-
Hintergrund der Erfindung:
-
Die heute verwendeten Solarkollektoren besitzen Absorberschichten mit einem hohen solaren Absorptionsgrad und einem geringen Emissionsgrad, also einer geringen Warmabstrahlung, und arbeiten somit sehr effizient. Wenn die erzeugte Wärme jedoch nicht mehr abgenommen werden kann, überhitzen die Kollektoren stark, was zu einer Degradation der Solarflüssigkeit und der verwendeten Kollektormaterialien führen kann. Weiterhin schränkt es die Bauweise und die Auswahl der verwendbaren Materialen ein und führt zu erhöhten Baukosten. Es sind verschiedene Methoden bekannt, um diese Überhitzung zu vermeiden. So beschreibt die
WO2006106139 eine Verschattungseinheit, die
WO2012061865 eine Kühlvorrichtung, die
US4392481 eine variable Abdeckung und die
US7143762 eine variable Ventilation für einen Solarkollektor. Daneben existiert noch eine Vielzahl weiterer Vorrichtungen, die eine mechanisch veränderliche Einheit enthalten. Allen gemeinsam ist, dass es bei solchen Elementen zu Ermüdungserscheinungen kommen kann, die zu einem Störfall und somit zu einer Überhitzung oder einer Leistungsminderung führen können.
-
Weiterhin gibt es Lösungswege, bei denen die Zirkulation im System abgeschaltet wird, wie z. B. in der
DE 10 2011 119 403 , die jedoch einen erhöhten konstruktiven Aufwand bedeuten.
-
Weiterer Stand der Technik betrifft Schichten, die ihre optischen Eigenschaften mit der Temperatur ändern. So wird in der
EP0678534 ein thermotropes Gel beschrieben, bei dem sich das Verhalten von optisch homogen zu heterogen ändert. Die Herstellung sowie Verwendung der Gele ist jedoch komplex und nicht so einfach mit den klassischen anorganischen Materialien für den Kollektorbau kombinierbar. Anmeldungen wie z. B.
US 20040155154 oder
US7761053 beschreiben Schichten mit einem thermochromen Material, das eine Phasenänderung innerhalb des relevanten Temperaturbereiches durchläuft und den Emissionsgrad der Struktur ändert. Es ist damit möglich, bei niedrigen Temperaturen einen geringen Emissionsgrad einzustellen und bei drohender Überhitzung einen hohen Emissionsgrad bereitzustellen, so dass die Wärme abgestrahlt wird. Das Problem dieser Materialien ist jedoch, dass mit einer Phasenänderung auch eine Änderung der Gitterstruktur einhergeht, die zu starken mechanischen Spannungen und bei wiederholtem Durchlaufen zu einer Zerstörung der Schichtkristallite führen kann.
-
Aufgabe der Erfindung:
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil zur solaren Energiegewinnung bereitzustellen, das in einem unteren Temperaturbereich einen geringeren Emissionsgrad als in einem oberen Temperaturbereich besitzt.
-
Gegenstand der Erfindung:
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Bauteil mit einer Oberfläche, deren Emissionsgrad sich von einer unteren zu einer oberen Temperatur ändert, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf einer infrarotreflektierenden Basis ein Interferenzschichtsystem befindet, das ein Material enthält, dessen Leitfähigkeit sich ändert, indem Ladungsträger durch Wärme und/oder Beleuchtung aktiviert werden.
-
Damit wird eine Änderung des Emissionsgrades herbeigeführt, die erfindungsgemäß durch die Änderung der elektrischen Eigenschaften eines Schichtmaterials erreicht wird, ohne dass mechanische Belastungen auftreten. Die benötigten Ladungsträger werden erzeugt, indem bei einer oberen Temperatur durch Wärme und/oder Bestrahlung mehr Energie bereitgestellt wird, als bei einer unteren Temperatur. Mehr Ladungsträger können dann gemäß einer statistischen Verteilung eine Energiebarriere überwinden und zur Leitfähigkeit des Materials beitragen.
