膜样品表面与激光焦点的距离作周期性微小变化，扩大使得透明导电薄膜性能优化的激光参数范围，薄膜表面更容易获得退火作用；透明导电薄膜表面吸收激光能量熔化的同时，振动输入的能量能保证薄膜表面熔化区域在凝固过程中提前形核并增加结晶核心，细化晶粒，从而提高薄膜的致密度，改善薄膜的表面微观结构，最终实现薄膜性能的优化。所述透明导电薄膜性能指透明导电薄膜表面的粗糙度、透明导电薄膜在可见光区的平均透光率和透明导电薄膜的导电性能。进一步地，本发明按照以下步骤实施：步骤1、选用超短...