DE102012200106A1

DE102012200106A1 - Transparente Klimaschutzschicht für ein Reflexionsschichtsystem und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102012200106A1
Application number: DE201210200106
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-06
Also published as: DE102012200106B4; DE102012200106A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine transparente Klimaschutzschicht für ein Reflexionsschichtsystem, welches auf einem Substrat S abgeschieden ist. Um einen Schutz für Frontseitenspiegel zu erzielen, der eine von Rückseitenspiegeln bekannte Beständigkeit bei höherer solarer Reflexion aufweist, schließt die Klimaschutzschicht KS das Reflexionsschichtsystem zur Umgebung ab und besteht aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid eines Halbleiters, welcher mit Bor dotiert ist und keinen oder einen geringen Anteil von Aluminium im Bereich von kleiner 2 Gew-%, bevorzugt kleiner 1 Gew-% oder von dessen Oxiden, Nitriden oder Carbiden aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine transparente Klimaschutzschicht, welche für ein Reflexionsschichtsystem, z.B. für Frontseitenspiegel für solare Anwendungen mit einer im solaren Spektrum hoch reflektierenden Schicht, verwendbar ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung dieser transparenten Klimaschutzschicht.
Reflexionsschichtsysteme finden schon seit jeher in vielen Bereichen unseres Lebens Anwendung, allerdings kommt ihnen heutzutage eine immer größere Bedeutung z.B. für Spiegel bei der Lösung der Energiefrage zu. Während Spiegel für übliche Innen-Anwendungen „nur“ die sichtbaren Anteile des Lichtspektrums reflektieren brauchen, müssen sie für die solaren Anwendungen den gesamten Bereich des Sonnenspektrums bestmöglich reflektieren.
Bei Spiegeln unterscheidet man dabei grundsätzlich zwischen Vorder- oder Frontseiten- und Rückseitenspiegeln, je nachdem welche Seite des Substrates die hauptsächliche Reflexion hervorruft, jeweils bezogen auf den Lichteinfall.
Reflexionsschichtsysteme für Außenanwendungen, wie z.B. den solaren Anwendungen (CSP – Concentrated Solar Power) werden häufig hergestellt, indem mittels nasschemischer oder PVD-Verfahren eine reflektierende Beschichtung auf einem Substrat z.B. Glas oder Kunststoff abgeschieden wird. .
Je nach konkreter Anwendung und den damit verbundenen Anforderungen an die mechanische, chemische und umweltrelevante Widerstandsfähigkeit, muss die Reflexionsbeschichtung der Spiegel atmosphärenseitig dauerhaft geschützt werden. So sind Spiegel in CSP-Anlagen zahlreichen Umweltbelastungen ausgesetzt. Sie werden üblicherweise in den sonnenreichen und heißen Teilen der Welt installiert, wobei es sich meist um wüstenähnliche bzw. regenarme Gebiete mit einer möglichst hohen Anzahl an täglichen Sonnenstunden handelt. Dort müssen sie hohen Tag- und niedrigen Nachttemperaturen, kondensierender Feuchtigkeit, Sandstürmen, Luftschadstoffen sowie der regelmäßigen Reinigung über mehrere Jahrzehnte widerstehen, ohne zu degradieren und damit die Effizienz des Sonnenkraftwerks herabzusetzen.
In CSP-Anlagen werden heute überwiegend nasschemisch hergestellte Rückseitenspiegel eingesetzt. Diese können durch ein rückseitig aufgebrachtes Lacksystem, welches nicht transparent sein muss, gegen Korrosion und Verschleiß geschützt werden. Bedingt durch die nicht vermeidbaren Verluste beim mehrfachen Durchgang des Sonnenlichts durch das Substrat werden aber keine höchstmöglichen Reflexionswerte mit diesem Spiegeltyp erreicht. Weitere Nachteile sind, dass man preisintensive Weißgläser einsetzen muss, relativ viel des sehr teuren Silbers verbraucht wird sowie umweltkritische Abwässer erzeugt werden.
