DE102009016708B4

DE102009016708B4 - Solarabsorber-Schichtsystem und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102009016708B4
Application number: DE102009016708A
Authority: DE
Inventors: Dr. Pröhl Holger; Dr. Köckert Christoph; Markus Berendt
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: DE102009016708A1

Abstract

Solarabsorber-Schichtsystem auf einem Substrat, folgende Schichten vom Substrat aufwärts betrachtet umfassend: – ein erstes Subsystem, welches eine transparente, erste hoch brechende dielektrische Schicht, die Siliziumnitrid enthält, sowie eine erste selektiv teilabsorbierende Schicht umfasst, die ein Metall oder eine Legierung davon enthält oder ein Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid des Metalls oder der Metalllegierung, – ein zweites Subsystem, welches eine transparente, zweite hoch b enthält, sowie eine zweite selektiv teilabsorbierende Schicht, die ein Metall oder eine Legierung davon enthält oder ein Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid des Metalls oder der Metalllegierung; – wobei die Dicke der Subsysteme mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt und – als oberste Schicht des Schichtsystems eine transparente, niedrig brechende dielektrische Schicht, die Siliziumoxid enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarabsorberschichtsystem mit hoher solarer Absorption und geringer thermischer Emissivität. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtsystems.
Derartige Schichtsysteme werden in der Solarthermie verwendet, um durch die selektiv wirkenden, d. h. im Spektralbereich des Sonnenlichts mit der höchsten Energieeinstrahlung absorbierenden und die Abstrahlung von Infrarotstrahlung minimierenden Schichtsysteme eine hohe Effizienz der solarthermischen Anwendungen zu erzielen.
Allgemein besteht ein Schichtsystem zur Solarabsorption aus zumindest einer Funktionsschicht, die durch eine die Haftung der Funktionsschicht verbessernden Grundschicht ergänzt werden kann, und einer entspiegelnden Deckschicht.
Als haftvermittelnde Grundschichten werden meist dielektrische Schichten verwendet, z. B. ein Oxynitrid von Silizium, welche nur eine geringe optische Wirkung auf das Gesamtsystem haben.
Die Deckschicht dient regelmäßig neben der Entspiegelung insbesondere auch der Verbesserung der mechanischen und chemischen Beständigkeit. Sie besteht üblicherweise aus einem transparenten, hoch brechenden dielektrischen und Silizium enthaltenden Material ( DE 100 46 810 A1 ), meist Siliziumoxid mit, bei Schichtherstellung mittels Kathodenzerstäubung, technologisch bedingtem Anteil von Aluminium. Der Aluminium-, Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitridanteil resultiert aus der Herstellung der Targets für die Kathodenzerstäubung.
Die Funktionsschicht von Solarabsorber-Schichtsystemen, welche wiederum aus mehreren Teilschichten bestehen kann, weist schon bei geringen Schichtdicken ein gutes Absorptionsvermögen im Bereich der Solarstrahlung, d. h. im Bereich von ungefähr 300 bis 2500 nm, auf. Eine für die Energieeffizienz wünschenswerte geringe Emissivität im Infrarotbereich kann durch weitere ergänzende Schichten durch Einstellung bzw. Optimierung der selektiven Reflexion erzielt werden.
Solarabsorber-Schichtsysteme sind von nicht-selektiven und selektiven Solar-Control-Systemen, die auch als Low-E-Systeme bezeichnet werden, zu unterscheiden. Solar-Control-Systeme sind z. B. in der DE 100 46 810 A1 beschriebenen. Sie besitzen meist im gesamten Wellenlängenbereich des Spektrums ein nahezu gleichbleibendes Reflexions- und Absorptionsvermögen. In der US 2007/0286995 A1 ist ein Solar-Control-System beschrieben, bei welchem durch die Einstellung der Brechungsindizes der aufeinanderfolgenden Schichten die spektrale Reflexion und Transmission zugunsten der Reflexion so eingestellt ist, dass die darunter liegenden dunklen Schichten nur geringfügig IR-Strahlung absorbieren und sich dadurch der Raum hinter dem beschichteten Substrat so gering wie möglich aufheizt.
