DE102011107123A1 - Preparing surface coating with microstructure lattice on transparent carrier element, by applying precursor with transparent conductive oxide on carrier element by wet-chemical method, and drying the precursor with the conductive oxide - Google Patents
Preparing surface coating with microstructure lattice on transparent carrier element, by applying precursor with transparent conductive oxide on carrier element by wet-chemical method, and drying the precursor with the conductive oxide Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011107123A1 DE102011107123A1 DE102011107123A DE102011107123A DE102011107123A1 DE 102011107123 A1 DE102011107123 A1 DE 102011107123A1 DE 102011107123 A DE102011107123 A DE 102011107123A DE 102011107123 A DE102011107123 A DE 102011107123A DE 102011107123 A1 DE102011107123 A1 DE 102011107123A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- precursor
- carrier element
- surface coating
- tco
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
- C03C17/23—Oxides
- C03C17/25—Oxides by deposition from the liquid phase
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
- F24S80/50—Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings
- F24S80/52—Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/90—Other aspects of coatings
- C03C2217/94—Transparent conductive oxide layers [TCO] being part of a multilayer coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/11—Deposition methods from solutions or suspensions
- C03C2218/113—Deposition methods from solutions or suspensions by sol-gel processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
- C03C2218/32—After-treatment
- C03C2218/328—Partly or completely removing a coating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
- F24S10/75—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung mit einem Mikrostruktur-Gitter aus transparent leitfähigem Oxid auf einem lichtdurchlässigen Trägerelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen Solarkollektor mit einer solchen Oberflächenbeschichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.The invention relates to a method for producing a surface coating with a microstructure grid of transparent conductive oxide on a transparent carrier element according to the preamble of
Auf einem Trägerelement aufgebrachte Mikrostruktur-Gitter weisen Stege aus einem Material und Zwischenräume auf, wobei in den Zwischenräumen entweder überhaupt kein Material vorhanden ist, oder aber die Schichtdicke des Materials wesentlich geringer ist als im Bereich der Stege.Microstructure gratings applied to a carrier element have webs of a material and interstices, either no material at all being present in the interspaces, or else the layer thickness of the material being substantially smaller than in the region of the webs.
Aufgebracht auf ein lichtdurchlässiges Trägerelement sind derartige Mikrostruktur-Gitter geeignet dazu, Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge selektiv passieren zu lassen oder reflektieren zu können. Hierfür weist das Mikrostruktur-Gitter idealerweise Schichtdicken im Bereich der Stege von 0,25–0,45 μm, Stegbreiten von 0,2–0,8 μm und Stegabstände von 1–3 μm auf. Ein Mikrostruktur-Gitter mit derartigen Abmessung hat eine hohe Transmissivität für Licht mit Wellenlängen von 400–2.500 nm, wirkt jedoch für Infrarot-Wärmestrahlung (Wellenlänge circa 10 μm) als Spiegel.Applied to a translucent support element such microstructure gratings are suitable for selectively allowing radiation of different wavelengths to pass or reflect. For this purpose, the microstructure grating ideally has layer thicknesses in the region of the ridges of 0.25-0.45 μm, ridge widths of 0.2-0.8 μm and ridge spacings of 1-3 μm. A microstructure grating of such size has a high transmissivity for light having wavelengths of 400-2,500 nm, but acts as a mirror for infrared heat radiation (wavelength about 10 μm).
Diese Eigenschaften sind in zahlreichen Anwendungen geeignet dazu, Verbesserungen im Vergleich zu einer Oberflächenbeschichtung bestehend aus einer durchgehenden dünnen Materialschicht zu erzielen. Zum Beispiel werden solche dünnen Materialschichten aus Metall in der Gebäudetechnik als Verspiegelungen von Fensterglas und auch für Wärmeschutzverglasungen eingesetzt. Derartige Fenster sind weitestgehend transmissiv für sichtbares Licht (Wellenlänge 400–800 nm) und verringern gleichzeitig einen Wärmeaustausch durch Infrarot-Wärmestrahlung von einer Fensterseite zur anderen. Sie lassen jedoch keine Nahinfrarot-Strahlung (Wellenlänge 800–2.500 nm) passieren, die circa ein Drittel der Sonnenstrahlungsenergie ausmacht.These properties are suitable in many applications to achieve improvements compared to a surface coating consisting of a continuous thin layer of material. For example, such thin metal material layers are used in building technology as mirroring of window glass and also for heat-insulating glazings. Such windows are largely transmissive to visible light (wavelength 400-800 nm) and at the same time reduce heat exchange by infrared heat radiation from one side of the window to the other. However, they do not allow near-infrared radiation (800-2,500 nm wavelength) to pass, which accounts for approximately one third of the solar radiation energy.