Der Wirkungsgrad von Solarthermie-Kraftwerken hängt entscheidend von der Temperatur des Medium ab, mit dessen Hilfe später elektrische Energie erzeugt wird. Ein entscheidender und notwendiger Schritt ist darum die Erhöhung des vom Spiegel reflektierten Anteils der Sonneneinstrahlung. Da dieser bei Rückseitenspiegeln technisch begrenzt ist, möchte man vermehrt Frontseitenspiegel einsetzten, die eine deutlich höhere TSR als Rückseitenspiegel erreichen. Als TSR wird der Wert der Totalen Solaren Reflektivität des Schichtsystems bezeichnet, also sein Vermögen, die solare Strahlung zu reflektieren.
Dieser Wert ist vornehmlich durch das Reflexionsvermögen seines metallischen Reflektors bestimmt. Um eine möglichst hohe Reflexion zu erzielen, wird dabei vorzugsweise Silber als reflektierende Schicht eingesetzt, die rückseitig häufig durch eine weitere metallische, reflektierende Schicht, z.B. aus Kupfer oder anderen Materialien abgedeckt wird. Um den metallischen Reflektor zu stabilisieren und dessen Haftung auf dem Substrat zu verbessern wird das Substrat vor der Beschichtung mit dem metallischen Reflektor mit einer Haftschicht und/oder einer geeigneten Vorbehandlung präpariert.
Zum Lichteinfall hin wird das Reflexionsschichtsystem durch eine Schicht abgedeckt, die einen ausreichenden Klimaschutz gewährleisten muss. Darüber hinaus muss die Klimaschutzschicht hochtransparent sein, woraus sich für diese Schicht ein komplexes Anforderungsprofil ergibt. Sie sollte eine höchstmögliche Transparenz und geringe Absorption im gesamten solaren Spektrum, insbesondere im Bereich einer Wellenlänge von 280 nm bis 2500 nm aufweisen. Für den Korrosionsschutz sind eine dichte Struktur mit möglichst wenigen Fehlstellen in der Beschichtung und eine geringe Oberflächenrauigkeit vorteilhaft. Letzteres vermindert die Verschmutzung und erleichtert die Reinigung. Zudem muss die oberste Schicht eine hohe Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit sowie eine sehr gute Haftung aufweisen und zwar auch nach eventuell nachfolgenden thermischen Prozessen, wie z.B. dem Biegen, Härten oder Tempern.
Darüber hinaus ergeben sich weitere Anforderungen an die Deckschicht aus wirtschaftlicher Sicht. So ist es vorteilhaft, wenn eine hohe Abscheiderate erzielt wird und die zunächst im flachen Zustand beschichteten Substrate nachfolgend thermisch biegbar und evtl. auch temperbar sind. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, dass der metallische Reflektor vor Oxidation bei Wärmebehandlungen im Bereich von ca. 650°C an Luft geschützt sein muss. Um die thermischen Belastungen beim Tempern sowie die zusätzlichen mechanischen Belastungen beim Biegen zu bestehen, sollten Schichtspannung so gering wie möglich gehalten werden.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine hochtransparenten Schutzschicht für Frontseitenspiegel anzugeben, die eine dem Schutz durch das Lacksystem bei einem Rückseitenspiegel vergleichbare Beständigkeit des Spiegelsystems bei höherer solarer Reflexion gewährleistet.
Zur Lösung des Problems wird eine Klimaschutzschicht nach Anspruch 1 und ein Reflexionsschichtsystem unter Verwendung einer solchen Klimaschutzschicht nach Anspruch 4 angegeben. Die Herstellung der Klimaschutzschicht erfolgt erfindungsgemäß nach Anspruch 8. Darauf bezogene abhängige Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Es hat sich herausgestellt, dass Reflexionsschichtsystem, welches durch eine mit Bor dotierte und aluminiumfreie Klimaschutzschicht zur Umgebung hin abgedeckt ist, Korrosionstests, wie den Adherence-Test, bei dem Proben für etwa 20h in einer 80°C heißen 25%igen Kochsalz-Lösung lagern, oder den Salznebelsprühtest nach DIN EN ISO 9227, besteht. Die Beständigkeit konnte sowohl für den Zustand direkt nach der Beschichtung als auch im nachträglich thermisch gebogenen Zustand nachgewiesen werden.
