DE3002704A1 - SELECTIVE SOLAR RADIATION ABSORBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

SELECTIVE SOLAR RADIATION ABSORBER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

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DE3002704A1
DE3002704A1 DE19803002704 DE3002704A DE3002704A1 DE 3002704 A1 DE3002704 A1 DE 3002704A1 DE 19803002704 DE19803002704 DE 19803002704 DE 3002704 A DE3002704 A DE 3002704A DE 3002704 A1 DE3002704 A1 DE 3002704A1
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Richard B Stephens
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ExxonMobil Technology and Engineering Co
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Exxon Research and Engineering Co
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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00Details of absorbing elements
    • F24S70/30Auxiliary coatings, e.g. anti-reflective coatings
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Description

PATENTANWALT-DR. HERMANN O. TM. CIFHt -DIPtOMPHYSIKER D-8000 MÜNCHEN 19 - FLOGGENS Γ RA S SE 17 - 1 E LE F O N: 08 9/1 7 70 61PATENT ADVOCATE DR. HERMANN O. TM. CIFHt - DIPTOM PHYSICIST D-8000 MUNICH 19 - FLOGGENS Γ RA S SE 17 - 1 E LE F O N: 08 9/1 7 70 61

24. 1. 1980 D/M E 1296-DJanuary 24, 1980 D / M E 1296-D

Anmelder:Applicant:

Exxon Research and Engineering Comp.Exxon Research and Engineering Comp.

Florham Park, N.Y. / USAFlorham Park, N.Y. / UNITED STATES

Selektiver Solarstrahlungs-Absorber und Verfahren zur HerstellungSelective solar radiation absorber and method of manufacture

desselbensame

030032/0706030032/0706

Telefon:Phone: Telex:Telex: Telegramm:Telegram: Postscheck:Postal check: Banken:Banks: Dcutvdic BlinkDcutvdic blink MünchenMunich 5215145 Zeus5215145 Zeus Cables:Cables: MünchenMunich KeuschclbankChaste bench MünchenMunich (089) 177061(089) 177061 Telefax über:Fax via: Zeuspalent,Zeus Palent, Konlo-Nr.:Konlo-No .: MünchenMunich Kto. Nrd 1Mf) iy> Account No. 1 Mf) iy> (089) 177062(089) 177062 (089)376063(089) 376063 MünchenMunich 94854-80794854-807 Klo. Nr. 423.11343Loo. No. 423.11343

PATENTANWALT-DR. HERMANN C. ΓΗ. DIEHL · D I PLOMPH YS I KE R D-GOOO MÜNCHEN 19 - FLOGGENSTRASSE 17 - T E LE F O N: 0 8 9/17 70PATENT ADVOCATE DR. HERMANN C. ΓΗ. DIEHL · D I PLOMPH YS I KE R D-GOOO MUNICH 19 - FLOGGENSTRASSE 17 - T E LE F O N: 0 8 9/17 70

" 24. 1. 1980 D/M"January 24, 1980 D / M

E 1296-DE 1296-D

Anmelder:Applicant:

Exxon Research and Engineering Comp. Florham Park, N.Y. / USAExxon Research and Engineering Comp. Florham Park, N.Y. / UNITED STATES

Selektiver Solarstrahlungs-Absorber und Verfahren zur Herstellung desselbenSelective solar radiation absorber and method of manufacturing the same

Die Erfindung befasst sich mit selektiven Solarstrahlungs-Absorbern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und Verfahren zur Herstellung derselben.The invention is concerned with selective solar radiation absorbers according to the preamble of the main claim and method for producing the same.

Die Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet einer gesteuerten Beeinflussung der optischen Eigenschaften von Festkörperoberflächen. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit Verbesserungen von Absorbern für Sonnenenergiewandlungsträger , welche in der Lage sind, auffallendes Licht wirksam einzufangen und gleichzeitig Strahlungsverluste zu minimieren. Diese Zielsetzung fällt unter den Begriff selektiv absorbierender oberflächen. Es ist bekannt, daß derartige Oberflächen einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als nicht selektiv absor-The invention lies generally in the field of controlled influencing of the optical properties of solid surfaces. The invention is particularly concerned with improvements in absorbers for Solar energy conversion carriers, which are able to capture incident light effectively and at the same time To minimize radiation losses. This objective falls under the term selectively absorbing surfaces. It is known that surfaces of this type have a higher degree of efficiency than non-selectively absor-

Telefon:Phone: Telex:Telex: Telegramm:Telegram: Postscheck:Postal check: liankcn:liankcn: Deutsche BankDeutsche Bank MünchenMunich 5215145 Zeus5215145 Zeus Cables:Cables: MünchenMunich KeuschelbankCuddle bench MünchenMunich (0X9) 1771)61(0X9) 1771) 61 TcIcIUx über:TcIcIUx via: Zcuspiitenl,Zcuspiitenl, Konlo-Nr.:Konlo-No .: MünchenMunich Klo. Nr. 6946339Loo. No. 6946339 (OS1» 17 71)62(OS 1 »17 71) 62 (089)376063(089) 376063 MünchenMunich 94854-80794854-807 Klo. Nr. 423.11343Loo. No. 423.11343

bierende Oberflächen.biting surfaces.

Thermische Solarenergiewandlerplatten enthalten üblicherweise ein oder zwei Schichten einer Verglasung, einen Licht-Absorber, der mit einem ein Fluid wie Wasser oder Luft verwendenden Wärmekollektorsystem verbunden ist öder einen Teil eines solchen bildet und einer Isolierung, Der mit dem Wärmekollektorsystem verbundene Absorber ist das einzige entscheidende Bauelement. Da jedoch der Absorber bei Temperaturen arbeitet, die etwa 50 bis 150° über der Temperatur der umgebenden Luft liegen, werden die anderen Bauelemente zur Vermeidung von Wärmeverlusten hinzugefügt. Die Einzelheiten dieser Komponenten hängen selbstverständlich von der speziellen Anwendung ab, für welche die Platten konstruiert sind.Solar thermal energy converter panels usually contain one or two layers of glazing, one Light absorber connected to a heat collector system using a fluid such as water or air or forms part of such and insulation, which is the absorber connected to the heat collector system the only crucial component. However, since the absorber works at temperatures that are around 50 to 150 ° are above the temperature of the surrounding air, the other components are used to avoid heat loss added. The details of these components will of course depend on the particular application for which which the panels are constructed.