Für einen Einsatz als Abdeckscheibe eines Solarkollektors eignen sich derartig vollflächig beschichtete Scheiben deswegen wesentlich schlechter als eine Glasscheibe mit Mikrostruktur-Gitter-Beschichtung, die eben auch die Nahinfrarot-Strahlung passieren lässt. Das Sonnenlicht kann bei einer Abdeckscheibe mit Mikrostruktur-Gitter nahezu ungehindert in den Solarkollektor hinein gelangen, gleichzeitig sind Abstrahlungsverluste durch Infrarot-Wärmestrahlung sehr gering. Hierdurch kann mehr Sonnenstrahlungsenergie pro Fläche nutzbar gemacht werden.For use as a cover plate of a solar collector, such full-surface coated disks are therefore much worse than a glass pane with microstructure-grid coating, which just lets the near-infrared radiation pass. In the case of a cover plate with a microstructure grid, sunlight can enter the solar collector almost unhindered, while at the same time radiation losses due to infrared heat radiation are very low. As a result, more solar radiation energy per area can be used.
In einem ersten Verfahren ist eine Ausrichtung von Materialpartikeln auf einem Trägerelement entlang von einem magnetischen Feld vorgesehen, die anschließend gehärtet werden. Da Magnetfeldlinien nur in eine Richtung verlaufen, ist wenigstens eine zweistufige Herstellung mit unterschiedlicher Ausrichtung der Feldlinien zum Trägerelement notwendig, um ein Gitter herzustellen. Zudem schränkt die magnetische Ausrichtung die Materialauswahl und/oder die möglichen Gitterabstände ein. Große Beschichtungsflächen erfordern weiterhin den Einsatz von sehr großen und starken Elektromagneten zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds.In a first method, an alignment of material particles on a support member along a magnetic field is provided which is subsequently cured. Since magnetic field lines extend only in one direction, at least a two-stage production with different alignment of the field lines to the carrier element is necessary to produce a grid. In addition, the magnetic alignment limits the material selection and / or the possible lattice spacings. Large coating areas also require the use of very large and strong electromagnets to generate a homogeneous magnetic field.
Eine weitere beschriebene Verfahrensalternative ist eine Ausrichtung der Materialpartikel durch Ultraschall. Diese Methode eignet sich jedoch kaum für eine Großserienproduktion von größeren Oberflächen bei gewünscht niedrigen Herstellkosten. Ebenso sind geschilderte Tintenstrahldruckverfahren ungeeignet. Ein vorgeschlagenes Prägeverfahren einzusetzen erfordert sehr teure Werkzeuge, z. B. durch Fotolithografie hergestellte, deren feine Strukturen zudem schnell verunreinigt sind und zu Fehlern im damit hergestellten Mikrostruktur-Gitter führen.Another method alternative described is an alignment of the material particles by ultrasound. However, this method is hardly suitable for large-scale production of larger surfaces at desired low production costs. Likewise, described ink jet printing methods are unsuitable. To use a proposed embossing process requires very expensive tools, eg. B. produced by photolithography, the fine structures are also quickly contaminated and lead to errors in the microstructure grid produced therewith.
Weiterhin beschreibt
Keines dieser Verfahren konnte bis heute aufgrund der bestehenden Probleme in die Großserienproduktion überführt werden.None of these processes could until today be transferred to mass production due to the existing problems.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung mit einem Mikrostruktur-Gitter aus transparent leitfähigem Oxid bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine kostengünstige Großserienproduktion erlaubt, wobei das Mikrostruktur-Gitter insbesondere auch dazu geeignet sein soll, eine Absorption von Sonnenstrahlungsenergie mit einem Solarkollektor zu verbessern.The object of the invention is therefore to provide a method for producing a surface coating with a microstructure grid of transparent conductive oxide, which overcomes the disadvantages of the prior art and a cost-effective mass production allowed, wherein the microstructure grid is in particular also to be suitable to improve absorption of solar energy with a solar collector.
Erfindungsgemäß wird dies mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie dem Kennzeichen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen 2 bis 10 und 12 zu entnehmen.This is achieved with the characterizing part of
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung mit einem Mikrostruktur-Gitter aus transparent leitfähigem Oxid [TCO] auf einem lichtdurchlässigen Trägerelement, sieht die Erfindung folgende Schritte vor:
- a) Aufbringen eines Precursors mit dem TCO durch ein nasschemisches Verfahren auf das Trägerelement,
- b) Bestrahlen des aufgebrachten Precursors mit einem Laser entlang eines Musters, wodurch der Precursor entlang des Musters gesintert wird,
- c) Entfernen des nicht gesinterten Precursors vom Trägerelement, sodass der gesinterte Precursor auf dem Trägerelement zurückbleibt und ein Mikrostruktur-Gitter bildet.