Als aluminiumfrei sind hier solche Schichten bezeichnet, die kein Aluminium oder nur in der Größenordnung von Verunreinigungen enthalten. Bei der Abscheidung von Targets ist dies mit Targets zu erzielen, deren Aluminiumanteil bei einem vertretbaren Aufwand für die Targetherstellung im Bereich von kleiner 2 Gew-%, bevorzugt kleiner 1 Gew-% liegen, wobei gegenwärtig auch Sputtertargets mit einer Reinheit von 99,9% verwendet werden und für die Abscheidung der erfindungsgemäßen Klimaschutzschicht bevorzugt sind, deren Aluminiumverunreinigungen deutlich unter 0,1% liegen.
Die erfindungsgemäße Klimaschutzschicht zeigt neben der Korrosionsbeständigkeit auch eine gute mechanische Festigkeit und Haftung sowie eine sehr hohe Transparenz im gesamte solaren Spektralbereich (Wellenlängen von ca. 280 bis 2500 nm), so dass sie die Verwendung in den Verschiedensten Anwendungen und damit für die verschiedensten Reflexionsschichtsysteme und Substrate gestattet.
Insbesondere überstehen die Klimaschutzschicht und auch das damit geschützte Reflexionsschichtsystem thermische Prozesse im Temperaturbereich von mehreren hundert Grad, wie z.B. das thermische Biegen der beschichteten Glassubstrate, das bei ca. 650 °C erfolgt, ohne Schäden wie z.B. Risse in der Schicht, Verlust der Haftung auf dem Substrat sowie innerhalb des Schichtstapels oder Schäden durch oxidative oder diffusive Prozesse, die sich zum Beispiel durch Farbänderung der Metalle des Reflexionsschichtsystems äußern können. Zudem ist trotz der üblicherweise zu erwartenden Fehlstellen das Magnetronsputtern für die Abscheidung der Klimaschutzschicht verwendbar, so dass die für eine Klimaschutzschicht erforderliche Schichtdicke im Bereich von 200 bis 5000 nm, bevorzugt im Bereich von 1000 bis 1500 nm, mit ausreichend hohen Beschichtungsraten effektiv herstellbar.
Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Klimaschutzschicht aus mehreren Teilschichten oder als Gradientenschicht ausgebildet sein, mit sich über der Dicke der gesamten Klimaschutzschicht änderndem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil. Darüber hinaus sind Kombinationen aus einer oder mehreren diskreten Teilschichten und einer oder mehreren Gradientenschichten möglich. Damit sind gezielt Anpassungen der Klimaschutzschicht an die optischen, mechanischen und chemischen Anforderungen je nach Anwendungsgebiet des darunter liegenden, zu schützenden Reflexionsschichtsystems möglich.
Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Klimaschutzschicht für ein Reflexionsschichtsystem für solare Anwendungen verwendet, wo wie eingangs beschrieben, die klimatischen Beanspruchungen sehr hoch sind. Ein solches solares Reflexionsschichtsystem umfasst regelmäßig einen Reflektor, der z.B. eine metallische, reflektierende Funktionsschicht und eine metallische Reflexionsschicht umfasst. Letztere ist in Strahlungseinfallsrichtung hinter der metallischen Funktionsschicht angeordnet und schützt die Funktionsschicht und verbessert deren Reflexionsverhalten, da die metallische Reflexionsschicht nicht opak, d.h. nicht optisch dicht sein muss.
Je nach Ausgestaltung und optischer Anforderung kann die Klimaschutzschicht ein bekanntes Reflexionsschichtsystem ergänzen oder dessen oberste Deckschicht ersetzen. Letzteres wird unterstützt durch die ausreichende mechanische Festigkeit der Klimaschutzschicht und die über die Sauerstoff- und Stickstoffanteile mögliche Einstellbarkeit des Brechungsindexes der obersten Schicht, so dass sie an die darunterliegenden Schichten optisch angepasst werden kann.