-
Durch die Änderung der Leitfähigkeit wird auch die komplexe Brechzahl (n = n + i·k), vor allem im infraroten Spektralbereich geändert und dadurch Einfluss auf das Interferenzverhalten des Schichtsystems genommen.
-
Wird ein im Infraroten weitgehend absorptionsfreies Material, auf eine reflektierende Basis beschichtet, so hat diese Schicht kaum Einfluss auf das Reflexionsspektrum. Dies gilt selbst dann, wenn die Dicke d der Schicht so gewählt ist, dass sie maximale Auswirkung in diesem Bereich hat, also als sogenannte λ/4-Schicht ausgebildet ist, somit für d gilt: d = λ/(4·n) oder ungerade Vielfache davon, wobei nun λ die zugehörige, sogenannte „λ/4-Wellenlänge” im infraroten Spektralbereich darstellen soll. Die Reflexion der Basis wird kaum beeinflusst, da solche Materialien typischerweise eine weitgehend reelle Brechzahl mit einem Betrag unter 5 besitzen. Daher haben die an der Vorderseite der Materialschicht reflektierten Teilstrahlen nur eine kleine Amplitude und die an der Grenzfläche zur Basis reflektierten Teilstrahlen dominieren die Interferenz und damit die Gesamtreflexion.
-
Durch eine Änderung der Leitfähigkeit ändert sich in einem Material auch die Brechzahl bzw. bei Materialien mit geringer Leitfähigkeit zunächst primär der Extinktionskoeffient k, vor allem im infraroten Spektralbereich. Die durch das Material zur Basis laufenden und von der Basis kommenden Teilstrahlen werden abgeschwächt und die Amplituden der von den beiden Grenzflächen kommenden Strahlen werden ähnlich groß. Es kann damit eine destruktive Interferenz erreicht werden und die Reflexion verringert sich. Wird die Leitfähigkeit weiter erhöht, so dominiert irgendwann die Teilreflexion an der Vorderseite des Materials, zumal sich die Brechzahl parallel ebenfalls vergrößert, und die Gesamtreflexion steigt wieder an. Somit kann über die Leitfähigkeit Einfluss auf das Reflexionsspektrum genommen werden.
-
Für die einzelne Wellenlänge von 7 μm ist dies ist beispielhaft in 3 für eine Einzelschicht der Dicke 580 nm mit einer Streuzeit von 0.5 fs und einer Brechzahl von etwa 3 auf einem Metallsubstrat gezeigt.
-
Bei einer – wie im vorliegenden Fall – nicht transparenten Probe kann die Emissivität aus der Reflexion R über R(λ) = 1 – E(λ) berechnet werden. Die Emissivität E(λ) einer Fläche gibt an, wie gut die Wärme bei der Wellenlänge λ im Vergleich zu einem schwarzen Strahler abgestrahlt wird. Wieviel Strahlung bei einer Wellenlänge abgegeben wird, wird von der Planckschen Strahlungskurve beschrieben. Das Maximum dieser Kurve verschiebt sich mit der Temperatur T zu kürzeren Wellenlängen und liegt bei 20°C bei etwa 10 μm und bei 150°C bei etwa 7 μm. Um den Emissionsgrad ε(T) einer Fläche zu berechnen, wird die Emissivität mit der Planckschen Strahlungskurve multipliziert und über alle Wellenlängen integriert und auf den schwarzen Strahler normiert. Es ergeben sich für ε somit Werte zwischen 0 und 100%, wobei kleine Werte eine geringe Abstrahlung und hohe Werte eine hohe Abstrahlung bedeuten.
-
Eine geringe Reflexion bedeutet eine hohe Abstrahlung und umgekehrt. Es wird somit ersichtlich, dass sich durch die Änderung der Leitfähigkeit eines Schichtmaterials der Emissionsgrad einer Oberfläche verändern lässt.
