DE2150651B2

DE2150651B2 - Sich elektrisch nicht aufladendes abdeckglas, insbesondere abdeckglas fuer solarzellen fuer raumfahrzeuge

Info

Publication number: DE2150651B2
Application number: DE19712150651
Authority: DE
Inventors: Heiner Dipl.-Phys. Dr. 5103 Brand b. Aachen; Jost Rüdiger 5101 Haaren Köstlin
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-10-11
Filing date: 1971-10-11
Publication date: 1977-04-21
Also published as: NL7213624A; DE2150651A1; FR2156243A1; JPS5319013B2; GB1357274A; FR2156243B1; JPS4846612A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein sich elektrisch nicht aulladendes Abdeckglas, das für Strahlung der Wellenlängen von etwa 0,4 bis etwa 1,1 μπι transparent ist insbesondere auf ein Abdeckglas für Solarzellen für Raumfahrzeuge.

Bei verschiedenen Raumfahrtprojekten tritt die Forderung auf, das Raumfahrzeug auf seiner gesamten Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Belag zu vereehen, der gewährleistet, daß die lokalen Potentialuni erschiede, die z. B. durch die Spannungen an einem Solargenerator oder durch die Aufladung isolierter Fliehen beim Durchfliegen von Plasmen entstehen, um er einem Maximalwert bleiben.

Elektrisch leitende Schichten auf Glasoberflächen sind bekannt

So ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung einer leitenden transparenten Schicht auf Glas unter Verwendung einer organischen Zinnverbindung bekannt Die leitende Schicht dient der Beheizung z. B. von Autoheckscheiben (US-PS 31 07 177).

Aus der US-PS 25 66 346 ist ein Verfahren bekannt, mit Fluor dotiertes Zinnoxid auf Glas aufzusprühen zur Bildung von Schichten besonders hoher elektrischer Leitfähigkeit

Aus der US-PS 27 40 731 ist zur Beschichtung von Glas ein Sprühverfahren bekannt, bei welchem Indiumoxid als Schichtmaterial verwendet wird, dessen elektrische Leitfähigkeit durch eine Dotierung mit Fluor verbessert wird.

Aus der US-PS 34 00 288 sind mit Zinn und Fluor dotierte Indiumoxidschichten bekannt die als Wärmere- so flexionsfilter für Natriumdampfentladungslampen dienen.

Aus der US-PS 29 32 590 schließlich sind lichtdurchlässige elektrisch leitende Indiumoxid-Schichten bekannt die bei einer Temperatur von weniger als 95° C aulbringbar sind, um z. B. Plastiksubstrate nicht zu beschädigen.

Alle diese genannten Schichten erfüllen jedoch nicht die Erfordernisse, die im Zusammenhang mit in der Raumfahrt zu benutzendem Glas erfüllt sein müssen:

Einerseits müssen die Schichten eine für den Zweck ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, andererseits jedoch muß trotzdem das thermische Emissionsvermögen des Glases soweit wie irgend möglich erhalten bleiben und daneben müssen die Schichten transparent nicht nur für den sichtbaren Teil des Spektrums, sondern für den gesamten Spektralbereich von 0,4 bis etwa 1,1 μπι sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein sich elektrisch nicht aufladendes Abdeckglas zu schaffen, das für Strahlung des genannten WeUenlängenbere»ches weitestgehend transparent ist, das aber trotz dieser Anforderungen die Eigenschaft von Glas, im infraroten Spektralbereich wie ein schwarzer Strahler zu wirken, nicht verloren hat

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abdeckglas mit einer Schicht aus dotiertem Zinnoxid oder Indiumoxid versehen ist, die eine Dicke zwischen 0,007 und 0,02 μπι und einen Flächenwiderstand zwischen 1 und 10 kß aufweist

Es hat sich gezeigt, daß die beiden genannten Materialien in Schichtdicken kleiner als 0,02 μπι in dem interessierenden Spektralbereich von 0,4 bis 1.1 p._m derart transparent sind, daß z. B. hierdurch die Leistung von Siliciumsolarzellen bei Beleuchtung mit Sonnenlicht nur etwa um 0,5 bis 3% reduziert wird verglichen mit nicht erfindungsgcmäß beschichteten, unvergüteten Solarzellendeckgläsern.

Besonders geeignete Schichten bestehen aus mit Fluor dotiertem SnO₂ oder mit Zinn dotiertem In₂O₃.

Um bei den geringen Schichtdicken noch eine ausreichende Leitfähigkeit zu erhalten, ist in beiden Fällen eine Dotierung von 0,1 bis 2,0 Atom-% notwendig.