Die Herstellung der Klimaschutzschicht über einem Reflexionsschichtsystem erfolgt durch reaktives Sputtern von einem Bor-dotierten Halbleitertarget, wobei das Halbleitertarget, wie oben im Detail dargelegt, keinen oder einen geringen Anteil von Aluminium im Bereich von kleiner 2 Gew-%, bevorzugt kleiner 1 Gew-%, weiter bevorzugt kleiner 0,1 Gew-%, oder von dessen Verbindungen, wie z.B. dessen Oxiden, Nitriden oder Carbiden, aufweist. Damit sind die Vorteile des Sputterverfahrens verwendbar, die insbesondere die reproduzierbar und variabel einstellbaren Schichteigenschaften, die mit den energiereichen Partikeln des Beschichtungsmaterials verbundene verbesserte Haftung und die gute Prozesssierbarkeit für die verschiedensten Materialien betreffen.
Dies trifft auch für die Verwendung von Siliziumtargets zu, die zudem mit einer Bor-Dotierung, die entsprechend einer Ausgestaltung im Bereich von 5 ppm bis 100 ppm, bevorzugt von 20 ppm bis 100 ppm liegen kann, die Abscheidung von Klimaschutzschichten ermöglichten, die eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei sehr hoher Transmission der Klimaschutzschicht und Anpassbarkeit an das darunter liegende Reflexionsschichtsystem boten.
Als Reaktivgas stehen für die Abscheidung der Klimaschutzschicht sehr verschiedene Zusammensetzungen zur Verfügung, die für die verschiedenen Anforderungen an das zu schützende Reflexionsschichtsystem vorteilhaft sein können. So wurden sehr gute korrosionsbeständige Schichten mit reaktivem Sputtern unter Anwesenheit von Kohlendioxid oder trockene Druckluft, auch bezeichnet als Compressed Dry Air, oder Sauerstoff oder Stickstoff oder Kombinationen davon erzielt. Die so abgeschiedenen Schichten bestehen überwiegend aus SiO2 und enthalten nur geringe Anteile an Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid. Es wurde, entgegen der zu erwartenden negativen Einflüsse dieser Bestandteile auf Transparenz und Haftung, eine gesteigerte Korrosionsbeständigkeit ohne optische Verluste beobachtet wenn die Korrosionsschutzschicht gering Anteile dieser Materialien enthält.
In vergleichbarer Weise kann eine Anpassung der Schichteigenschaften an die verschiedensten Anforderungen an die Klimaschutzschicht auch über das Sputterverfahren selbst erfolgen. So kann die Prozessführung des reaktiven Magnetronsputterns vom metallischen bzw. halbleitenden Target spannungs- oder intensitätsgeregelt im Übergangs-Mode, auch als Transition-Mode, dem Übergangsbereich zwischen reaktivem und metallischem Mode, bezeichnet, betrieben werden. Dieser Bereich zeichnet sich bei geeigneter Wahl des Arbeitspunktes im Vergleich zum vollreaktiven Mode durch Absorptionsfreiheit bei deutlich höheren Beschichtungsraten aus. Alternativ ist auch die Abscheidung flussgeregelt im vollreaktiven Mode, auch bezeichnet als Poison Mode möglich. Die verschiedenen Modi sind 1 zu entnehmen. Bekanntermaßen wird die Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter wie unter anderem der Abscheiderate beim reaktiven Sputtern vom Reaktivgaszufluss für viele Materialien durch eine Hysteresekurve (1) charakterisiert, in der die beiden grundlegenden und stabil zu betreibenden Modes des Prozesses, der metallische Mode 1 und der vollreaktive Mode 2, durch einen Versatz 3 oder Übergangsbereich miteinander verknüpft sind. Im metallischen Mode besitzen die gesputterten Schichten stets metallische Eigenschaften, d.h. keine optische Transparenz. Diese wird erst am Punkt A erreicht. Der Reaktivgasfluss ist an dieser Stelle groß genug um stöchiometrische Schichten zu ermöglichen, die dann die notwendige Transparenz aufweisen. Ohne einen geschlossenen Regelkreis zur Stabilisierung dieses Arbeitspunktes führt eine Änderung eines Prozessparameters, z.B. eine Erhöhung des Reaktivgasflusses, ausgehend vom Punkt A dazu, dass der Prozess schnell in den Poison Mode kippt. In diesem Mode werden flussgeregelte Prozesse betrieben. Nach dem Kippen des Prozesses in diesen Mode (dargestellt durch eine von Punkt A ausgehende gestrichelte Linie), wird der Reaktivgasfluss für eine höchstmögliche Beschichtungsrate bis zum Punkt B reduziert. Hier kann der Prozess auch ohne aktive Regelung des Reaktivgasflusses stabil betrieben werden, allerdings bei wesentlich geringerer Abscheiderate als am Punkt A.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 eine Darstellung des Hysterese-Effektes beim reaktiven Sputtern und
2 ein solares Reflexionsschichtsystem mit einer erfindungsgemäßen Klimaschutzschicht als Frontseitenspiegel auf einem gebogenen Substrat.