-
Bei der Auslegung der Schichten sollte darauf geachtet werden, dass der maximale Emissionsgrad bei einer oberen Temperatur erreicht wird, oberhalb der es zu starken Belastungen oder Schädigungen des Bauteils oder des Systems kommen kann. Z. B. kann die Kollektorflüssigkeit langfristig beeinträchtigt werden oder Materialverbindungen können ermüden. Solange das Bauteil aber bei niedrigen Temperaturen arbeitet, soll die Wärmeabgabe und der Emissionsgrad niedrig sein. Insbesondere, wenn das Bauteil unterhalb einer unteren Temperatur wiederum Schäden nehmen kann.
-
Zum Aufbau des Schichtsystems wird eine infrarotreflektierende Basis benötigt, d. h. eine Substanz mit einem großen Betrag der komplexen Brechzahl. Diese Forderung wird von den Metallen und Übergangsmetallen erfüllt, insbesondere sind die gängigen Absorbersubstrate, die weitgehend aus Aluminium oder Kupfer bestehen, gut geeignet. Aber ein Substrat mit einer metallischen Schicht ist genauso effektiv.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird auf diese Basis eine Einzelschicht aus einem Halbleitermaterial oder ein Schichtsystem, das ein Halbleitermaterial enthält, aufgebracht. Die oben genannte Energiebarriere ist somit die Zone im Bänderschema, die zwischen Valenzband und Leitungsband liegt.
-
Der Zusammenhang soll anhand 2 erläutert werden. Werden in einem halbleitenden oder isolierenden Material Ladungsträger thermisch aktiviert, so kann das meist über eine Bolzmannverteilung mit einer Aktivierungsenergie Ea beschrieben werden. Trägt man den Logarithmus der spezifischen Leitfähigkeit σ gegen die reziproke Temperatur auf, so ergibt sich eine Gerade dar, deren Steigung proportional zu Ea ist und deren Konstantanteil hauptsächlich durch die Zustandsdichten gegeben ist.
-
Für einen intrinsischen Halbleiter mit einer Bandlücke der Größe Ea, ergibt sich eine einfache Gerade. Hat der Halbleiter eine kleine Bandlücke, so ändert sich die Leitfähigkeit mit der Temperatur nur wenig, andererseits können gemäß der Bolzmannverteilung z. B. bei Raumtemperatur schon viele Ladungsträger aktiviert sein. Hat er eine große Bandlücke, so steigt die Leitfähigkeit mit der Temperatur stark an, aber die Absolutwerte der spezifischen Leitfähigkeit sind oft für die vorliegende Anwendung zu gering. Besonders geeignet sind daher Halbleiter mit einer Bandlücke zwischen 0.3 und 0.8 eV.
-
Betrachtet man ein Material mit Störstellen, so ist der Zusammenhang ähnlich. Dabei beinhaltet der Begriff Störstellen in diesem Dokument auch die Dotierung eines Materials. Es ergibt sich eine Gerade mit einer Steigung proportional zur Energiebarriere zwischen Störstellenniveau und Leitungsband oder Valenzband. Der Konstantanteil der Geraden kann aber zusätzlich durch die Konzentration der Störstellen beeinflusst werden. Zudem kommt es zu einem Bereich, in dem die Leitfähigkeit konstant ist, da alle elektrisch aktiven Störstellen ionisiert sind. Erst wenn die Temperatur so weit angestiegen ist, dass die Eigenleitung des Materials eine Rolle spielt, kommt es zu einem weiteren Anstieg der Leitfähigkeit.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird somit als Material ein Halbleiter mit Störstellen oder ein Isolator mit Störstellen verwendet, da sich die Leitfähigkeitsänderung hier genauer einstellen lässt. Es können dabei im Material verschiedene Energieniveaus vorliegen, da z. B. eine Störstelle oder ein Dotiermaterial verschiedene Niveaus erzeugt, oder da mehrere Dotiermaterialien gleichzeitig verwendet werden.