Die Verwendung derartiger Kollektoren im häuslichen Bereich betrifft im allgemeinenThe use of such collectors in the home is generally related

1. Die Schwimmbadbeheizung1. The swimming pool heating

2. Die Raum- oder Warmwasserbeheizung 3. Solare Kühlung2. Space or hot water heating. 3. Solar cooling

Die für diese drei Arten von Kollektoren benötigten Leistungsdaten sind sehr unterschiedlich. So beträgt typischerweise die Temperaturdifferenz während des Betriebs zwischen dem Absorber und der Aussonluft bei der Anwendung gemäß 1 weniger als 20 C, bei der Anwendung gemäß 2 etwa 30 bis 60 C, bei der Anwendung gemäß 3 etwa 55 bis 80 C. Für die Kollektoren im niedrigeren Temperaturbereich erfolgen die Wärmeverluste nahezu ausschließlich durch Wärmeleitung und Konvektion.The performance data required for these three types of collectors are very different. So amounts typically the temperature difference between the absorber and the outside air during operation Application according to 1 less than 20 C, for the application according to 2 about 30 to 60 C, for the application according to 3 around 55 to 80 C. For the collectors in the lower temperature range, the heat losses almost occur exclusively through thermal conduction and convection.

Bei den Kollektoren für den höheren Temperaturbereich kann jedoch der heiße Absorber eine bemerkenswerte Wärmemenge an die Luft abstrahlen. Die Menge und die Wellenlänge mit der diese Strahlung erfolgt, variieren mit der Absorbertemperatur, wobei jedoch für Materialien bei Temperaturen von weniger als 100 C die abgestrahlte Energie insgesamt bei Wellenlängen liegt, die größer sind als etwa 4 xim.In the case of collectors for the higher temperature range, however, the hot absorber can be a remarkable one Radiate amount of heat into the air. The amount and the wavelength with which this radiation occurs vary with the absorber temperature, but for materials at temperatures of less than 100 C the radiated temperature Total energy is at wavelengths that are greater than about 4 xim.

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Andererseits trifft nahezu die gesamte solare Strahlungsenergie auf die Erde mit Wellenlängen auf, die kleiner sind als etwa 2/um. Aufgrund der Trennung in Wellenlängen dieser beiden Energien ist es günstig ein Material zu verwenden, das die Sammlung der Solarenergie maximiert, in dem es ein .Reflexionsvermögen R aufweist, das vor-' zugsweise kleiner ist als ungefähr 0,1 für Wellenlängen, die kleiner sind als etwa 2/im und ein Reflexionsvermögen gen, das größer ist als etwa 0,8 für Wellenlängen, die größer sind als etwa 4/um. Die bedeutet, daß die Emission von ' Wärme-Strahlung bei längeren Wellenlängen minimal gehalten wird und daß das Material ein Emissionsvermögen von 0,2 oder weniger haben sollte (wobei das Emissionsvermögen e definiert ist als e = 1 - R) für Wellenlängen, die größer sind als etwa 4/um.On the other hand, almost all of the solar radiation energy hits on the earth with wavelengths that are less than about 2 / µm. Due to the separation in wavelengths of these two energies it is beneficial to use a material that maximizes the collection of solar energy, in which it has a 'reflectivity R' which is preferably less than about 0.1 for wavelengths less than about 2 / µm and reflectivity gene that is greater than about 0.8 for wavelengths greater than about 4 µm. That means the emission of heat radiation at longer wavelengths is kept to a minimum and that the material should have an emissivity of 0.2 or less (the Emissivity e is defined as e = 1 - R) for Wavelengths greater than about 4 µm.

Für Absorber die bei Temperaturen über 100° C arbeiten, überlagert sich das thermische Emissionsspektrum teilweise mit dem Spektrum der einkommenden Solarstrahlung. Es wird daher die Wahl der optimalen Wellenlänge Λ Τ, bei der ein Übergang zwischen den reflektierenden zu den absorbierenden Eigenschaften stattfindet, kritischer und in Richtung auf kürzere Wellenlängen verschoben, wobei Λ T desweiteren von dem benötigten Grad der Sonnenlichtkonzentration abhängt, die man braucht, um die Absorbertemperatur auf Werte auf über 100° C zu verstärken.For absorbers that work at temperatures above 100 ° C, the thermal emission spectrum is partially superimposed on the spectrum of the incoming solar radiation. The choice of the optimal wavelength Λ Τ, at which a transition between the reflective to the absorbing properties takes place, is therefore more critical and shifted in the direction of shorter wavelengths, where Λ T furthermore depends on the required degree of sunlight concentration that is needed to to increase the absorber temperature to values above 100 ° C.

Es wurde bereits eine Anzahl von Techniken vorgeschlagen zur Herstellung selektiv absorbierender (oder reflektierender) Oberflächen. Es wird diesbezüglich beispielhalber auf folgende Literaturstellen verwiesen: Bd. 1, Journal of Energy, S. 100 - 107 (1977); Bd.13, Journal of Vacuum Science Technology, S. 127-134 (1976); undA number of techniques have been proposed for making selectively absorbent (or reflective) Surfaces. In this regard, reference is made, for example, to the following literature: Vol. 1, Journal of Energy, pp. 100-107 (1977); Volume 13, Journal of Vacuum Science Technology, pp. 127-134 (1976); and

B.O. Seraphin et al, "Photothermal Energy Conversion and Optical Properties of Solids" in Optical Properties of Solids - New Developments, B.O. Seraphin (ed.), North Holland (Amsterdam) (1976).B.O. Seraphin et al, "Photothermal Energy Conversion and Optical Properties of Solids "in Optical Properties of Solids - New Developments, B.O. Seraphin (ed.), North Holland (Amsterdam) (1976).