Die zugehörige Figur zeigt ein Reflexionsschichtsystem als Frontseitenspiegel mit einer das System nach oben, zum Lichteinfall, dargestellt durch Pfeile mit Wellenlinien, folgendem Schichtaufbau mit den genannten, aber nicht dargestellten, Schichtdicken vom Substrat S aufwärts in Richtung des Lichteinfalls betrachtet:

a) HS 4 nm TiO₂
b) R1 45 nm Mo
c) HB 1.8 nm NiCr
d) R2 75 nm Ag
e) HB 1.4 nm NiCr
f) WS1 58 nm SiO₂
g) WS2 27 nm TiO₂
h) KS1 900 nm Siliziumoxinitrid, gesputtert mit 5% N2-Anteil im Reaktivgas
i) KS2 300 nm Siliziumoxinitrid, gesputtert mit 15% N2-Anteil im Reaktivgas

Als Substrat S kommen aufgrund des Lichteinfalls auf der Seite des Reflexionsschichtsystems, die keine Transparenz des Substrats erfordert, sehr unterschiedliche Materialien infrage, z.B. Glas oder metallische Werkstoffe oder, sofern für das Beschichtungsverfahren und/oder ein eventuelles nachträgliches thermisches Biegen geeignet, auch Kunststoffe.
Mit einem solchen Reflexionsschichtsystem eines Frontseitenspiegels wurde eine Totale Solare Reflexion nach ISO 9050:2003 und nach ASTM G 173 von mehr als 97% erzielt.
Zur Herstellung des Schichtsystems werden auf einem gewaschenen und getrockneten Substrat S, z.B. Floatglas, nacheinander die Schichten per Magnetronsputtern abgeschieden. Alternativ sind zumindest für die Schichten a) bis g), die das Reflexionsschichtsystem ohne Klimaschutzschicht KS darstellen, auch Kombinationen von Magnetronsputtern mit anderen PVD-Verfahren, z.B. Elektronenstrahlverdampfen, oder PECVD-Verfahren oder auch nasschemische Beschichtungsverfahren möglich. Vor der Sputterbeschichtung kann das Substrat S optional im Vakuum einer Vorbehandlung, wie Heizen oder Glimmen unterzogen werden. Je nach Vorbehandlungsschritt, die auch kombiniert werden können, können dann optional eine oder mehrere Haftschichten HS abgeschieden werden. Im Ausführungsbeispiel besteht eine Haftschicht HS aus Titandioxid.
Die über der Haftschicht folgenden vier Schichten R1, HB, R2, HB stellen den Reflektor R dar. Er umfasst eine metallische, reflektierende Funktionsschicht R2 aus Silber und eine metallische Reflexionsschicht R1 aus Molybdän. Letztere ist in Strahlungseinfallsrichtung hinter der metallischen, reflektierenden Funktionsschicht R2 angeordnet. Diese beiden metallischen reflektierenden Teilschichtenschichten R1 und R2 des Reflektors R sind zur besseren Haftung und zum Schutz gegenüber Oxidation durch einen nachfolgenden Abscheide- und Temperprozess durch eine erste dünne Haft- und Blockerschicht HB aus einem Nickelchrom miteinander und durch eine weitere dünne Haft- und Blockerschicht HB, ebenfalls aus einem Nickelchrom, zum darüber liegenden Wechselschichtsystem WS verbunden. Die vier Schichten des Reflektors R sind im DC-Mode vom metallischen Target abgeschieden. Alternativ können sie auch aus anderen Materialien bestehen.