-
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Energiebarrieren im Mittel einen Wert zwischen 0.2 und 1.2 eV besitzen. Dann werden die Ladungsträger abhängig von der Temperatur in einem Maße bereitgestellt, dass sich die Leitfähigkeit zum einen signifikant ändert, aber zum anderen bei einem ungewollten Überschreiten der oberen Temperatur nicht derart weitersteigt, dass sich der Emissionsgrad wieder signifikant verschlechtert. Dies ist besonders dann wichtig, wenn die Dotierkonzentration nicht so eingestellt wurde, dass man sich bei der oberen Temperatur im Erschöpfungsbereich der Dotierung befindet.
-
Es ist vorteilhaft, wenn bei der oberen Temperatur im Material spezifische Widerstände zwischen 0.0001 und 0.1 Ω·cm eingestellt werden. Dann ist – je nach spezieller Materialbeschaffenheit, also Streuzeit, Brechzahl n und Restabsorption – die Gesamtreflexion besonders gering.
-
Dabei muss beachtet werden, dass bei Halbleitern und Isolatoren nicht nur thermisch aktivierte Ladungsträger zur Leitfähigkeit beitragen, sondern auch diejenigen, die durch optische Übergänge, d. h. durch Einstrahlung von Licht erzeugt werden. Es muss somit die Hellleitfähigkeit des Materials bei den für das Bauteil typischen Bestrahlungsstärken betrachtet werden. Durch die Berücksichtigung der optisch aktivierten Ladungsträger kann die Änderung der Dunkelleitfähigkeit kleiner ausgeführt werden und gleichzeitig der solare Deckungsgrad erhöht werden, da in den Übergangszeiten mit geringerer Einstrahlung auch die Maximalwerte der Leitfähigkeit nicht erreicht werden.
-
Allerdings ist nur in Spezialfällen damit zu rechnen, dass die Leitfähigkeitsänderung durch optisch aktivierte Ladungsträger signifikant beitragen kann. Der Hauptanteil wird von der Änderung der Dunkelleitfähigkeit ausgehen müssen, die sich somit um mindestens einen Faktor 2 ändern soll.
-
Andererseits sollte die Änderung der Dunkelleitfähigkeit so eingestellt werden, dass sie sich nur wenige Größenordnungen ändert, also bevorzugt weniger als 3 Größenordnungen. Damit ist die Gefahr eines Absinkens des Emissionsgrades bei einer ungewollten Temperaturerhöhung über die obere Temperatur hinaus geringer, da die Leitfähigkeit sich nur wenig über den günstigen Bereich hinaus erhöht.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird durch folgende Problematik ersichtlich: Durch die Störstellen oder die Dotierung des Materials kann sich die Restabsorption im Infraroten erhöhen. Oder das Schichtmaterial ist gut geeignet, besitzt aber generell oder durch die Beschichtungsmethode eine gewisse Grundabsorption. Oder um nur eine geringe Leitfähigkeitsänderung bis zur oberen Temperatur einzustellen, wird die Leitfähigkeit bereits bei der unteren Temperatur bis auf einen gewissen Wert angehoben. Diese Materialabsorption bei der unteren Temperatur führt besonders an der λ/4-Wellenlänge zu einer verminderten Reflexion. Liegt diese im Bereich des Maximums der Planckschen Strahlungskurve bei der unteren Temperatur, so wirkt sich diese Absorption sofort aus, der Emissionsgrad ist höher und die Effizienz des Kollektors sinkt. Bei der höheren Temperatur liegt das Plancksche Strahlungsmaximum bei kürzeren Wellenlängen, hier soll sich die Absorption stark auswirken. Daher ist es ratsam, die Schichtdicke so einzustellen, dass die λ/4-Wellenlänge unter der Wellenlänge des Maximums der Planckschen Strahlungskurve bei der unteren Temperatur liegt.