In der Patentschrift US 4,822,120 A wird hingegen ein Schichtsystem beschrieben, bei welchem im sichtbaren Bereich eine hohe Reflexion und im IR-Bereich eine hohe Transmission erzielt wird, um in dem Absorbermaterial von Flachbett-Solar-Kollektoren einen hohen Absorptionsgrad zu realisieren.
Im Gegensatz zu diesen Schicht-Systemen sind Solarabsorber-Schichtsysteme durch eine sehr geringe Reflexion und eine starke Absorption im Wellenlängenbereich der maximalen Sonnenenergieeinstrahlung von etwa 300 bis 1000 nm, und einer für größere Wellenlängen dann stark ansteigenden und im Bereich des nahen IR-Bereichs bis ca. 2000 nm und des darüber liegenden IR-Bereiches hohen Reflexion und geringen Emissivität gekennzeichnet.
Ein solches System ist in der EP 1 217 394 A1 beschrieben. In diesem Schichtsystem wird die hohe Absorption im Solarbereich, der mit Wellenlängen bis zu 2500 nm angegeben wird, durch eine chromoxidische Schicht und die hohe Reflektivität im IR-Bereich durch eine darunter liegende metallische Schicht erzielt. Beide Schichten werden wie häufig durch eine haftvermittelnde Schicht zwischen Substrat und metallischer Schicht und einer Deckschicht ergänzt. Letztere besteht aus einem Oxid, Nitrid oder Fluorid eines Metalls und dient der Entspiegelung bei hohem Transmissionsvermögen im gesamten Wellenlängenbereich.
Für solarselektive Beschichtungen sind verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere das Magnetronsputtern ( DE 10 2006 039 669 A1 ) oder auch CVD-Verfahren und Verdampfungsverfahren ( US 2007/0286995 A1 , EP 1 217 394 A1 ). Solarabsorber-Schichtsysteme sind jedoch einer hohen thermischen und gleichzeitig klimatischen Belastung ausgesetzt und müssen unter diesen Bedingungen viele Jahre haltbar sein, ohne wesentliche Verschlechterung der Absorber-Eigenschaften.
Zum Nachweis der Temperatur- und Langzeitstabilität werden sie Heiztests unterworfen, in denen bei mehreren hundert Grad Celsius über einen längeren Zeitraum eine beschleunigte Alterung erzeugt wird und dabei der Zustand des Schichtsystems und deren optische Eigenschaften beurteilt werden. Die Beurteilung der Haltbarkeit des Schichtsystems und dessen optischer Eigenschaften erfolgt auch im Rahmen von Klimatests, in denen insbesondere der Einfluss von Feuchtigkeit untersucht wird.
Dabei erwiesen sich durch Nassverfahren, wie Elektroplattieren oder durch chemisches Aufdampfen aufgebrachte Schichtsysteme thermisch und chemisch stabiler. Bei diesen Verfahren sind jedoch die verwendeten Ausgangsstoffe und die Abprodukte häufig toxisch oder erfordern zumindest eine besondere Behandlung vor oder nach der Verarbeitung.