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So ist beispielsweise ein Zuschnitt der optischen Eigenschaft von Oberflächen möglich, indem man eine Halbleiterschicht auf ein hochreflektierendes Substrat aufbringt. Dies wird bisweilen als "Tandemstack" bzw. "Tandemstapel" bezeichnet« Es wird diesbezüglich auf Band 19 "Solar Energy" Seite 429 - 432 (1976) verwiesen. Der übergang zwischen absorbierenden und reflektierenden Oberflächen ist durch die Wellenlänge bestimmt, bei der der Halbleiter durchsichtig wird. Der Halbleiter kann auch durch ein zusammen gesetztes Material wie beispielsweise einen MgO/Au Keramik-Metallgemisch-Film (Cermet) ersetzt werden. Diesbezüglich wird auf Band 29, "Applied Physics Letters",Seiten 478 - 480 (1976) verwiesen. Der Halbleiter kann nach verschiedenen Verfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise chemische Dampfbeschichtung, Vakuumdampfbeschichtung oder als feine Körnchen in einem transparenten Hochtemperaturbindemittel. Der Tandem-Stapel kann auch umgekehrt aufgebaut sein, indem man eine Wirtsoberfläche, welche infrarotes Licht reflektiert und sichtbares Licht durchläßt, über einer absorbierenden Schicht verwendet. Es wird diesbezüglich auf "Technology Review" Seiten 63-71 (Oktober/November 1976) und Band 30 "Applied Physics Letters" Seiten 380-381 (1977) verwiesen.For example, it is possible to tailor the optical properties of surfaces by adding a Applying semiconductor layer to a highly reflective substrate. This is sometimes called a "tandem stack" or "Tandem stack" means «Reference is made in this regard to Volume 19" Solar Energy ", pages 429-432 (1976). The transition between absorbent and reflective Surface is determined by the wavelength at which the semiconductor becomes transparent. The semiconductor can also replaced by a composite material such as a MgO / Au ceramic-metal mixture film (cermet) will. In this regard, reference is made to Volume 29, "Applied Physics Letters", pages 478-480 (1976). The semiconductor can be applied by various methods, such as chemical vapor deposition, Vacuum vapor deposition or as fine grains in one transparent high temperature binder. The tandem stack can also be set up the other way around by adding a Host surface, which reflects infrared light and transmits visible light, over an absorbing one Layer used. It is in this regard on "Technology Review" pages 63-71 (October / November 1976) and Volume 30 "Applied Physics Letters" pages 380-381 (1977) referenced.

Eine weitere verwendete Technik wird als"Vielschichten-Interferenzfilter-Stapel"(Multilayer interference stacks) bezeichnet, deren Wirkung auf eine Interferenz zwischen alternierenden Metall- und Dielektrikumschichten beruht. Für eine Breitbandselektivitat müssen die Schichtdicken sehr genau eingehalten werden. Es wird diesbezüglich beispielshalber auf folgende Literatur verwiesen: Proceedings of Symposium on Materials Science Aspects of Thin Film Systems for Solar Energy Conversion, Tucson, Arizona, Seiten 135-ff (Mai 1974);Another technique used is called "multilayer interference filter stack" (multilayer interference stacks) whose effect is based on an interference between alternating metal and dielectric layers. For broadband selectivity, the layer thicknesses must must be adhered to very precisely. In this regard, reference is made to the following literature by way of example: Proceedings of Symposium on Materials Science Aspects of Thin Film Systems for Solar Energy Conversion, Tucson, Arizona, pp. 135-ff (May 1974);

H.S. Gurev et al "Chemical Vapor Deposition", 5th International Conference, J.M. Blocher (ed.), The Electrochemical Society, Princeton, N.J , Seiten 667-668 (1975)? und Band 4, "Applied Optics" Seiten 917-925 (1965).H.S. Gurev et al "Chemical Vapor Deposition", 5th International Conference, J.M. Blocher (ed.), The Electrochemical Society, Princeton, N.J, pp. 667-668 (1975)? and Volume 4, "Applied Optics" pp. 917-925 (1965).

Eine andere Klasse besteht aus überzügen, die als "metallische Schwärzen" (metallic blacks) bezeichnet werden. Sie werden typischerweise galvanisch auf glänzende Metallsubstrate aufgebracht, können aber auch durch Dampfbeschichtung oder Zerstäubung erzeugt werden. Es wird diesbezüglich auf Band 1, Journal of Energy, Seiten 100-107 (1977) verwiesen. Es besteht schließlich auch eine Klasse von Materialien, die eine groß angelegte bzw. umfangreiche Oberflächenrauhigkeit aufweisen, wie sie beispielsweise durch ein Wachstum von Dendriten gebildet werden kann oder durch Ätzen, sodaß eine Oberfläche entsteht, die spektral selektiv ist, d.h. die in starkem Maße Licht absorbiert, das normal auf sie einfällt und ein niedriges Emissionsvermögen für von der Normale entfernte Winkel aufweist. Derartige Materialien werden in Verbindung mit einem Material verwendet, das spektral leicht selektiv wirkt. Ein Beispiel hierfür ist dendritisch gewachsenes Wolfram. Es wird diesbezüglich auf Band 26, Applied Physics Letters" Seiten 557-559 (1975) verwiesen. Zu anderen Arten einer Oberflächenstrukturierung führen Filme mit abgestuftem Index (siehe z.B. Band 16,"Applied Optics? Seiten 1438-1443,(1977)), geriffelte' bzw. gerippte Oberflachen(siehe z.B. Band 22, Optics Communications, Seiten 421-426,(1977)) und ein Konzept, das eine Struktur verwendet, die ähnlich dem Schmetterlingsauge ist (siehe z.B. Band 244,'Nature" Seiten 281-282, h 973)). Viele der besprochenen Absorber mit strukturierter Oberfläche haben jedoch, wie bereits von L. Melamed et al in Band 1 , "journal of Energy'} Seite 100-107 (1977), bemerkt wurde, als Schwachpunkt eine starke Abhängigkeit des Absorbtionsvermögens vom Einfallwinkel der auftreffenden Strahlung.Another class consists of coatings known as "metallic blacks" will. They are typically applied by electroplating to shiny metal substrates, but they can also can be generated by vapor deposition or sputtering. Reference is made in this regard to Volume 1, Journal of Energy, pages 100-107 (1977). It finally exists also a class of materials that have large-scale or extensive surface roughness, such as it can be formed, for example, by a growth of dendrites or by etching, so that a surface arises, which is spectrally selective, i.e. which absorbs light to a great extent that is normal to it and has a low emissivity for angles away from normal. Such materials are used in conjunction with a material that is slightly spectrally selective. An example of this is dendritically grown tungsten. Reference is made in this regard to Volume 26, Applied Physics Letters "pages 557-559 (1975) referenced. To other types of surface structuring lead films with graded index (see e.g. Volume 16, "Applied Optics? pages 1438-1443, (1977)), corrugated 'or ribbed surfaces (see e.g. Volume 22, Optics Communications, pp. 421-426, (1977)) and a concept using a structure similar to that of Butterfly's eye is (see e.g. Volume 244, 'Nature "pages 281-282, h 973). Many of the absorbers discussed with a structured surface have, however, as already by L. Melamed et al in Volume 1, "journal of Energy '} page 100-107 (1977), noted that the weak point was a strong dependence of the absorption capacity on the angle of incidence the incident radiation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wirkungsvollen selektiven Solarstrahlungs-Absorber zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.The present invention is based on the object of an effective selective solar radiation absorber to accomplish. According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the main claim.