- a) applying a precursor to the TCO by a wet-chemical method onto the carrier element,
- b) irradiating the deposited precursor with a laser along a pattern, whereby the precursor is sintered along the pattern,
- c) removing the non-sintered precursor from the carrier element so that the sintered precursor remains on the carrier element and forms a microstructure grid.
Als TCOs können insbesondere indium-Zinnoxid, Fluor-Zinnoxid, Aluminium-Zinkoxid und Antimon-Zinnoxid eingesetzt werden. Geeignet für das Trägerelement ist vor allem eisenarmes Glas mit hoher solarer Transmission.In particular, indium-tin oxide, fluorine-tin oxide, aluminum-zinc oxide and antimony-tin oxide can be used as TCOs. Particularly suitable for the support element is low-iron glass with high solar transmission.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Beschichtung von großen Oberflächen, da Beschichtungsvorrichtungen für nasschemische Verfahren in ausreichender Größe verfügbar sind und auch eine Laserführung über eine große Fläche ausgelegt werden kann. Nach dem Aufbringen des Precursors auf das Trägerelement ist nicht zwingend eine gesonderte Trocknung des Precursors notwendig, bevor der Laser zum Einsatz kommt.The method according to the invention allows a coating of large surfaces, since coating devices for wet-chemical processes are available in sufficient size and also a laser guidance over a large area can be designed. After the application of the precursor to the carrier element is not necessarily a separate drying of the precursor necessary before the laser is used.
Während der Bestrahlung verdampft im Bereich des Laserstrahls zunächst im Wesentlichen die im Precursor befindliche Flüssigkeit, insbesondere das Lösungmittel. Im unmittelbaren Anschluss härtet während der Laserbestrahlung der getrocknete Precursor durch Sinterprozesse aus. Dabei wird das verbleibende Material des Precursors auch fest mit dem Trägerelement verbunden. Hierfür ist die Bestrahlungsintensität und Mauer vorzugsweise so auszulegen, dass sich der Precursor im Bestrahlungsbereich bis knapp unter die Schmelztemperatur des TCOs erwärmt. Die weniges und gewählten Verfahrensschritte der Oberflächenbeschichtung sind sehr schnell, wodurch die Herstellkosten gering sind.During the irradiation, in the region of the laser beam, first of all, substantially the liquid present in the precursor evaporates, in particular the solvent. Immediately afterwards, the dried precursor hardens during laser irradiation through sintering processes. In this case, the remaining material of the precursor is also firmly connected to the carrier element. For this purpose, the irradiation intensity and wall should preferably be designed so that the precursor heats up to just below the melting temperature of the TCO in the irradiation area. The few and selected process steps of the surface coating are very fast, whereby the production costs are low.
Da die Stegbreiten des Mikrostruktur-Gitters in der Regel kleiner sind als deren Abstand, ist auch die Arbeitszeit der Bestrahlung mit dem Laser sehr gering. Insbesondere ist sie deutlich geringer als bei einem Abtragen mittels Laser im Bereich zwischen den gewünschten Stegen, wie es der Stand der Technik vorschlägt.Since the ridge widths of the microstructure grating are generally smaller than their spacing, the working time of the irradiation with the laser is also very low. In particular, it is significantly lower than a laser ablation in the area between the desired webs, as proposed in the prior art.
Dabei können die Konturen des Trägerelements durchaus unterschiedlich sein und beispielsweise Glasscheiben unterschiedlicher Kontur und Dicke auf einer Fertigungsstraße beschichtet werden. Dementsprechend sind die Werkzeugkosten und die Herstellungskosten vergleichbar gering, da nur wenige Sonderwerkzeuge für unterschiedliche Glasscheibenkonturen erforderlich sind. Insbesondere sind gegebenenfalls unterschiedliche Aufnahmen erforderlich. Der Laser hingegen kann mittels unterschiedlicher Programme sowohl unterschiedliche Glasscheibenkonturen bearbeiten, als auch verschiedene Muster abfahren, sodass verschiedenartige Mikrostruktur-Gitter hergestellt werden können.The contours of the support member may well be different and, for example, glass panels of different contour and thickness are coated on a production line. Accordingly, the tooling costs and the manufacturing costs are comparably low, since only a few special tools are required for different glass pane contours. In particular, different recordings may be necessary. The laser, on the other hand, can process different glass pane contours by means of different programs, as well as different patterns, so that different types of microstructure grids can be produced.
Als Muster könnte beispielsweise ein Raster abgefahren werden, sodass das hiermit hergestellte Mikrostruktur-Gitter eine Netzstruktur bildet. Bei einer solchen sind die Stegbreiten und -abstände relativ homogen und die Zwischenräume rechteckig oder rautenförmig. Bevorzugt ist die Breite der Stege zwischen 0,2 und 0,8 Mikrometer, sowie der Durchmesser der Zwischenräume zwischen 1 und 3 Mikrometer.As a pattern, for example, a grid could be traversed, so that the microstructure grid thus produced forms a network structure. In such a the web widths and distances are relatively homogeneous and the spaces are rectangular or diamond-shaped. Preferably, the width of the webs between 0.2 and 0.8 microns, and the diameter of the interstices between 1 and 3 microns.