In der DE 10 2006 039 669 A1 wird ein Solarabsorber-Schichtsystem beschrieben, welches mittels Gleichstrom-Magnetronsputtern von planaren Targets herzustellen ist. Für dieses Schichtsystem ist eine thermische Stabilität höher als 450°C und bis zu 600°C erzielt wurden. Es besteht aus zwei übereinander angeordneten Absorberschichten, die durch Siliziumnitrid als Antireflexionsschicht bedeckt sind. Die beiden Absorberschichten bestehen aus dem Nitrid und dem Oxynitrid von Titanaluminium. Dieses Schichtsystem ist speziell für solche Hochtemperaturanwendungen wie Wasserdampfgeneratoren und Wasserdampfturbinen entwickelt. Sie erweisen sich jedoch als wenig geeignet für die Solarthermie, zum einen aufgrund der sich unterscheidenden Umgebungsbedingungen, denen die Schichten ausgesetzt sind. Zum anderen ist die Minimierung der Herstellungskosten für Solaranlagen ein wesentlicher Faktor. Hinsichtlich der Herstellungskosten sind aber sowohl die Kosten für die Targetmaterialien als auch die geringen Beschichtungsraten des DC-Sputterns nachteilig. Hinzu treten Probleme in der Schichthomogenität und der Targetausnutzung bei dem verwendeten Verfahren.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Solarabsorber-Schichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welches für die Anwendung in der Solarthermie bei langjährig stabilen optischen Eigenschaften hinsichtlich Material und Abscheidungsverfahren kostengünstig und auch für großflächige Solarpaneelen mit der erforderlichen Homogenität herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch ein Schichtsystem gemäß Anspruch 1 gelöst sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 10. Die sich auf diese beiden Ansprüche beziehenden Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Ein erfindungsgemäßes Schichtsystem umfasst zumindest zwei Subsysteme, jedes eine hoch brechende dielektrische Schicht und eine Absorberschicht aufweisend, sowie eine dielektrische Deckschicht aus einem niedrig brechenden Material. Es hat sich gezeigt, dass durch die gestaffelte Absorption in den beiden Subsystemen mit vom Substrat aufwärts abnehmender, d. h. in Richtung der einfallenden Strahlung zunehmender Dicke der Subsysteme in Verbindung mit der niedrig brechenden dielektrischen Schicht die gewünschten optischen Eigenschaften hinsichtlich Absorption und Emission der absorbierten Energie erzielt werden.
Außerdem können mit der wechselnden Abfolge von dielektrischen und Absorberschichten und der Abdeckung mit einer Siliziumoxid enthaltenden Schicht die geforderte thermische, mechanische und chemische Stabilität des Schichtsystems erzielt und damit die optischen Eigenschaft für Langzeitanwendungen in akzeptablen Grenzen aufrechterhalten werden. Dabei kommt es lediglich auf die wechselnde Abfolge der Schichten der Subsysteme an, so dass es unerheblich ist, ob die Absorberschicht über oder unter der dielektrischen Schicht innerhalb des Subsystems angeordnet ist.
Jedes Subsystem umfasst eine transparente, hoch brechende dielektrische Schicht, deren wesentliche Anteile aus Siliziumnitrid bestehen und die allgemein als Antireflexionsschicht verwendet wird. In den einzelnen Subsystemen dient sie insbesondere der Verminderung der Emission der absorbierten Energie des Subsystems. Als hoch brechend sind dabei Schichten mit einem Brechungsindex im Bereich von 2,0 bis 2,5 zu verstehen.
Der Aufbau dieser Schicht aus im Wesentlichen Siliziumnitrid ist so zu verstehen, dass diese Schicht Beimengungen aufweisen kann, z. B. von Sauerstoff oder Oxinitrid von Silizium oder weiteren Materialien, wobei es unerheblich ist, ob die optionalen Beimengungen nur technologisch bedingt oder für die Funktion der Schicht vorteilhaft sind. So können mögliche Beimengungen technologisch bedingtes Aluminiumnitrid sein, welches der Herstellung des Silizium-Targets mit Aluminium-Anteilen geschuldet ist.
Diese hoch brechende dielektrische Schicht wird durch eine darüber angeordneten ersten selektiv teilabsorbierende Schicht, im Folgenden als erste Absorberschicht bezeichnet, ergänzt. Jedes Subsystem bewirkt eine Teilabsorption in dem oben angeführten Wellenlängenbereich der Solarstrahlung, wobei die beschriebenen optischen und Stabilitäts-Eigenschaften bereits mit zwei Subsystemen erzielt werden. Es können aber auch mehr Subsysteme angeordnet sein, wodurch z. B. die Dicken der Einzelschichten reduzierbar sind ohne signifikante Einbuße in der Beständigkeit des Schichtsystems.