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Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung bezweckt desweiteren die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung der selektiven SolarStrahlungs-Absorber. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs gelöst» Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Preferred developments are described in the subclaims. The invention further aims to Creation of a process for the production of selective solar radiation absorbers. This task will solved according to the invention by the subject matter of the claim »Preferred developments are in the subclaims described.

Der erfindungsgemäße selektive Solarstrahlungs-Absorber enhält eine geschützte Grenzfläche mit einer strukturierten abgestuften Oberflächengestaltung, die durch Hohlräume bzw. Vertiefungen charakterisiert ist, welche eine mittlere Tiefe D und einen mittleren Abstand S aufweisen,wobei das Verhältnis D/S bei zumindest 7 liegt Die Grenzfläche enthält einen Wellenlängenbereich, über den das Reflektionsvermögen der einfallenden Strahlung kleiner ist als etwa 5%, wobei der Bereich annähernd durch die Beziehung 2OS — Π — 6D bestimmt ist. Jedes Verfahren, das in der Lage ist, derartige strukturierte abgestufte Oberflächen herzustellen, eignet sich für die Durchführung der Erfindung.The selective solar radiation absorber according to the invention contains a protected interface with a structured stepped surface design, which is characterized by cavities or depressions which have an average depth D and an average distance S, the ratio D / S being at least 7 a wavelength range over which the reflectivity of the incident radiation is less than about 5%, the range being approximately determined by the relationship 2OS - Π - 6D. Any method capable of producing such structured stepped surfaces is suitable for practicing the invention.

Die abgestufte, strukturierte Oberfläche der vorliegenden Erfindung zeigt ein ausnehmend niedriges Reflexionsvermögen, was einer hohen Absorbtion entspricht, über einen wesentlichen Bereich der einkommenden Solarstrahlung . Darüberhinaus erhält man ein hohes Reflexionsvermögen (etwa 0,8)im Infrarotbereich(über etwa 4/im bei 100° C) ο Es zeigen daher Kollektoren, welche die strukturierte abgestufte Oberfläche der Erfindung verwenden, einen größeren Wirkungsgrad als solche, welche dies nicht tun- Das erhaltene äußerst niedrige Reflexionsvermögen ist darüber hinaus wesentlich unabhängig vom Einfallswinkel der Solarstrahlung.The stepped, textured surface of the present invention exhibits exceptionally low reflectivity, which corresponds to a high absorption, over a substantial area of the incoming solar radiation . In addition, a high reflectivity (about 0.8) in the infrared range (over about 4 / µm) is obtained at 100 ° C) ο It therefore shows collectors which structured stepped surface of the invention use a greater efficiency than those which do not - the extremely low reflectivity obtained is also substantially independent the angle of incidence of solar radiation.

-Al--Al-

Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.The accompanying drawings serve to further explain the invention.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm das Strahlungsspektrum der Sonne und von der Absorber-Temperatur abhängige Kurven der thermischen Emission, wobei als Koordinaten die Intensität und die Wellenlänge aufgetragen sind.Fig. 1 shows in a diagram the radiation spectrum of the sun and dependent on the absorber temperature Thermal emission curves, with intensity and wavelength plotted as coordinates are.

Fig. 2 A zeigt im Querschnitt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen abgestuften, strukturierten Grenzfläche. Fig. 2A shows in cross section an example of one according to the invention graded, structured interface.

Fig. 2 B zeigt einen Teil der Grenzfläche in stark vergrößertem Maßstab.Fig. 2B shows part of the interface in a greatly enlarged Scale.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens von den Charakteristiken der Abstufung und Strukturierung der Grenzfläche, wobei als Koordinaten das Reflexionsvermögen und die Wellenlänge aufgetragen sind.Fig. 3 shows the dependency of the reflectivity on the characteristics of the gradation and structuring of the interface, with the reflectivity as coordinates and the wavelength are plotted.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des berechneten Reflexionsvermögens einer Luft/Glas-Gold/Gold abgestuften Grenzfläche von der Tiefe der Abstufungen und dem Einfallswinkel, wobei als Koordinaten das Reflexionsvermögen in Prozent und die Wellenlänge in μτα aufgetragen sind.4 shows the dependence of the calculated reflectivity of an air / glass-gold / gold graded interface on the depth of the gradations and the angle of incidence, the reflectivity being plotted as coordinates in percent and the wavelength in μτα.

Fig. 5 zeigt das Reflexionsspektrum eines teilchenspurgeätzten Quarzglases, das eine Schicht aus Tellur trägt, wobei als Koordinaten das Reflexionsvermögen und die Wellenlänge aufgetragen sind.Fig. 5 shows the reflection spectrum of a particle track etched Quartz glass that has a layer of tellurium, with the reflectivity and the Wavelength are plotted.

Fig. 6 A zeigt den Gradienten einer Zusammensetzung eines Gold-Quarz-Films, der auf einem Quarzsubrat gebildet 5 ist, wobei als Koordinaten Volumen-Prozent und die Tiefe aufgetragen sind.Fig. 6A shows the gradient of a composition of a gold-quartz film formed on a quartz substrate 5, wherein the volume percent and the depth are plotted as coordinates.

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Fig. 6 B zeigt das Reflexionsvermögen des Films von Fig. 6 A, wobei als Koordinaten das Reflexionsvermögen und die Wellenlänge aufgetragen sind.Fig. 6B shows the reflectivity of the film of Fig. 6A, taking as coordinates the reflectivity and the wavelength are plotted.