Je nach Anwendungsfall können jedoch auch weitere Muster mit dem Laser abgefahren werden. Zum Beispiel könnte durch das Abfahren einer ersten Schlangenlinie und einer um einen halben Phasengang versetzen Schlangenlinie ein Mikrostruktur-Gitter mit als Rundlöchern ausgebildeten Zwischenräumen erzeugt werden. Wenn keine weiteren Zwischenräume vorhanden sind, sind die Stege im Bereich der Stegverbindungen/-kreuzungen deutlich breiter als zwischen zwei Verbindungspunkten. Alternativ befindet sich zwischen wenigstens drei aneinandergrenzenden Rundlöchern jeweils ein weiterer Zwischenraum.Depending on the application, however, other patterns can be traced with the laser. For example, by tracing a first serpentine line and a half-phased serpentine line, a microstructure grating could be created with gaps formed as round holes. If there are no further gaps, the webs in the area of the web connections / crossings are significantly wider than between two connection points. Alternatively, there is another space between at least three adjoining round holes.
Letztlich kann die Transmissivität auch dadurch eingestellt werden, dass das Muster keinen geschlossenen Pfad bildet, sondern der Laser auf dem Pfad aktiviert und deaktiviert wird. Ein so gesinterter Precursor bildet ein Mikrostruktur-Gitter, welches folglich keine zusammenhängenden Stege aufweist. Sofern das Muster aus Punkten besteht, kann ein Mikrostruktur-Gitter als Körnung oder Granularität ausgebildet werden. Die besondere Wellenlängenselektivität geht dabei allerdings wegen der geringen Flächenleitfähigkeit weitgehend verloren.Finally, the transmissivity can also be adjusted by not forming a closed path pattern, but activating and deactivating the laser on the path. Such a sintered precursor forms a microstructure grating, which consequently has no contiguous webs. If the pattern consists of dots, a microstructure grid can be formed as grain or granularity. However, the particular wavelength selectivity is largely lost because of the low surface conductivity.
Gemäß einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das nasschemische Verfahren ein Sol-Gel-Verfahren ist. Dieses Verfahren eignet sich sehr gut für einen gleichmäßigen Auftrag des Precursors auf das Trägerelement. Bei der anschließenden Sinterung mittels des Lasers entsteht so ein sehr gleichmäßiges Mikrostruktur-Gitter, insbesondere hinsichtlich der Stegbreiten, Steghöhen und Stegabstände. Hierdurch ist die Transmissivität des Mikrostruktur-Gitters sehr gut einstellbar. Bei einem ungleichmäßigen Auftrag würde die Energie des Lasers hingegen zu unterschiedlichen Wärmeverteilungen im Precursor um das vom Laser abgefahrene Muster kommen. Die Stegbreiten würden in der Folge in Zonen mit dünnem Auftrag eine größere Stegbreite haben als bei dickem Auftrag. An Stellen an denen der Auftrag zu dick ist, würde der Steg nicht vollständig ausgebildet und mit dem Trägerelement verbunden werden, sodass er bei dem Entfernen des nicht gesinterten Precursors zerstört würde. Diese Probleme können wirksam mit dem Sol-Gel-Verfahren verhindert werden.According to a variant of the method, it is provided that the wet-chemical method is a sol-gel method. This method is suitable very good for a uniform application of the precursor to the support element. In the subsequent sintering by means of the laser thus creates a very uniform microstructure grid, in particular with regard to the web widths, web heights and web distances. As a result, the transmissivity of the microstructure grating is very easily adjustable. In the case of a non-uniform application, however, the energy of the laser would lead to different heat distributions in the precursor around the pattern worn off by the laser. The web widths would subsequently have a larger web width in zones with thin application than with thick application. At locations where the job is too thick, the land would not be fully formed and bonded to the support member so that it would be destroyed in the removal of the unsintered precursor. These problems can be effectively prevented with the sol-gel method.