Grundsätzlich sind je nach verwendetem Material und verwendetem Herstellungsverfahren verschiedene Schichtdicken herstellbar, jedoch ist die zum Substrat hin größer werdende Gesamtdicke der Subsysteme gemeinsam mit dem Aufbau beider Subsysteme jeweils aus einer transparenten hoch brechenden dielektrischen Schicht mit einer teilweise absorbierenden Schicht einzuhalten, um die gewünschten Eigenschaften des Schichtsystems zu erzielen.
Wie bereits dargelegt ist es alternativ möglich, die Reihenfolge der Schichten jedes Subsystems zu vertauschen, wobei das jedoch in beiden Subsystemen erfolgt. In diesem Fall ist es günstig unter der Prämisse der vom Substrat her kleiner werdenden Gesamtdicke der Subsysteme Anpassungen der Schichtdicken jeder einzelnen Schicht mittels Simulation oder versuchsweiser Beschichtungen vorzunehmen, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erzielen. Die für sich jeweils teilabsorbierenden Subsysteme gemeinsam ergeben das Schichtsystem mit der gewünschten selektiven Absorption.
Das Schichtsystem abdeckend wird als oberste Schicht eine transparente, niedrig brechende dielektrische Schicht mit Siliziumoxid als wesentlichen Bestandteil abgeschieden. Beimengungen sind z. B. wie oben beschrieben aus technologischen Gründen oder zur Stabilisierungen gegenüber besonderen klimatischen Bedingungen möglich, jedoch nicht erforderlich. Diese Schicht dient zur Entspiegelung sowie als mechanischer und chemischer Schutz des Schichtsystems. Ihr Brechungsindex liegt im Bereich von 1,40 bis 1,85, in Abhängigkeit vom verwendeten Material bevorzugt eher zu den niedrigeren Werten.
Die Herstellung des Schichtsystems erfolgt in einer Vakuumbeschichtungsanlage im Durchlaufprinzip, wobei die oben beschriebenen Einzelschichten nacheinander in der entsprechenden Reihenfolge mittels Magnetronsputtern und zumindest eine davon mittels Elektronenstrahlverdampfen abgeschieden werden, wobei auch das Elektronenstrahlverdampfen in den Durchlauf der Vakuumbeschichtungsanlage integriert ist. Alternativ können auch alle Einzelschichten des Schichtsystems teilweise oder komplett durch Elektronenstrahlverdampfen abgeschieden werden.
Zum Sputtern ist neben dem bekannten DC-Sputtern auch AC-Sputtern anwendbar ist, wodurch das reaktive Sputtern des Halbleiters Silizium stabiler und effektiver möglich ist. Insbesondere für die dielektrischen Schichten der Subsysteme als auch die Deckschicht des gesamten Schichtsystems kommt deshalb reaktives AC-Sputtern in Betracht.
Das Sputtern kann darüber hinaus sowohl von planaren Targets als auch von zylindrischen Targets erfolgen, wobei die Verwendung von zylindrischen Targets wegen der besseren Targetausnutzung und der stabileren Betriebsweise eine höhere Effizienz der Herstellung des Schichtsystems erzielbar ist.
Dabei können für großflächige und langzeitstabile Beschichtungen auch mehrere Targets zur Herstellung einer Einzelschicht zur Anwendung kommen.
Da mit dem Elektronenstrahlverdampfen deutlich höhere Abscheideraten realisierbar sind, ist es auf diese Weise möglich, relativ dicke Schichten effektiver herzustellen. Dies betrifft z. B. eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht entsprechend einer Ausgestaltung des Solarabsorber-Schichtsystems.