In Fig. 1 zeigt die Kurve 10 das Strahlungsspektrum der Sonne, die·Kurve 11 das Spektrum der thermischen Emission, d.h. der Strahlung eines schwarzen Körpers bei 100 C, die Kurve 12 bei 22O°C und die Kurve 13 bei 3 2O°C. Man erkennt, daß das Spektrum der thermischen Emission sich teilweise mit dem Ener^giespektrum des Sonnenlichts überlagert. Mit zunehmender Absorber-Temperatur wird das thermische Emissionsspektrum in Richtung auf kürzere Wellenlängen verschoben, so daß der Betrag, um den eine Überlappung stattfindet, zunimmt.In Fig. 1, curve 10 shows the radiation spectrum of the sun, curve 11 the spectrum of thermal emission, i.e. blackbody radiation at 100 ° C, curve 12 at 220 ° C, and curve 13 at 30 ° C. One recognises, that the spectrum of thermal emission is partially superimposed with the energy spectrum of sunlight. With As the absorber temperature increases, the thermal emission spectrum moves towards shorter wavelengths shifted so that the amount by which there is an overlap increases.

Im Zuge der vorliegenden Anmeldung ist mit den Bezeichnungen "Struktur" und "strukturiert" die Ausbildung einer Oberfläche in horizontaler, d.h. parallel zu ihr verlaufenden Richtung gemeint, während mit den Bezeichnungen "Stufung", "abgestuft" oder "Stufentiefe" die Strukturierung in hierzu senkrechter Richtung verstanden wird. Ein erheblicher Teil der bisherigen Arbeiten auf dem Gebiet selektiv reflektierender Oberflächen befaßte sich entweder mit der Strukturierung oder mit der Abstufung der Oberflächen. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung erhält man im Gegensatz hierzu ausnehmend niedrige Werte für das Reflexionsvermögen (weniger als etwa 5 %) über einen erheblichen Wellenlängenbereich, indem sowohl die Struktur als auch die Abstufung der Grenzfläche, auf welche die Sonnenstrahlung auffällt, festgelegt werden.In the course of the present application is with the designations "Structure" and "structures" the formation of a surface in a horizontal direction, i.e. running parallel to it Direction is meant, while the terms “gradation”, “graduated” or “step depth” refer to the structuring is understood in the direction perpendicular to this. A significant amount of previous work in the field selectively reflective surfaces dealt with either structuring or grading of the surfaces. In contrast, when practicing the present invention, exceptionally low levels are obtained Reflectivity values (less than about 5%) over a significant range of wavelengths by both the structure as well as the gradation of the interface on which the solar radiation is incident can be determined.

Der- Wellenlängenbereich ist etwa durch die Beziehung 20 S STi! "— 6 D festgelegt, wobei D und S sich auf die Ausbildung der Oberfläche beziehen, was bedeutet, daß die Oberfläche durch Hohlräume (oder Vorsprünge) von einer mittleren Tiefe D und einem mittleren Abstand S gekennzeichnet ist .The wavelength range is approximately 20 S STi! "- 6 D, where D and S relate to the formation of the surface, which means that the surface is characterized by cavities (or protrusions) of an average depth D and an average distance S.

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Ein Verhältnis D/S von zumindest etwa 7 liefert ein Gebiet mit niedrigem Reflexionsvermögen und ausreichender spektraler Breite, um das Sonnenspektrum aufzunehmen und ist daher bevorzugt. Die Tiefe D sollte vorzugsweise derart gewählt sein, daß die Wellenlänge des Übergangs zwischen dem reflektierenden und absorbierenden Zustand bei ungefähr?\T auftritt.A D / S ratio of at least about 7 provides an area of low reflectivity and sufficient spectral latitude to accommodate the solar spectrum and is therefore preferred. The depth D should preferably be chosen such that the wavelength of the transition between the reflecting and absorbing state occurs at approximately ? \ T.

Es ist bekannt, daß normales Fensterglas ein Reflexionsvermögen von ungefähr 4 % pro Grenzfläche aufweist. Eine Quarzoberfläche, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt ist, zeigt dagegen ein Reflexionsvermögen von 2 % pro Grenzfläche im sichtbaren Spektralbereich für eine Reduktion von ungefähr 50%. Klarerweise erhöhen ein derart niedriges Reflexionsvermögen und ein entsprechend hohes Durchlaßvermögen die Wirksamkeit bei einer Verwendung mit einem Solar-Kollektor-System.It is known that normal window glass has a reflectivity of about 4% per interface. One On the other hand, quartz surface treated according to the present invention exhibits a reflectivity of 2% per interface in the visible spectral range for a reduction of approximately 50%. Obviously increase one such a low reflectivity and a correspondingly high transmittance would be effective in one use with a solar collector system.

In den Figuren 2 A und 2 B ist eine erfindungsgemäße strukturierte und abgestufte Grenzfläche 21 dargestellt. Die Grenzfläche trennt ein hochtransparentes Material 20, auf welches die Sonnenstrahlung 23 auffällt und ein hochreflektierendes Material 22 voneinander. Die relativen Dicken der Schichten 20 und 22 spielen keine Rolle, wenn man davon absieht, daß sie von dem zu ihrer Herstellung verwendeten Verfahren abhängen und daß dann,wenn beide Schichten 20 und 22 sehr dünn sind, die Verwendung eines als Halterung dienenden Substrats 24 bevorzugt sein kann. Die Grenzfläche 21 ist durch Hohlräume bzw. Vertiefungen mit einer mittleren Tiefe D und mittleren Abständen S charakterisiert.In Figures 2 A and 2 B is an inventive structured and graded interface 21 is shown. The interface separates a highly transparent material 20, on which the solar radiation 23 is incident, and a highly reflective material 22 from each other. The relative Thicknesses of the layers 20 and 22 are irrelevant, apart from the fact that they are used for their manufacture will depend on the method used and that if both layers 20 and 22 are very thin, the use a substrate 24 serving as a holder may be preferred. The interface 21 is formed by cavities or Depressions with a mean depth D and mean distances S are characterized.

Das optisch transparente Abdeckmaterial 20, das bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet wird, hat einen Brechungsindex von allgemein zwischen 1,3 und 2,0 und eine Dicke, die von ungefähr D bis 1000 ^um reicht.The optically transparent cover material 20, which in the Used in practicing the invention has an index of refraction generally between 1.3 and 2.0 and a thickness ranging from about D to 1000 µm.