-
Üblicherweise soll ein Kollektor im Temperaturbereich von 0–60°C eine geringe Abstrahlung besitzen, daher sollte die λ/4-Wellenlänge unter 8 μm liegen. Als obere Temperatur wird je nach Kollektortyp bei Flachkollektoren z. B. 150°C oder bei Vakuumröhrenkollektoren z. B. 200°C angestrebt. Bei konzentrierenden Systemen eventuell auch höhere Temperaturen. Damit sich die Leitfähigkeitsänderung dort gut auswirkt, sollte die λ/4-Wellenlänge über 2 μm liegen.
-
Die Sensitivität des Schichtsystems auf die Leitfähigkeitsänderung kann noch erhöht werden, wenn nicht die Materialschicht selbst als λ/4-Schicht für das Infrarote ausgelegt ist, sondern wenn sie als dünnere Schicht auf eine im Infraroten weitgehend transparente Zwischenschicht mit λ/4-Dicke für diesen Spektralbereich aufgebracht wird. Das Maximum des E-Feldes liegt dann an der oberen Grenzfläche der Zwischenschicht, bzw. in der Materialschicht und das System reagiert damit besonders stark auf eine Änderung der Extinktion und damit der Leitfähigkeit in diesem Bereich. Zudem gewinnt man damit noch einen weiteren Freiheitsgrad. Hat die Materialschicht eine hohe Leitfähigkeit, so wird sie nur wenige Nanometer dick aufgebracht. Hat sie dagegen nur eine geringe Leitfähigkeit, so wird sie entsprechend dicker beschichtet, um das gleiche Resultat zu erzielen. Der Bereich der optimalen spezifischen Leitfähigkeiten erweitert sich für diesen Fall nach unten auf 0.00001 Ω·cm.
-
Die Zwischenschicht kann entweder aus einer Einzelschicht, oder einer Kombination aus mehreren Schichten aufgebaut sein.
-
Das Material kann weitere Zwischenschichten, Deckschichten oder Diffusionsbarrieren benötigen. Dafür geeignet sind alle üblichen Beschichtungssubstanzen, die im Infraroten weitgehend transparent sind und damit die Reflexion im unteren Temperaturbereich nicht wesentlich beeinträchtigen. Häufig verwendet werden Fluoride, Oxide, Sulfide oder Nitride von La, Y, Ce, Hf, Mg, Si, Al, Cr, Ti, Zn, Zr, Pb oder Ta oder Mischungen daraus. Aber auch klassische Halbleiter wie Si, SiC, Si:H oder Ge sind denkbar. Eventuell auch Polymere, wenn keine starken Absorptionsbanden im Infraroten vorliegen.
-
Es bietet sich an, die Deckschicht gleichzeitig als Antireflexschicht für den Bereich des solaren Spektrums auszubilden. Um eine ausreichende Effizienz des Kollektors zu gewährleisten sollte der Absorptionsgrad mindestens 70% betragen. Wenn die Materialschicht im solaren Bereich nicht ausreichend absorbiert, muss eine weitere Schicht für diesen Zweck eingefügt werden, die z. B. aus den bisher üblichen Absorberschichtmaterialien besteht.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt
-
1a eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Bauteils gemäß der Erfindung mit einem Metallsubstrat als Basis (101), einer störstellenreichen Schicht aus amorphem Silizium (102) und einer Deckschicht aus Siliziumdioxid (103),
-
1b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauteils gemäß der Erfindung mit einer Aluminiumschicht als Basis (101) auf einer Bauteiloberfläche (100), einer metalldotierten Germaniumschicht (102) und einer Antireflexbeschichtung (103) aus einer Titandioxid- und Aluminiumoxidschicht,
-
1c eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauteils gemäß der Erfindung mit einem Aluminiumsubstrat (101), einer λ/4-Schicht für das Infrarote aus Silizium (105), einer Materialschicht aus Zinkoxid mit Sauerstofffehlstellen und zusätzlicher Aluminiumdotierung (102) und einer Deckschicht (103) aus Al2O3,
-
1d eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauteils gemäß der Erfindung mit einem Aluminiumsubstrat (101), einer Zwischenbeschichtung (105), die aus einer selektiven Standardabsorberschicht (105a) und einer ergänzenden Schicht (105b) aus Titandioxid besteht, sowie einer Materialschicht (102) aus Titandioxid mit Sauerstofffehlstellen und zusätzlicher Stickstoffdotierung, sowie einer Antireflexschicht aus SiO2 (103),
-
2 eine schematische Auftragung der Leitfähigkeit σ eines halbleitenden oder isolierenden Materials (102) mit Dotierung oder Störstellen,
-
3 den Verlauf der Reflexion bei der Wellenlänge 7 μm für eine Einzelschicht der Dicke 400 nm mit einer Streuzeit von 0.5 fs und einer Brechzahl von etwa 3 auf einem Metallsubstrat.