Darüber hinaus sind mit der Kombination von Elektronenstrahlverdampfung und Sputtertechnik die hohen Sprünge in den Brechungsindizes unmittelbar benachbarter Schichten realisierbar. Z. B. eignet sich die Elektronenstrahlverdampfung zur Herstellung der niedrig brechenden dielektrischen Deckschicht.
Eine Kombination der Beschichtung mittels Sputtern mit Elektronenstrahlverdampfung in einem einzigen Vakuumdurchlauf erfordert aufgrund der deutlich geringeren Arbeitsdrücke beim Sputtern im Vergleich zur Elektronenstrahlverdampfung besondere Maßnahmen zur Gas- und Druckentkopplung. Die Entkopplung kann z. B. durch Strömungswiderstände und Drucksenken realisiert werden.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein Solarabsorber-Schichtsystem auf einem Glasrohr als Substrat abgeschieden. Dieses Glasrohr wird nach der Beschichtung in einem weiteren, unbeschichteten Glasrohr angeordnet und der Zwischenraum zwischen beiden Rohren wird evakuiert. In dem zu beschichtenden Glasrohr fließt ein Wärmeübertragungsmittel, z. B. Wasser.
Auf dem Glasrohr als Substrat ist zunächst eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht aus Aluminium mit einer Schichtdicke von 100 nm abgeschieden. Diese Schicht bewirkt die Reflektion der Infrarotstrahlung in das System zurück zur Verbesserung der Effizienz. Es handelt sich dabei um eine optionale Schicht. Sie wird regelmäßig unter beiden Subsystemen angeordnet, kann jedoch auch zwischen beiden integriert sein, um nur auf das darüber liegende Subsystem zu wirken, z. B. wenn das Substrat selbst Infrarotstrahlung reflektiert. Alternativ kann jedem Subsystem eine separate Infrarotstrahlung reflektierende Schicht zugeordnet sein. Als Materialien kommen neben Aluminium auch Kupfer oder Molybdän in Betracht, wobei sowohl das Material der benachbarten Schichten als auch das bevorzugte Herstellungsverfahren und dessen Einordnung in einen Vakuumdurchlauf Einfluss auf die Materialwahl hat.
Zur Verbesserung der Haftung dieser Schicht auf dem Substrat ist eine haftvermittelnde Barriereschicht aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Metalloxid oder Metallnitrid, einem Oxid oder Nitrid von Metalllegierungen oder Mischungen davon abgeschieden. Die Barriereschicht dient neben der Haftvermittlung zwischen Substrat und der nächsten, darüber liegenden Schicht einerseits zur Abdeckung des Substrats, welches auf seiner Oberfläche durch dessen Handling auch nach seiner Reinigung noch geringe Mengen von Verunreinigungen oder Wasser aufweisen kann. Andererseits verhindert eine haftvermittelnde Barriereschicht eine besonders bei höheren Temperaturen auftretende und ungewünschte Diffusion von Substanzen aus dem Substrat in das Schichtsystem, die Einfluss auf die Qualität und Lebensdauer des Schichtsystems haben können, oder vermindert dies zumindest.
Mögliche Materialien für die haftvermittelnde Barriereschicht sind Chrom, Chromoxid, Zink- oder Zinkaluminiumoxid, Titanoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid oder Mischungen davon oder Materialien, die einen großen Anteil dieser Stoffe enthalten. Auch hier sind wiederum das Material der über der Barriereschicht abgeschiedenen Schicht, die Einordnung in den Vakuumdurchlauf sowie mögliche Einflüsse vom Substrat auf das Schichtsystem für die Materialauswahl zu berücksichtigen.
Über der Infrarotstrahlung reflektierenden Schicht sind übereinander zwei Subsysteme, jedes aus zwei Schichten bestehend, angeordnet. Beide Subsysteme weisen hinsichtlich Lage und Material der beiden ein Subsystem bildenden Schichten den gleichen Aufbau auf. Es sind jedoch auch voneinander abweichende Schichtmaterialien möglich, sofern die Erfordernisse hinsichtlich der Funktion und der Materialgruppen, der Brechungsindizees und der Dicken der Subsysteme relativ zueinander erfüllt sind.