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Das optisch transparente Material ist ein Material,The optically transparent material is a material

wie beispielsweise ein Dielektrikum oder ein Halbleiter, das in dem thermischen Infrarot-Bereich wesentlich durchsichtig ist und gegenüber Luft eine glatte Oberfläche
aufweist, die bezüglich des Spektrums des Sonnenlichts ein Reflexionsvermögen von weniger als etwa 5 % aufweist. Die bevorzugte Dicke hängt von dem Verfahren ab, das
zur Herstellung der Schicht verwendet wird. Die maximale Dicke ist durch die Absorptionseigenschaften des Materials in dem Wellenlängenbereich begrenzt, in dem es Energie abstrahlt. Für ein Material mit einem Arbeitsbereich von ungefähr 100°C liegt das thermische Emissionsband zwischen ungefähr 4 und 20 ^im. Das in der Schicht 20 verwendete Material kann irgendeines von anorganischen
such as a dielectric or a semiconductor, which is substantially transparent in the thermal infrared range and a smooth surface to air
which has a reflectivity of less than about 5% with respect to the spectrum of sunlight. The preferred thickness depends on the method that
is used to produce the layer. The maximum thickness is limited by the absorption properties of the material in the wavelength range in which it radiates energy. For a material with a working range of about 100 ° C, the thermal emission band is between about 4 and 20 ^ im. The material used in layer 20 can be any of inorganic

Oxidgläsern sein, irgendeines der allgemein in der elektronischen-und Solarzellen-Industrie verwendeten Silikongummieinkapslungsmaterialen oder irgendeines von einer Anzahl von Polymeren, die in der Kunststoff-Industrie
bekannt sind oder irgendeines von anderen Materialien, die in praktisch verwendbaren Dicken für das thermische Emissionsband wesentlich durchlässig sind. So läßt beispielsweise Polyäthylen mit einer Dicke von O,127mm(5 mils) 80 % der anfallenden Infrarot-Strahlung durch und reflektiert weniger als 5 %.
Oxide glasses, any of the silicone rubber encapsulating materials commonly used in the electronics and solar cell industries, or any of a number of polymers used in the plastics industry
are known or any of other materials which, at practical thicknesses, are substantially transparent to the thermal emission band. For example, 0.17mm (5 mils) thick polyethylene transmits 80% of the infrared radiation and reflects less than 5%.

Die optisch reflektierende untere Schicht 22, die für
Infrarot ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, das
größer ist als ungefähr 0,8;kann ein Metallfilm sein,
z.B. aus AluminiumfNickel oder Wolfram, der auf die
The optically reflective lower layer 22 used for
Infrared has a high reflectivity that
is greater than about 0.8 ; can be a metal film,
eg made of aluminum f nickel or tungsten, which on the

Rückseitenoberfläche der optisch durchlässigen Schicht 20 abgeschieden ist,oder irgendeines der in der Kunststoff-Industrie bekannten leitenden Polymeren oder ein Teil eines massiven Metalls, auf dem die optisch durchlässige Schicht abgeschieden ist. Die Unterschicht muß ausreichend dick sein, um wesentlich vollständig opak bzw. lichtundurchlässig zu sein und das Infrarot zu reflektieren. Back surface of the optically transparent layer 20, or any of those in the plastics industry known conductive polymer or part of a solid metal on which the optically transparent Layer is deposited. The underlayer must be sufficiently thick to be substantially completely opaque or completely opaque. to be opaque and reflect the infrared.

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Die typische Ausbildung der Grenzfläche kann durch eine Diffusion von zwei Schichten ineinander oder durch die Herstellung einer rauhen Oberfläche in der einen Schicht oder in der anderen Schicht durch eine Vielzahl verschiedener Maßnahmen erzeugt werden, wie beispielsweise durch Zerstäubungsätzen, reaktive Zerstäubung, Teilchenspur-Ätzen, thermische Verdampfung durch ein Gas mit niedrigem Druck oder Abdruckbildung bzw. Nachbildung und anschließende Abscheidung der zweiten Schicht auf der ersten Schicht.The typical formation of the interface can be achieved by a Diffusion of two layers into one another or by creating a rough surface in one layer or in the other layer by a variety of different measures, such as by Sputter etching, reactive sputtering, particle track etching, thermal evaporation by a low gas Printing or replication and subsequent deposition of the second layer on the first Layer.

Teilchenspur-Ätzen kommt bevorzugt zur Anwendung, da es allgemein gesprochen, schwierig ist, auf andere Weise in der erwünschten Grenzfläche eine derart fein abgestufte Morphologie zu erzeugen. Teilchenspur-Ätzen kann bei einer großen Vielfalt von Materialien angewendet werden.Particle track etching is preferred because it Generally speaking, it is difficult to otherwise be so finely graded in the desired interface Generate morphology. Particle track etching can be used on a wide variety of materials will.

Bei Untersuchungen der Beschädigungen im Bereich der Spuren, die Hochenergie-Teilchen in Festkörpern hinterlassen, fand man, daß die Beschädigungsspur ,die beim Durchgang eines hochenergetischen Ions durch ein dielektrisches Material entsteht, ausgeätzt werden kann. Es wird diesbezüglieh beispielshalber auf R.L.Fleischer et al, Nuclear Tracks in Solids, university of California Press 1975 verwiesen. Für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignete dielektrische Materialien sind derartige, die einen spezifischen Widerstand aufweisen, der größer ist als ungefährWhen investigating the damage in the area of the traces, the high-energy particles in Left behind solid bodies, it was found that the trace of damage left when passing through a high-energy Ions created by a dielectric material can be etched out. It will be related to this for example on R.L. Fleischer et al, Nuclear Tracks in Solids, university of California Press referenced 1975. Suitable dielectric materials for use in the present invention are those that have a resistivity greater than approximately

3
2 χ 10 JZ. cm. Beispiele von derartigen Materialien sind in der Tabelle 1-1 auf S. 16 des vorstehend genannten Artikels aufgeführt. Zu ihnen gehören Isolatoren wie Silikat-Mineralien, Alkali-Halogonide, Isoliergläser und Polymere ( J? = 10 bis 10 Ji-cm) ,
3
2 χ 10 JZ. cm. Examples of such materials are given in Table 1-1 on page 16 of the above article. They include insulators such as silicate minerals, alkali halides, insulating glasses and polymers ( J? = 10 to 10 Ji-cm),

J 3 J 3

schlechte Isolatoren wie MoS2 {ß = 2 χ 10 bis 2 χbad insulators like MoS 2 {ß = 2 χ 10 to 2 χ

10 _/?_ -cm) und Halbleiter wie beispielsweise V9O1.10 _ /? _ -Cm) and semiconductors such as V 9 O 1 .