Eine wichtige Variante des Verfahrens beinhaltet als Zwischenschritt ein Trocknen des Precursors mit dem TCO nach dem Aufbringen auf das Trägerelement und vor dem Bestrahlen mit dem Laser. Zum Trocknen können der Precursor und/oder das Trägerelement konditioniert werden. in Betracht kommen dabei eine voll umfängliche Konditionierung der gesamten Oberflächenbeschichtung oder aber eine partielle Konditionierung. Zur voll umfänglichen Konditionierung kann das Trägerelement mit dem aufgetragenen Precursor beispielsweise in einen Klimaschrank eingebracht werden, oder es durchläuft eine Konditionierungsstraße. Dabei können unter anderem die Temperatur, der Umgebungsdruck und die Luftfeuchtigkeit während der Trocknung verändert werden. Bei der Trocknung verdampfen vornehmlich die flüssigen Bestandteile des Precursors, insbesondere die Lösungsmittel. Es entsteht eine durchgängige Oberflächenbeschichtung, die jedoch nicht sehr widerstandsfähig ist.An important variant of the method includes, as an intermediate step, drying of the precursor with the TCO after application to the carrier element and before irradiation with the laser. For drying, the precursor and / or the carrier element can be conditioned. In this case, a fully comprehensive conditioning of the entire surface coating or a partial conditioning can be considered. For full-scale conditioning, the support element with the applied precursor can be introduced, for example, into a climatic chamber, or it passes through a conditioning line. Among other things, the temperature, the ambient pressure and the humidity during drying can be changed. During drying, it is primarily the liquid constituents of the precursor, in particular the solvents, that evaporate. It creates a continuous surface coating, which is not very resistant.
Erst anschließend wird der aufgebrachte Precursor mit einem Laser entlang eines Musters bestrahlt, wodurch der Precursor entlang des Musters gesintert wird. Folglich muss der Laser nicht erst die Lösungsmittel verdampfen, bevor es zur Sinterung kommt. Der Laser kann deshalb eine höhere Verfahrgeschwindigkeit aufweisen, wodurch der Laserprozess nur wenig Zeit in Anspruch nimmt. Dies verringert die Herstellkosten der Oberflächenbeschichtung, da die Laseranlage höhere Maschinenstundenkostensätze hat als eine Konditionierungsvorrichtung. Außerdem ist die Qualität des Mikrostruktur-Gitters sehr hoch.Only then is the applied precursor irradiated with a laser along a pattern, whereby the precursor is sintered along the pattern. Consequently, the laser does not first have to evaporate the solvents before it comes to sintering. The laser can therefore have a higher travel speed, whereby the laser process takes only little time. This reduces the manufacturing costs of the surface coating, since the laser system has higher machine hour cost rates than a conditioning device. In addition, the quality of the microstructure grating is very high.
Der Precursor mit dem TCO kann wenigstens ein Metallsalz beinhalten und in einem Lösungsmittel mit wenigstens einem organischen Komplexbildner gelöst sein. Komplexbildner werden verwendet, um Metalle zu binden oder zu entfernen und vor allem um diese in Lösung zu bringen. Mittels des Komplexbildners können die Metallsalze und anderen Inhaltsstoffe des Precursors durch die Komplexbildung in eine leicht lösliche Verbindung überführt werden. Resultierende Lösungen mit den metallorganischen Komplexbildnern sind deshalb stabil, d. h. es setzt sich zum Beispiel keiner der Inhaltsstoffe ab oder flockt aus. So lässt sich der Precursor in seiner Zusammensetzung, d. h. den prozentualen Anteilen seiner Inhaltsstoffe, in einem großen Bereich einstellen, womit auch ein gleichmäßiges und stabiles Aufbringen des Precursors auf das Trägerelement ermöglicht wird.The precursor with the TCO may include at least one metal salt and be dissolved in a solvent with at least one organic complexing agent. Complexing agents are used to bind or remove metals and, above all, to dissolve them. By means of the complexing agent, the metal salts and other ingredients of the precursor can be converted by the complex formation in a readily soluble compound. Resulting solutions with the organometallic complexing agents are therefore stable, d. H. For example, none of the ingredients settle or flocculate. Thus, the precursor in its composition, d. H. Adjust the percentage of its ingredients in a wide range, which also allows a uniform and stable application of the precursor to the support element.