Das erste Subsystem weist vom Substrat betrachtet aufwärts eine erste hoch brechende dielektrische Schicht auf, welche in ihren wesentlichen Anteilen aus Siliziumnitrid besteht und eine Schichtdicke von 15 nm hat. Diese Schicht weist technologisch bedingte Beimengungen, insbesondere von Aluminiumnitrid (AlN_x) mit 0 < x < 1 auf. Diese Schicht hat einen Brechungsindex im Bereich von 2,1 +/– 0,1, bevorzugt 2,1 +/– 0,5.
Die Siliziumnitridschicht wird wie auch die des zweiten Subsystems von Silizium-Targets mit 6–10% Aluminiumgehalt gesputtert. Die Aluminiumbeimengung ist durch das Herstellungsverfahren bedingt und dient der mechanischen Stabilität des Targets. Durch die Targetzusammensetzung wird ein Silizium-Aluminium-Gefüge zerstäubt, so dass sich die reaktiv gesputterte Schicht aus einem Siliziumnitrid-Aluminiumnitrid-Gefüge zusammensetzt.
Die über der ersten hoch brechenden dielektrischen Schicht abgelagerte erste selektiv teilabsorbierende Schicht, d. h. die erste Absorberschicht besteht aus stöchiometrischem Chromnitrid (CrN) mit einer Schichtdicke von 40 nm. Alternativ ist auch eine unterstöchiometrische Chromnitirdschicht (CrN_x) herstellbar. Diese würde das Absorptionsverhalten verbessern und könnte deshalb mit einer geringeren Schichtdicke abgeschieden werden, würde jedoch zur Einstellung des gewünschten und homogenen Stöchiometrie-Verhältnisses höhere Anforderungen an das Herstellungsverfahren stellen.
Das zweite, über dem ersten abgeschiedene Subsystem umfasst eine zweite hoch brechende dielektrische Schicht mit, wie zum ersten Subsystem beschrieben, Siliziumnitrid als wesentlichen Bestandteil. Auch der Brechungsindex liegt in dem oben angegebenen Bereich.
Darüber liegt eine zweite selektiv teilabsorbierende Schicht, ebenfalls aus stöchiometrischem Chromnitrid (CrN). Auch diese Chromnitridschicht kann wie oben beschrieben unterstöchiometrisch abgeschieden sein. Das zweite Subsystem ist mit einer Gesamtdicke von 44 nm, das sind 40 nm der dielektrischen Schicht und 4 nm der zweiten Absorberschicht, etwas dünner als das darunter liegende erste Subsystem, dessen Gesamtdicke im Ausführungsbeispiel 55 nm beträgt. Grundsätzlich sind auch andere Schichtdicken herstellbar, bei Einhaltung des Verhältnisses der Dicke der Subsysteme zueinander.
Als Deckschicht des Solarabsorber-Schichtsystems wird eine Siliziumdioxidschicht abgeschieden, im Ausführungsbeispiel mit einer Schichtdicke von 76 nm. Sie weist einen Brechungsindex im Bereich von 1,45 bis 1,50 auf.
Die Herstellung des Schichtsystems erfolgt in einer Vakuumbeschichtungsanlage im Durchlaufprinzip. Die Abscheidung der Aluminiumschicht und der beiden stöchiometrisch abgeschiedenen teilabsorbierenden Schichten können durch DC-Sputtern erfolgen. Alternativ kann diese Abscheidung auch mittels AC-Sputtern erfolgen. Die drei dielektrischen Schichten können durch reaktives AC-Sputtern hergestellt werden. Jedoch wird entweder die Aluminiumschicht oder die oberste dielektrische Schicht des Schichtsystems oder beide teilweise oder komplett durch Elektronenstrahlverdampfen abgeschieden, das in den Durchlauf der Vakuumbeschichtungsanlage integriert ist.