-
Ausführungsbeispiele
-
Erstes Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1a.
-
Ein etwa 0.5 mm dickes Aluminiumblech (101) wird mit einer 400 nm dicken Silizumschicht (102) beschichtet, z. B. mit einer Sputtermethode. Dabei entsteht amorphes Silizium, das aber im Gegensatz zu kristallinem Silizium nur eine geringe Ladungsträgermobilität hat. Da sich die spezifische Leitfähigkeit σ aus σ = e·μ·n zusammensetzt, wobei e die Elementarladung, μ die Ladungsträgerbeweglichkeit und n die Ladungsträgerdichte darstellen, ist eine große Anzahl an Ladungsträgern notwendig, um eine für die Anwendung ausreichende Leitfähigkeit zu erzeugen. Das Bandgap ist mit ca. 1.5 eV zu groß, als dass bei Temperaturen von ca. 150°C schon eine genügend große Zahl an Ladungsträgern darüber hinweg thermisch aktiviert sein kann. Die Löslichkeit der meisten Dotierstoffe mit ausreichend großer Energiebarriere ist aber zu klein, um genügend Ladungsträger zur Verfügung zu stellen, daher werden die Fehlstellen des Materials selbst (dangling bonds) als Störstellen verwendet, eine zusätzliche Dotierung mit Fremdstoffen ist aber natürlich möglich. Um eine große Zahl an Störstellen zu erzeugen, aber keine unnötigen Korngrenzen zu schaffen, wird dabei ein Sputterdruck von unter 1 Pa verwendet, und/oder die Schicht beim Wachstum zusätzlich mit hochenergetischen Teilchen beaufschlagt.
-
Nach dem Sputtern der Siliziumschicht kann direkt mit dem gleichen Target durch Zugabe von Sauerstoff eine Deckschicht aus SiO2 hergestellt werden, die mit einer Schichtdicke von ca. 90 nm gleichzeitig eine Antireflexwirkung für das Sonnenlicht darstellt.
-
Zweites Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1b.
-
Auf eine Substratoberfläche (100) wird zunächst mit üblichen Beschichtungsverfahren eine Aluminiumschicht (101) aufgebracht, danach noch eine dünne Diffusionsbarriere aus Al2O3 und anschließend eine hoch mit Zinn dotierte, nicht amorphe Germaniumschicht (102) mit 350 nm Schichtdicke. Das Bandgap von reinem Germanium liegt mit 0.7 eV schon in einem attraktiven Bereich, jedoch sind die Leitfähigkeiten für die Anwendung noch etwa eine Größenordnung zu klein. Durch die Beimischung von z. B. 10% Zinn kann das Bandgap auf etwa 0.5 eV verringert werden. Damit sind entsprechend mehr Ladungsträger vorhanden und bei einer Temperaturerhöhung von 25 auf 150°C ändert sich die Leitfähigkeit trotzdem noch um etwa eine Größenordnung. Die Antireflexbeschichtung (103) wird in diesem Fall mit zwei Teilschichten aus 35 nm TiO2 und 75 nm Al2O3 realisiert.
-
Drittes Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1c.