3 4 ^j3 4 ^ j

Glas ( JP = 2 χ 10 bis 2 χ 10 JZ- cm) ."Glass ( JP = 2 10 to 2 χ 10 JZ- cm). "

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Durch geeignete Justierung in der Dichte der für den Beschüß einer Dielektrikunisoberflache verwendeten Ionen und durch Modifikationen in der Ätztechnik läßt sich eine hochgradig gesteuerte Oberflächengestaltung erreichen. Diese Oberflächengestaltung kann eine Oberfläche mit niedrigem Reflexionsvermögen hervorrufen. Derartige Oberflächen mit niedrigem Reflexionsvermögen lassen.sich in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten mit Nutzen einsetzen, wozu auch Anwendungen gehören, die eine Durchlässigkeit für Energie im nahen Infrarot-Bereich , im Bereich des sichtbaren bzw. optischen Spektrums und im Ultravioletten Wellenlängenbereich in und/oder durch ein transparentes Material erfordern. Zum Teilchenspur-Ätzen einer Oberfläche sind zwei Verfahrensschritte notwendig. Der erste Schritt besteht darin, daß man eine Oberfläche einem kollimierten Strahl mit hochenergetischen Ionen aussetzt. Die Ionen können Kernaufspalt-Teilchen sein oder irgendeines von einer Anzahl von Elementen, die dem Fachmann auf dem Gebiet des Teilchenspur-Ätzens bekannt sind. Zu Beispielen von Quellen für Kernaufspaltungsteilchen gehörenBy suitable adjustment in the density of the used for bombarding a dielectric surface Ions and through modifications in the etching technique can be a highly controlled surface design reach. This surface finish can have a low reflectivity surface cause. Such low reflectivity surfaces can be used in a variety of areas of application with benefit, including applications that allow permeability for energy in the near infrared range, in the range of the visible or optical spectrum and in the ultraviolet Require wavelength range in and / or through a transparent material. For etching of particle tracks Two process steps are necessary for a surface. The first step is that you exposing a surface to a collimated beam of high energy ions. The ions can split nuclei be or any of a number of elements known to those skilled in the art of particle track etching are known. Examples of sources of nuclear fission particles include

?^"λ y^R 0^,0 "?ΔΔ ? ^ "λ y ^ R 0 ^, 0"? ΔΔ

U, U, Th, PU und kosmische Strahlung.U, U, Th, PU and cosmic rays.

Beispiele von anderen Elementen, die herkömmlicherweise bei einem Teilchenspur-Ätzen verwendet werden und von den Energien, die für unterschiedliche Ma-'terialien benötigt werden, sind in dem genannten Fleischer-Artikel auf S. 18 - 20 beschrieben. Die Elemente reichen von Wasserstoff bis zu Eisen und bis zu Uran-Spaltteilchen.Examples of other elements conventionally used in particle track etching and of the energies that are responsible for different materials are required are described in the aforementioned Fleischer article on p. 18 - 20. the Elements range from hydrogen to iron and uranium fission particles.

Die Teilchen dringen eine Strecke in die Oberfläche ein, wobei sie in ihrer Bewegungsbahn eine Spur vonThe particles penetrate a certain distance into the surface, leaving a trace of in their trajectory

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geschädigtem Material hinterlassen. Indem man die Oberfläche einem geeigneten chemischen Ätzmittel aussetzt, werden konische Bohrungen oder Hohlräume bzw. Vertiefungen geschaffen, die zentrisch um die jeweiligen Zerstörungsspuren verlaufen.left damaged material. By applying a suitable chemical etchant to the surface exposing, conical bores or cavities or depressions are created that are centered around the respective traces of destruction.

Die Tiefe, mit der die Teilchen in die Oberfläche eindringen, hängen von der Art des Materials und der Energie der Hochenergie-Strahlung ab. Die Natur des Materials ist durch dessen Absorptionskoeffizient für die Teilchenstrahlung bestimmt, wobei, was allgemein bekannt ist, mit zunehmendem Ab-Sorptionskoeffizient die Eindringtiefe abnimmt. Bezüglich der Energie der Hochenergie-Teilchen ist all gemein bekannt, daß mit zunehmender Teilchen-Energie die Eindringtiefe in das Material zunimmt. Zur Erzeugung einer wirksamen Oberfläche mit niedrigem Reflexionsvermögen im Ultravioletten, im optischen und im nahen Infrarot-Bereich (ungefähr 0,1 - 2 jam) muß die Eindringtiefe größer sein als die Tiefe, bis zu der die Oberfläche geätzt wird (weniger als ungefähr 1 /im) . Zum Teilchenbahnfitzen benötigt man derartige Hochenergie-Teilchen, daß diese Bedingung leicht erfüllt wird. Spezielle Werte können aus dem Artikel von L.C. Northcliffe et al "Range and Stopping Power Tables of Heavy. Ions", Nuclear Data Tables A7, S. 233-463 (1970) entnommen werden. Man erhält beispielsweise für 3 MeV Teilchen von 160 eine Eindringtiefe in Polymere bis zu einer Tiefe von ungefähr 4 yum für Polyäthylen und ungefähr 5 yum für Polyterephtalat (Mylar). Die Eindringtiefe scheint relativ unempfindlich 5 gegenüber der Zusammensetzung der Polymere zu sein.The depth to which the particles penetrate the surface depend on the type of material and the energy of the high-energy radiation. The nature of the material is determined by its absorption coefficient for particle radiation, whereby, as is well known, with increasing absorption coefficient the depth of penetration decreases. Regarding the energy of the high-energy particles, there is all It is common knowledge that the greater the particle energy, the greater the depth of penetration into the material. To the Creation of an effective surface with low reflectivity in the ultraviolet, in the optical and in the near infrared range (approximately 0.1-2 jam) the penetration depth must be greater than the depth to which the surface will be etched (less than about 1 / in). To the particle track frenzy one needs such high-energy particles that this condition is easily met. Specific Values can be found in the article by L.C. Northcliffe et al "Range and Stopping Power Tables of Heavy. Ions ", Nuclear Data Tables A7, pp. 233-463 (1970). One obtains, for example, for 3 MeV Particles of 160 penetrate polymers to a depth of approximately 4 µm for polyethylene and about 5 yum for polyterephthalate (Mylar). The depth of penetration seems relatively insensitive 5 compared to the composition of the polymers.