Das so hergestellte Schichtsystem mit der beschriebenen Abfolge von Schichten ist durch eine hohe Absorption im Bereich von 95% und mehr charakterisiert, gemessen nach dem Messstandard EN410. Das Absorber-Schichtsystem weist eine thermische Emission im Bereich von ε < 5% für Wellenlänge im Bereich von 3 bis 30 μm. Die Temperaturstabilität konnte bis zu Temperaturen von 500°C sowohl im Vakuum als auch unter Atmosphäre nachgewiesen werden, ohne Leistungsverlust oder störende Farbänderungen. Das Solarabsorber-Schichtsystem besteht die beschleunigte Lebensdauerprüfung nach ISO/CD 12592.2, auch benannt als IEA Task X Prüfung.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Schichtsystem auf einem Kupferband abgeschieden, das später zu einem Flachbettkollektor verarbeitet wird. Auch dieses Schichtsystem weist bei den oben genannten Messmethoden eine Absorption im Bereich von 94% und mehr und eine thermische Emission im Bereich von ε < 3% für Wellenlänge im Bereich von 3 bis 30 μm auf. Auch die erwähnte Lebensdauerprüfung wird durch das Schichtsystem bestanden.
Das Schichtsystem weist folgende Schichtenfolge auf: Auf dem Kupferband sind zunächst 15 nm Siliziumnitrid abgeschieden. Darüber liegt ein Chromnitrid-Schicht von 40 nm Dicke. Diese beiden Schichten bilden das erste Subsystem. Beide Schichten haben die gleichen Schichtdicken wie im ersten Ausführungsbeispiel, dies ist jedoch abhängig vom verwendeten Material und von den weiteren Schichten des Schichtsystems, so dass Abweichungen möglich sind, z. B. auch aus technologischen Gründen.
Auch das zweite Subsystem ist, wie auch die Deckschicht, analog dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt, wobei auch hier Variationen in Abhängigkeit von den Schichten und Materialien im Schichtsystem und von technologischen Parametern oder ebenso von den optischen Anforderungen möglich sind.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier keine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht angeordnet. Die Infrarotreflexion wird hier durch das Substrat selbst bewirkt. Ergänzend kann in einer Ausführungsform zwischen dem Substrat und dem ersten Subsystem eine haftmittelnde Barriereschicht mit den oben beschriebenen Eigenschaften und Funktionen ergänzt werden. Insoweit wird bezüglich dieser optionalen Schicht auf die obige Beschreibung verwiesen.
Auch zur Herstellung des Schichtsystems kann auf die obigen Darlegungen verwiesen werden, wobei die Anforderungen zu berücksichtigen sind, die ein solches großflächiges, bandförmiges Substrat stellt. Z. B. wird die Elektronenstrahlverdampfung zur Effektivierung der Herstellung auch für andere als die oben genannten beiden Schichten angewendet werden, sofern das seitens der herzustellenden Schichtdicke und der Schichtmaterialien möglich ist.

Claims

Solarabsorber-Schichtsystem auf einem Substrat, folgende Schichten vom Substrat aufwärts betrachtet umfassend: – ein erstes Subsystem, welches eine transparente, erste hoch brechende dielektrische Schicht, die Siliziumnitrid enthält, sowie eine erste selektiv teilabsorbierende Schicht umfasst, die ein Metall oder eine Legierung davon enthält oder ein Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid des Metalls oder der Metalllegierung, – ein zweites Subsystem, welches eine transparente, zweite hoch brechende dielektrische Schicht, die Siliziumnitrid enthält, sowie eine zweite selektiv teilabsorbierende Schicht, die ein Metall oder eine Legierung davon enthält oder ein Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid des Metalls oder der Metalllegierung; – wobei die Dicke der Subsysteme mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt und – als oberste Schicht des Schichtsystems eine transparente, niedrig brechende dielektrische Schicht, die Siliziumoxid enthält.