Über dem Reflektor R ist ein transparentes, dielektrisches und reflexionserhöhendes Wechselschichtsystems WS abgeschieden, das im Ausführungsbeispiel vom metallischen bzw. halbleitenden Target mit zusätzlichem Sauerstoffeinlass im MF-Mode abgeschieden wird. Es besteht aus mindestens zwei Teilschichten WS1, WS2, und zwar einer niedrig- und einer hochbrechenden dielektrischen Schicht, z.B. niedrigbrechendem SiO₂ (WS1) und darüber liegendem hochbrechendem TiO₂ (WS2). Die hochbrechende dielektrische Schicht WS2 kann alternativ auch vom keramischen Target mit geringem zusätzlichem Sauerstoffeinlass im MF-Betrieb gesputtert werden.
Die Schichten des Reflexionsschichtsystems a) bis g) können je nach Anwendungsfall des Schichtsystems abweichend von der obigen Beschreibung mit anderen Materialien oder anderen Verfahren hergestellt werden.
Den Abschluss des gesamten Schichtsystems bildet die Klimaschutzschicht KS, die im Ausführungsbeispiel aus zwei Teilschichten KS1, KS2 besteht, den Schichten h) und i). Beide Schichten sind als Siliziumoxinitrid mit den benannten unterschiedlichen Dicken reaktiv von einem Bor-dotierten Siliziumtarget, welches einen Aluminiumanteil von kleiner 0,1 % aufweist, gesputtert, unter Anwesenheit von Sauerstoff und Stickstoff als Reaktivgas mit den benannten unterschiedlichen Stickstoffanteilen im Reaktivgas abgeschieden. Die Schichten enthalten sowohl Siliziumoxide als auch Siliziumnitride, wobei der Oxidanteil deutlich überwiegt um die Absorptionsfreiheit im gesamten solaren Spektralbereich zu gewährleisten. Mit geringen Verlusten bei der erreichbaren TSR ist die Ausführung der Schicht KS ebenfalls als Si₃N₄ möglich. Die Brechungsindex der Schichten variiert im Bereich zwischen n = 1,5 und n = 2,06.
Alternativ kann die Klimaschutzschicht auch aus nur einer Schicht oder können die beiden Teilschichten mit anderem Reaktivgas oder anderen Anteilen der Reaktivgasbestandteile abgeschieden werden.
Gute Ergebnisse in Korrosionstests wurden z.B. auch mit einer Klimaschutzschicht KS erhalten, die zwei Teilschichten KS1, KS2 umfasst, die beide Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff und Mischungen aus den möglichen, stöchiometrischen und unterstöchiometrischen Verbindungen dieser Bestandteile enthalten. Beide Teilschichten KS1 und KS2 wurden ebenfalls reaktiv von einem Bor-dotierten Siliziumtarget, welches einen Aluminiumanteil von kleiner 0,1 % aufweist, gesputtert, die erste Teilschicht KS1 mit einer Dicke von 900 nm und mit 5% CDA- (Compressed Dry Air) Anteil im Reaktivgas und die zweite Teilschicht mit einer Dicke von 300 nm und mit 15% CDA-Anteil im Reaktivgasanteil. Alternativ können beide Teilschichten mit 5% bzw. 15% Kohlendioxid im Reaktivgasanteil abgeschieden werden. Die genannten Stickstoff- und CDA-Anteile können ebenso variieren. In weiteren Ausführungsbeispielen betragen sie z.B. 15% für die untere und 35% für die obere der beiden Teilschichten KS1, KS2 der Klimaschutzschicht KS. Bei diesen in kohlenstoffhaltiger Atmosphäre gesputterten Schichten überwiegt der Siliziumoxid-Anteil deutlich und Siliziumkarbid ist bevorzugt nur in Spuren vorhanden. Der Brechungsindex der Schichten lag dabei regelmäßig unter dem Wert von n = 2,06.
Bei einteiligen Klimaschutzschichten KS (nicht dargestellt) wurden gute Ergebnisse erzielt mit einer 1200 nm SiO₂-Schicht, abgeschieden nur unter Anwesenheit von Sauerstoff als Reaktivgas, oder mit 1200 nm einer Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff und Mischungen aus den möglichen, stöchiometrischen und unterstöchiometrischen Verbindungen dieser Bestandteile enthaltenden Schicht mit den oben genannten Anteilsverhältnissen von Siliziumoxid und Siliziumkarbid. Letztere Klimaschutzschicht KS ist als Gradientenschicht mit variierendem CDA- und Stickstoffanteilen für aufeinanderfolgende Beschichtungsabschnitte abgeschieden.