In einer Variante des Verfahrens, werden der Precursor mit dem TCO und der Laser so aufeinander abgestimmt, dass der Precursor mit dem TCO die emittierte Wellenlänge des Lasers stark absorbiert. Das Absorptionsvermögen eines Materials wird durch den Anteil der nicht reflektierten Lichtmenge angegeben. Einer vollständigen Reflektion wird dabei der Absorptionsgrad null und einer vollständigen Absorption der Absorptionsgrad 1 zugeordnet. Stark absorbierendes Material im Sinne der Erfindung weist wenigstens einen Wert von 0,7 auf. Hierdurch wird die Energie des Lasers sehr gut auf den Precursor übertragen, da die Laserstrahlung stark absorbiert wird. Folglich wird weniger Energie bei der Bestrahlung verbraucht und die Bestrahlungsdauer pro Fläche kann sehr kurz sein, wodurch die Herstellungszeit gering ist. Somit sind auch die Herstellungskosten niedrig.In a variant of the method, the precursor with the TCO and the laser are coordinated so that the precursor with the TCO strongly absorbs the emitted wavelength of the laser. The absorbency of a material is indicated by the proportion of unreflected light. A complete reflection is assigned the absorption degree zero and a complete absorption of the
Vorzugsweise sollte der Precursor mit dem TCO wenigstens Indium- und/oder Zinn- und/oder Zinkoxid und wenigstes ein Dotierelement beinhalten. Die wichtigsten Dotierelemente sind für eine p-Dotierung die dreiwertigen Elemente Bor, Aluminium und Gallium und für eine n-Dotierung die fünfwertigen Elemente Phosphor, Arsen und Antimon. Mit einem derartigen Precursor hergestellte Mikrostruktur-Gitter sind nicht nur im Bereich der Zwischenräume lichtdurchlässig, sondern auch im Bereich der Stege. Für Infrarot-Wärmestrahlung hingegen wirkt ein solches Mikrostruktur-Gitter als Spiegel, da es in diesem Frequenzbereich elektrisch leitfähig ist und die entsprechend feinen Strukturen von so großen Wellenlängen nicht aufgelöst werden können.Preferably, the precursor with the TCO should contain at least indium and / or tin and / or zinc oxide and at least one doping element. The most important doping elements are the trivalent elements boron, aluminum and gallium for a p-type doping, and the pentavalent elements phosphorus, arsenic and antimony for an n-type doping. Microstructure gratings made with such a precursor are transparent not only in the area of the interspaces, but also in the region of the webs. For infrared heat radiation, however, such a microstructure grid acts as a mirror, since it is electrically conductive in this frequency range and the correspondingly fine structures of such large wavelengths can not be resolved.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Laser eine Wellenlänge von circa 248 nm emittiert. Dabei kann die Wellenlänge durchaus um 10 nm von 248 nm abweichen. Eine solche ultraviolette Strahlung ist besonders gut geeignet, um mit dem Laser ein sehr feines Muster abzufahren und so das Mikrostruktur-Gitter zu erzeugen. Hervorragende Ergebnisse werden bei solch einer Wellenlänge beispielsweise mit einem Precursor erzielt, der Zinnoxid (SnO) enthält. Besonders bevorzugt ist der Laser ein Excimerlaser. Idealerweise enthält der Excimerlaser Kryptonfluorid [KrF]. Ausgestattet mit solch einem Mischgas, ist der Excimerlaser geeignet dazu, eine Lichtwellenlänge von 248 nm zu emittieren.An embodiment of the method provides that the laser emits a wavelength of approximately 248 nm. The wavelength can deviate by 10 nm from 248 nm. Such ultraviolet radiation is particularly well suited for lasering a very fine pattern to create the microstructure grating. Excellent results are achieved at such a wavelength, for example, with a precursor containing tin oxide (SnO). Most preferably, the laser is an excimer laser. Ideally, the excimer laser contains krypton fluoride [KrF]. Equipped with such a mixed gas, the excimer laser is capable of emitting a light wavelength of 248 nm.
Zum Entfernen des nicht gesinterten Precursors mit dem TCO vom Trägerelement kann vorgesehen sein, dass dieser mittels eines Lösungsmittels vom Trägerelement entfernt wird. Mit dem Lösungsmittel könnte der Precursor abgespült oder abgespritzt werden. Hierdurch wird der nicht gesinterten Precursor zuverlässig aus den Zwischenräumen des Mikrostruktur-Gitters entfernt, ohne letzteres zu beschädigen. Anschließend wird eine sehr hohe Transmissivität für Licht bestimmter Wellenlängen errreicht, da keine Rückstände mehr in den Zwischenräumen verbleiben. Alternativ oder ergänzend kann der nicht gesinterte Precursor auch mit Druckluft oder Stickstoff abgeblasen werden, oder eine Bürste zum Wegbürsten eingesetzt werden.To remove the non-sintered precursor with the TCO from the carrier element, provision may be made for it to be removed from the carrier element by means of a solvent. With the solvent, the precursor could be rinsed off or sprayed off. As a result, the non-sintered precursor is reliably removed from the interstices of the microstructure grid, without damaging the latter. Subsequently, a very high transmissivity for light of certain wavelengths r reaches, since no residues remain in the interstices. Alternatively or additionally, the non-sintered precursor can also be blown off with compressed air or nitrogen, or a brush can be used for brushing off.
Sofern eine Notwendigkeit besteht, kann das gesamte Verfahren auch wenigstens ein zweites Mal wiederholt werden. Somit wird wenigstens zweimal ein Precursor auf das Trägerelement aufgebracht, ein Muster mittels des Lasers abgefahren und anschließend der nicht gesinterte Precursor entfernt. Auf diese Weise lassen sich höhere Steghöhen erreichen.If necessary, the entire process may also be repeated at least a second time. Thus, at least twice a precursor is applied to the carrier element, a pattern is traversed by means of the laser and then the non-sintered precursor is removed. In this way, higher web heights can be achieved.