Solarabsorber-Schichtsystem nach Anspruch 1, wobei in beiden Subsystemen gleichermaßen wahlweise die selektiv teilabsorbierende Schicht oder die transparente, hoch brechende dielektrische Schicht die untere, dem Substrat zugewandte Schicht des Subsystems ist.
Solarabsorber-Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metall der teilabsorbierenden Schichten Chrom oder Wolfram oder Molybdän oder Edelstahl ist.
Solarabsorber-Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht enthält.
Solarabsorber-Schichtsystem nach Anspruch 4, wobei die Infrarotstrahlung reflektierende Schicht Aluminium, Kupfer, Molybdän oder eine Legierung davon enthält.
Solarabsorber-Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat aus einem Infrarotstrahlung reflektierenden Material besteht.
Solarabsorber-Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei unmittelbar auf dem Substrat eine haftvermittelnde Barriereschicht angeordnet ist.
Solarabsorber-Schichtsystem nach Anspruch 7, wobei die haftvermittelnde Barriereschicht Chrom, Chromoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid oder eine Kombination davon enthält.
Solarabsorber-Schichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der selektiv teilabsorbierenden Schichten ein unterstöchiometrisches Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid eines Metalls oder einer Metalllegierung ist.
Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorber-Schichtsystems in einer Vakuumbeschichtungsanlage in einem einzigen Vakuumdurchlauf, folgende Verfahrensschritte umfassend: – Abscheiden eines ersten Subsystems auf einem Substrat; – Abscheiden eines zweiten Subsystems über dem ersten Subsystem; – Abscheiden einer transparenten, niedrig brechenden dielektrischen Schicht, die Siliziumoxid enthält, als oberste Schicht des Schichtsystems; – wobei das erste und das zweite Subsystem jeweils eine transparente hoch brechende dielektrische Schicht, die Siliziumnitrid enthält, sowie eine selektiv teilabsorbierende Schicht, die ein Metall oder eine Legierung davon oder ein Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid des Metalls oder der Metalllegierung enthält, umfassen; – wobei die beiden Subsysteme derart abgeschieden werden, dass die Dicke der Subsysteme mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt und – wobei zumindest eine der Schichten der Subsysteme und/oder die oberste Schicht des Schichtsystems durch Elektronenstrahlverdampfen abgeschieden wird, während die übrigen Schichten wahlweise durch AC- und/oder DC-Magnetronsputtern von einem oder mehreren Targets abgeschieden werden.
Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorber-Schichtsystems in einer Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 10, wobei von zwei unmittelbar benachbarten Schichten des Schichtsystems, von denen eine Schicht hoch brechend und die andere niedrig brechend ist, eine der Schichten mittels Elektronenstrahlverdampfen und die andere mittels AC- oder DC-Magnetronsputtern abgeschieden werden.
Verfahren zur Herstellung eines Solarabsorber-Schichtsystems in einer Vakuumbeschichtungsanlage in einem einzigen Vakuumdurchlauf, folgende Verfahrensschritte umfassend: – Abscheiden eines ersten Subsystems auf einem Substrat; – Abscheiden eines zweiten Subsystems über dem ersten Subsystem; – Abscheiden einer transparenten, niedrig brechenden dielektrischen Schicht, die Siliziumoxid enthält als oberste Schicht des Schichtsystems; – wobei das erste und das zweite Subsystem jeweils eine transparente hoch brechende dielektrische Schicht, die Siliziumnitrid enthält, sowie eine selektiv teilabsorbierende Schicht, die ein Metall oder eine Legierung davon oder ein Oxid oder Nitrid oder Oxinitrid des Metalls oder der Metalllegierung enthält, umfassen; – wobei die beiden Subsysteme derart abgeschieden werden, dass die Dicke der Subsysteme mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt und – wobei alle Schichten des Schichtsystems durch Elektronenstrahlverdampfen abgeschieden werden.