-
Auf einem Metallblech (101) wird eine 400 nm dicke Schicht (105) aus Silizium aufgebracht. Die Morphologie der Schicht ist in diesem Fall nicht wichtig, da sie nur als optische Schicht wirksam ist. Weniger Defekte sind in diesem Fall allerdings von Vorteil, da die Schicht im infraroten Spektralbereich nur wenig absorbieren soll. Es kann z. B. eine amorphe Schicht sein, die mit PECVD hergestellt wird und deren dangling bonds mit Wasserstoff abgesättigt sind. Darauf wird eine Materialschicht aus Zinkoxid mit Sauerstofffehlstellen und zusätzlicher Aluminiumdotierung (102) aufgebracht. Darauf erfolgt nur noch eine Deckschicht mit ca. 10 nm Al2O3 (103).
-
Viertes Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1d.
-
Auf einem Metallblech (101) wird zunächst eine 250 nm dicke Schicht aus Chromoxinitrid (105a) aufgebracht, die als Absorberschicht für das Sonnenlicht fungiert, da die weiteren Schichten keine ausreichende Absorption in diesem Spektralbereich besitzen. Darauf folgt eine 200 nm dicke Schicht (105b) aus stöchiometrischem Titandioxid, die über einen reaktiven Prozess aufgebracht wird. Im nächsten Prozessschritt wird der Sauerstoff etwas unterdosiert und optional gleichzeitig etwas Stickstoff hinzugegeben, so dass eine Titandioxidschicht mit Störstellen (102) entsteht. Die Entspiegelung erfolgt wieder über eine SiO2-Schicht (103).
-
Es versteht sich, dass nicht nur die genannten, sondern alle dem Fachmann bekannten Beschichtungsverfahren wie z. B. CVD, PECVD, APCVD, ALD, PVD oder Sol-Gel verwendet werden können. Des Weiteren kann der nur vereinfacht dargestellte Schichtaufbau durch Hafvermittlungsschichten, Diffusionsbarrieren oder Passivierschichten ergänzt werden. Ebenso ist eine große Zahl an Verfahren zur Dotierung oder Erzeugung von Fehlstellen wie z. B. Implantation, Diffusion, Quenchen bekannt, die hier nicht alle aufgezählt werden können.
-
Weiterhin versteht sich, dass die genannten Schichtdicken und Temperaturen keine Einschränkungen darstellen, sondern nur der Veranschaulichung des Sachverhaltes dienen.
-
Unerwähnt blieben bisher auch Aktivierungsmechanismen z. B. über Korngrenzen hinweg, die natürlich ebenfalls für diese Anwendung benutzt werden können. Geeignet sind auch Materialien, die sich in der Herstellung von Thermistoren bewährt haben.
-
Wichtig ist auch noch zu erwähnen, dass sich die DC-Leitfähigkeit und die für die optischen Eigenschaften entscheidende Leitfähigkeit, wie sie z. B. in das Drude-Modell eingeht, unterscheiden können. Im Weiteren wird letztere als „optische Leitfähigkeit” bezeichnet.
-
Z. B. kann die DC-Leitfähigkeit durch Korngrenzen behindert sein, wobei sich dies aber aufgrund der Größe der Körner nicht auf die optische Leitfähigkeit auswirkt. Wenn hier also Angaben für die spezifischen Widerstände oder Leitfähigkeiten eines Materials gemacht werden, so beziehen sich diese Angaben immer auf die optische Leitfähigkeit.
-
Ein erfindungsgemäßes Schichtsystem kann nicht nur auf eine Oberfläche des Bauteils aufgebracht werden, sondern auch auf mehrere Oberflächen. Im Fall eines Vakuumröhrenkollektors z. B. auf die Vorderseite und auf die Rückseite. Die Schichtsysteme können dabei verschieden sein.
-
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 Patentliteratur
-
- WO 2006106139 [0001]
- WO 2012061865 [0001]
- US 4392481 [0001]
- US 7143762 [0001]
- DE 102011119403 [0002]
- EP 0678534 [0003]
- US 20040155154 [0003]
- US 7761053 [0003]