Um das Mikrostruktur-Gitter vor äußeren Einflüssen wie mechanischen Einwirkungen oder chemischen Reaktionen zu schützen, kann eine Schutzschacht über dem Mikrostruktur-Gitter aufgebracht werden. Eine solche besteht dann vorzugsweise aus SiOxNy oder SiO2. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Solarkollektor mit einem auf der sonnenzugewandten Seite angeordneten lichtdurchlässigen Trägerelement, auf dem eine Oberflächenbeschichtung mit einem Mikrostruktur-Gitter angeordnet ist, bei dem die Oberflächenbeschichtung durch folgende Schritte hergestellt ist:
- a) Aufbringen eines Precursors mit dem TCO durch ein nasschemisches Verfahren auf das Trägerelement,
- b) Bestrahlen des aufgebrachten Precursors mit einem Laser entlang eines Musters, wodurch der Precursor entlang des Musters gesintert wird,
- c) Entfernen des nicht gesinterten Precursors vom Trägerelement, sodass der gesinterte Precursor auf dem Trägerelement zurückbleibt und ein Mikrostruktur-Gitter bildet.
- a) applying a precursor to the TCO by a wet-chemical method onto the carrier element,
- b) irradiating the deposited precursor with a laser along a pattern, whereby the precursor is sintered along the pattern,
- c) removing the non-sintered precursor from the carrier element so that the sintered precursor remains on the carrier element and forms a microstructure grid.
Das Trägerelement ist dann zum Beispiel als Abdeckscheibe des Solarkollektors ausgebildet. Ein solcher Solarkollektor verbessert die Nutzung der Sonnenstrahlungsenergie deutlich. Somit lässt sich pro Dachfläche mehr Energie gewinnen. Diese kann vom Solarkollektor zum Beispiel auf ein Kältemittel übertragen werden, welches die Energie zunächst einmal speichert und an einen Bestimmungsort weitertransportiert. Die Herstellungskosten eines solchen Solarkollektors sind nur unwesentlich höher als ohne die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung und im Verhältnis zum erheblich verbesserten Nutzungsgrad der Sonnenenergie sinnvoll.The carrier element is then formed, for example, as a cover of the solar collector. Such a solar collector significantly improves the use of solar energy. Thus, more energy can be gained per roof area. This can be transferred from the solar collector, for example, to a refrigerant, which initially stores the energy and then transported to a destination. The cost of such a solar collector are only slightly higher than without the surface coating according to the invention and in relation to the significantly improved efficiency of solar energy makes sense.
Vorzugsweise ist die Oberflächenbeschichtung auf der sonnenabgewandten Seite des Trägerelements angeordnet. Hier ist sie insbesondere vor äußeren Einflüssen wie umher fliegenden Gegenständen und Partikeln geschützt, wodurch die Lebensdauer hoch ist. Außerdem setzt die Schicht an dieser Position die Erwärmung des Trägerelements durch Wärmestrahlung des heißen Absorbers herab und verbessert so den Wirkungsgrad effizienter.The surface coating is preferably arranged on the side of the carrier element facing away from the sun. Here it is particularly protected against external influences such as flying objects and particles, whereby the life is high. In addition, the layer at this position, the heating of the support member by thermal radiation of the hot absorber down, thus improving the efficiency more efficient.
Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen inThe drawings illustrate embodiments of the invention and show in FIG
Das Mikrostruktur-Gitter
Eine solche erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung
- a) Aufbringen eines Precursors mit dem TCO durch ein nasschemisches Verfahren auf das Trägerelement,
- b) Bestrahlen des aufgebrachten Precursors mit einem Laser entlang eines Musters M, welches in
1 gezeigt ist, wodurch der Precursor entlang des Musters M gesintert wird, - c) Entfernen des nicht gesinterten Precursors vom Trägerelement, sodass der gesinterte Precursor auf dem Trägerelement zurückbleibt und ein Mikrostruktur-Gitter bildet.
- a) applying a precursor to the TCO by a wet-chemical method onto the carrier element,
- b) irradiating the deposited precursor with a laser along a pattern M, which in
1 is shown, whereby the precursor is sintered along the pattern M, - c) removing the non-sintered precursor from the carrier element so that the sintered precursor remains on the carrier element and forms a microstructure grid.
Gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Oberflächenbeschichtungsurface coating
- 22
- Trägerelementsupport element
- 1010
- Mikrostruktur-GitterMicrostructure lattice
- 1111
- Stegweb
- 1212
- Zwischenraumgap
- 100100
- Solarkollektorsolar collector
- MM
- Mustertemplate
- SASA
- sonnenabgewandte Seitesun-facing side
- SZSZ
- sonnenzugewandte Seitesun-facing side
- TCOTCO
- transparent leitfähiges Oxidtransparent conductive oxide
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2004/0036993 A1 [0006, 0009] US 2004/0036993 A1 [0006, 0009]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011107123A DE102011107123A1 (en) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Preparing surface coating with microstructure lattice on transparent carrier element, by applying precursor with transparent conductive oxide on carrier element by wet-chemical method, and drying the precursor with the conductive oxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011107123A DE102011107123A1 (en) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Preparing surface coating with microstructure lattice on transparent carrier element, by applying precursor with transparent conductive oxide on carrier element by wet-chemical method, and drying the precursor with the conductive oxide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011107123A1 true DE102011107123A1 (en) | 2013-01-17 |
Family
ID=47425547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011107123A Ceased DE102011107123A1 (en) | 2011-07-12 | 2011-07-12 | Preparing surface coating with microstructure lattice on transparent carrier element, by applying precursor with transparent conductive oxide on carrier element by wet-chemical method, and drying the precursor with the conductive oxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011107123A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002017347A1 (en) * | 2000-08-21 | 2002-02-28 | Corning Incorporated | Electron-beam curing and patterning of sol-gel |
US20040036993A1 (en) | 2002-05-17 | 2004-02-26 | Tin Hla Ngwe | Transparent heat mirror for solar and heat gain and methods of making |
DE102009018908A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-04 | Schott Ag | Producing composite material with antireflection layer, comprises applying porous antireflection layer on transparent glass substrate, and closing the pores in area on upper surface of the porous antireflection layer by infrared radiation |
-
2011
- 2011-07-12 DE DE102011107123A patent/DE102011107123A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002017347A1 (en) * | 2000-08-21 | 2002-02-28 | Corning Incorporated | Electron-beam curing and patterning of sol-gel |
US20040036993A1 (en) | 2002-05-17 | 2004-02-26 | Tin Hla Ngwe | Transparent heat mirror for solar and heat gain and methods of making |
DE102009018908A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-04 | Schott Ag | Producing composite material with antireflection layer, comprises applying porous antireflection layer on transparent glass substrate, and closing the pores in area on upper surface of the porous antireflection layer by infrared radiation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60112053T2 (en) | METHOD FOR THE LOCAL REMOVAL OF A COATING ON A TRANSLUCENT OR TRANSPARENT SUBSTRATE | |
DE60222004T2 (en) | TRANSPARENT SUBSTRATE COATED WITH AN ELECTRODE | |
DE102005025982B4 (en) | Color-structured low-E layer systems and methods for producing the color-structured low-E layer systems and their use | |
EP1728770B1 (en) | Process for marking the surface of articles | |
EP1598121A2 (en) | Laser-based stripping method | |
DE19508042A1 (en) | Transparent, heat-reflecting coating for electrical radiation | |
EP2083445A1 (en) | Method of production of a photovoltaic modul | |
WO2016096435A1 (en) | Method for producing a composite pane having a corrosion-protected functional coating | |
DE102011101585B4 (en) | Process for the production of light-emitting diodes or photovoltaic elements | |
DE102011086730A1 (en) | A method of marking a SiC semiconductor wafer and SiC semiconductor wafers | |
EP2774184B1 (en) | Method and device for producing a laser-supported electrically conductive contact of an object surface | |
DE102006059417A1 (en) | Photovoltaic device with holographic structure for deflecting incident solar radiation, as well as manufacturing method thereof | |
EP3206999B1 (en) | Method for producing a façade element made of glass for shielding light, and light-shielding façade element | |
DE102011075328A1 (en) | Apparatus and method for edge delamination and scoring of coated substrates | |
DE102011014162B4 (en) | Method for producing a carrier of an electrostatic clamp | |
DE102011107123A1 (en) | Preparing surface coating with microstructure lattice on transparent carrier element, by applying precursor with transparent conductive oxide on carrier element by wet-chemical method, and drying the precursor with the conductive oxide | |
EP2750891B1 (en) | Method for producing a printing stencil for technical printing, and printing stencil for technical printing | |
DE102011107124A1 (en) | Formation of surface coating layer with microstructure lattice of transparent conductive oxide on carrier element for solar heat collector, involves applying precursor on element by wet chemical method, drying and forming lattice | |
DE102019124110A1 (en) | Cooling device and process for its manufacture | |
DE202004021784U1 (en) | Photovoltaic silicon solar cell and solar module | |
DE102015100885A1 (en) | Method and apparatus for treating a coated substrate | |
EP2465832B2 (en) | Method for manufacturing an anti-reflective coating | |
DE102008038794A1 (en) | Solar collector base plate for e.g. flat plate collector, has static absorber overheat protection device for preventing overheating of absorber, where protection device is formed as selective reflective coating at absorber cover plate | |
AT514578B1 (en) | Cover for a solar module | |
DE3212283C2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20130221 |