Auch der Prozessgasdruck (Arbeits- und Reaktivgas) hat Einfluss auf die Eigenschaften der Klimaschutzschicht KS. Gute Ergebnisse wurden mit Drücken im Bereich von 1·10^–2 bis 3·10^–3 mbar, bevorzugt im Bereich 8·10^–3 bis 3·10^–3 mbar erzielt.
Die beschriebenen Schichtsysteme können alle nachfolgend thermisch gebogen werden.
Bezugszeichenliste

1: metallischer Mode
2: vollreaktiver Mode
3: Versatz
S: Substrat
HS: Haftschicht
R: Reflektor
R1: metallische Reflexionsschicht
R2: metallische, reflektierende Funktionsschicht
WS: Wechselschichtsystem
WS1: erste Teilschicht des Wechselschichtsystems
WS2: zweite Teilschicht des Wechselschichtsystems
KS: Klimaschutzschicht
KS1: erste Teilschicht der Klimaschutzschicht
KS2: zweite Teilschicht der Klimaschutzschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 9227 [0013]
ISO 9050:2003 [0029]
ASTM G 173 [0029]

Claims

Transparente Klimaschutzschicht für ein Reflexionsschichtsystem, welches auf einem Substrat (S) abgeschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) das Reflexionsschichtsystem zur Umgebung abschließt und aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid eines Halbleiters besteht, welches mit Bor dotiert ist und keinen oder einen geringen Anteil von Aluminium im Bereich von kleiner 2 Gew-%, bevorzugt kleiner 1 Gew-% oder von dessen Oxiden, Nitriden oder Carbiden aufweist.
Transparente Klimaschutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) aus mehreren Teilschichten oder als Gradientenschicht ausgebildet ist, mit sich über der Dicke der gesamten Klimaschutzschicht (KS) änderndem Sauerstoff- und/oder Stickstoffanteil.
Transparente Klimaschutzschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) auf einem gebogenen Substrat (S) angeordnet ist.
Reflexionsschichtsystem für solare Anwendungen, welches einen Reflektor (R) für den solaren Spektralbereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Reflektor (R) eine transparente Klimaschutzschicht (KS) nach einem der vorstehenden Ansprüche angeordnet ist.
Reflexionsschichtsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reflektor (R) und der Klimaschutzschicht (KS) eine transparente, dielektrische Deckschicht angeordnet ist.
Reflexionsschichtsystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (R) eine metallische, reflektierende Funktionsschicht (R1) und eine metallische Reflexionsschicht (R2) umfasst.
Reflexionsschichtsystem einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (R) zumindest eine Haft- und Blockerschicht (HB) aufweist, die unter einer reflektierenden Schicht (R1, R2) des Reflektors (R) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mittels Sputtern, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) über dem Reflexionsschichtsystem reaktiv von einem Bor-dotierten Halbleitertarget gesputtert wird, wobei das Halbleitertarget keinen oder einen geringen Anteil von Aluminium im Bereich von kleiner 2 Gew-%, bevorzugt kleiner 1 Gew-% oder von dessen Oxiden, Nitriden oder Carbiden aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) von einem Bor-dotierten Siliziumtarget gesputtert wird.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumtarget eine Bor-Dotierung mit einem Bor-Gehalt im Bereich von 5 ppm bis 100 ppm, bevorzugt von 20 ppm bis 100 ppm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgas Kohlendioxid oder trockene Druckluft, auch bezeichnet als Compressed Dry Air, oder Sauerstoff oder Stickstoff oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) durch spannungs- oder intensitätsgeregeltes Magnetronsputtern im Übergangsmode der Sputtercharakteristik abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaschutzschicht (KS) durch flussgeregeltes Magnetronsputtern im Poison Mode der Sputtercharakteristik abgeschieden wird.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung eines Reflexionsschichtsystems für solare Anwendungen mit einer Klimaschutzschicht (KS) als oberen Abschluss des gesamten Schichtsystems verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Klimaschutzschicht nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Reflexionsschichtsystem und Klimaschutzschicht (KS) beschichtete Substrat (S) thermisch gebogen wird.