Es hat sich gezeigt, daß die Minimaldicke der Schichten, bei der noch mit Sicherheit Flächenwidersiände von 1OkQ oder kleiner erreicht werden können, bei 0,007 μπι liegt Bei diesem, für die Transparenz optimalen Grenzwert beträgt die effektive Transparenzeinbuße nur noch 0,5%.

Mit zunehmender Leitfähigkeit reflektieren die Schichten im infraroten Spektralbereich, bedingt durch die hohe Dichte an freien Ladungsträgern, in steigendem Maße. Dies hat zur Folge, daß die Glaseigenschaft aufgrund der ausgedehnten Infrarot-Absorption Wärmestrahlung im Bereich von einigen 100⁰K fast wie ein schwarzer Körner emittieren zu können (Emissionsvermögen 03), nicht mehr voll zur Geltung kommt und daher mit zunehmender Leitfähigkeit der Schicht die Solarzellen nur noch vermindert gekühlt werden. Das Emissionsvermögen von beschichtetem Glas ist in erster Näherung nur durch die Gesamtzahl freier Ladungsträger je Flächenelement der Schicht bestimmt Bei gleichem Flächenwiderstand zeigen daher beschichtete Gläser mit geringerer Dotierung, aber dementsprechend größerer Schichtdicke annähernd gleiche Emissionswerte. Vor allem zeigt sich, daß bei Flächenwiderstandswerten über 1 kΩ das Emissionsvermögen der Deckgläser nur um weniger als 2% reduzierbar wird. Bei 10 kO ist diese Reduzierung nicht mehr meßbar. Bei 200 Ω hingegen beträgt sie schon 14% und bei 100 Ω 33%.

Eine optimale Schicht muß also so hergestellt werden, daß ihre Dicke möglichst gering ist, aber 0,007 μπι nicht unterschreitet, wobei die Dotierung so gewählt sein muß, daß der Flächenwiderstand zwischen 1 und 10 kD liegt

Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der Schichten bei erhöhter Substrattemperatur (etwa 400 bis 550⁰C) durch pyrolytische Abscheidung aus einem Aerosol, das durch Zerstäuben einer Lösung einer Indium- bzw. Zinn-Verbindung und der Dotierung mit Luft gewonnen wird.

Die Figur der Zeichnung zeigt ein Transmissionsspektrum eines unbeschichteten Quarzglases (gestrichelte Kurve) und eines mit In₂O₃ nach der Erfindung beschichteten Quarzglases (ausgezogene Kurve).

Die IibCVSchicht hat eine Dicke von 0,014 μπι und ist damit zu gering, als daß Interferenzextrema auftreten könnten. Die Abnahme der Transmission bei 03 μπι ist durch die UV-Eigenabsorption von ImO₃ bedingt Zwischen 03 μΐη und 0,6 μΐη ist die Transmission aufgrund der Reflexion der Schicht vermindert, ist aber ab 0,7 μηι nahezu der des unbeschichteten Substrates gleich. Der Flächenwiderstand betrug etwa 2 kfl

Die Schicht wurde in folgender Weise hergestellt: Es wurden 100 g wasserfreies InCl₃ in einem Liter Butylacetat durch mehrstündiges Rühren bei 40⁰C gelöst und ca. 0,1 cm³ konzentrierte HCl zugegeben. Die Dotierung, 0,5 cm³ SnCl» je Liter, wird erst kurz vor dem Sprühprozeß zugefügt, da die dotierte Lösung nur begrenzt haltbar ist

Das Quarzglas-Substrat wurde auf eine Temperatur von etwa 450⁰C erhitzt und intermittierend mit der Lösung in Form eines Aerosolstrahles beschichtet bis die gewünschte Schichtdicke erreicht war.

Die erfindungsgemäßen Schichten haften außerordentlich gut auf den Substraten. Erhitzen im Vakuum oder Sonnenbestrahlung führten zu keiner meßbaren Änderung der effektiven Transparenz oder des Emissionsvermögens.

Die erfindungsgemäßen Schichten können z. B. auch Verwendung finden als transparente Elektroden für elektrooptische Bauelemente, wobei sich die beschichteten Bereiche von den unbeschichteten mit dem Auge kaum wahrnehmbar unterscheiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sich elektrisch nicht aufladendes Abdeckglas, das für Strahlung der Wellenlängen von etwa 0,4 bis S etwa 1,1 μια transparent ist, insbesondere Abdeckglas für Solarzellen für Raumfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Schicht aus dotiertem Zinnoxid oder Indiumoxid versehen ist, die eine Dicke zwischen 0,007 und 0,02 μπι und einen ίο Flächenwiderstand zwischen 1 und 10 IcQ aufweist

2. Abdeckglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht entweder aus mit 0,1 bis 2,0 Atom-% Fluor dotiertem SnO₂ oder aus mit 0,1 bis 2.0 Atom-% Zinn dotiertem In₂O₃ besteht