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Das Verhältnis von Ätztiefe zu Basisdurchmesser ist durch das Probenmaterial, das Ätzmittel und durch die Ätzbedingungen bestimmt» Allgemeine Richtlinien für die Wahl der Ätzmittel und der Ätzbedingungen sind für geringe Konzentrationen von derartigen Beschädigungsspuren gut bekannt» Wenn man jedoch einen Abstand zwischen den einzelnen Spuren erhalten will, bei der die Teilung S der bei einer Überlappung der konischen Vertiefungen erhaltenen Struktur ausreichend klein ist, benötigt man eine erheblich größere Dichte von Beschädigungsspuren als es üblicherweise der Fall ist und es ist in einigen Fällen notwendig, die Ätzmittel und die Ätzbedingungen abzuwandeln, damit man optimale Ergebnisse erhält. In allen Fällen müssen die Ätzzeiten drastisch verkürzt oder die Ätzmittel-Stärken bzw. Konzentrationen herabgesetzt werden, da man erheblich kleinere Vertiefungen benötigt als zum herkömmlichen Nachweis einer einzelnen Teilchen-Spur. The ratio of etching depth to base diameter is determined by the sample material, the etchant and determined by the etching conditions »General guidelines for the choice of etching agents and etching conditions are well known for low concentrations of such traces of damage »If However, you want to get a distance between the individual tracks in which the pitch S of the an overlap of the conical depressions obtained is sufficiently small, is required one has a considerably greater density of traces of damage than is usually the case and it is in some cases it is necessary to modify the etching agents and the etching conditions in order to obtain the best results receives. In all cases, the etching times or the etchant strengths must be drastically reduced or concentrations are reduced, since you need considerably smaller wells than for conventional single particle trace detection.

Von Fleischer et al wird beispielsweise in Tabelle 2-2 ein Rezept für den Ätzvorgang von belichtetem Quarzglas gegeben, bei dem ein Eintauchen in 28 Mol% HF über eine Zeitdauer von einer Minute bei Zimmertemperatur gefordert wird. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erfolgt dieses Ätzen zu schnell- Ein geeignetes Ätzen findet dagegen bei der Verwendung von 10 Mol% HF über eine Zeitdauer von 90 Sekunden bei Zimmertemperatur statt. Ein Ätzen mit 2,5 Gew.% NH.HF„ in Wasser über eine Zeitdauer von 6 Minuten bei Zimmertemperatur eignet sich in äquivalenter Weise und ist etwas sicherer.For example, Table 2-2 by Fleischer et al shows a recipe for the etching process of exposed Given quartz glass, in which an immersion in 28 mol% HF for a period of one minute is required at room temperature. For the purposes of the present invention, this is done Etching too fast - A suitable etching, however, finds when using 10 mol% HF over a period of 90 seconds at room temperature. Etching with 2.5 wt.% NH.HF "in water over a A period of 6 minutes at room temperature is equivalent and somewhat safer.

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Es sollte erwähnt werden, daß bei einer Herabsetzung der Konzentration der HF-Lösung auf 1 Mol% kein Teilchenbahn-Ätzen mehr beobachtet wird. (Es ist bekannt, daß bei einigen Materialien das Verhältnis der Bahri-Ätzgeschwindigkeit zur Ätzgeschwindigkeit in Vollmaterial von der Ätzen-Stärke bzw. der Ärzmittel-Konzentration abhängt. Für diese sehr schwache Ätze geht das Verhältnis wahrscheinlich bis zu 1 ■) . Die konischen Vertiefungen, welche durch die HF-Ätze erzeugt werden, haben Durchmesser von etwa 120 nm und Tiefen von etwa 150 nm. Dies entspricht einem Spur/Vollmaterial Ätzverhältnis von 3,5.It should be noted that when the concentration of the HF solution is decreased to 1 mol%, none Particle orbit etching is observed more. (It is known that for some materials the ratio the Bahri etching speed to the etching speed in solid material of the etching strength or the medicament concentration depends. For this very weak etch the ratio is probably up to 1 ■). The conical depressions, which are produced by the HF etching, have a diameter of about 120 nm and depths of about 150 nm. This corresponds to a track / solid material etching ratio of 3.5.

Es wäre vorzuziehen, wenn dieses Verhältnis bemerkenswert größer wäre. Bei einem größeren Verhältnis nimmt D für einen gegebenen Wert von S zu und damit auch der Wellenlängenbereich des Fensters mit niedrigem Reflexionsvermögen. Ein Verhältnis von 3,5 ist jedoch so gut, wie es in Quarz erreicht wurde (Fleischer et al Tabelle 2-3). Sehr viel steilere d.h. spitzere Kegel (größere Verhältnisse) kann man in Kunststoffen erzielen, wobei jedoch hier wie im Falle von Quarz die Ätzgeschwinigkeit verringert werden muß, damit man beherrschbare Ätz-Zeiten erreicht. Die Konzentration des Ätzmittels und die Temperatur können typischerweise etwas verringert werden, ohne daß das Ätzverhältnis abnimmt, es gibt jedoch Grenzen, die von dem Material , den rezepturmäßigen Additiven und den Verunreinigungen in dem Material abhängen. So haben beispielsweise die Polycarbonate LEXAN (Warenzeichen von General Electric, Schenectady,New York) und CR-39 (erhältlich von Homelite Corp. Wilmington, Delaware) nominell die gleiche Zusammen-Setzung, sie sind jedoch durch unterschiedliche Ver-It would be preferable if this ratio were significantly larger. If the ratio is larger, D for a given value of S increases and thus also the wavelength range of the window with low reflectivity. However, a ratio of 3.5 is as good as it was achieved in quartz (Fleischer et al Table 2-3). Much steeper i.e. more pointed cones (larger ratios) can be achieved in plastics, but here, as in the case of quartz, the etching rate must be reduced in order to do so manageable etching times are achieved. The concentration of the etchant and the temperature can can typically be decreased somewhat without decreasing the etch ratio, but there are limits to the depend on the material, the additives in the formulation and the impurities in the material. For example, the polycarbonates LEXAN (trademarks of General Electric, Schenectady, New York) and CR-39 (available from Homelite Corp. Wilmington, Delaware) nominally the same composition, however, they are characterized by different

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fahren hergestellt. Bei einem Teilchenspur-Ätzen mit dem.Stand der Technik entsprechenden Parametern zeigt LEXAN-Material eine unregelmäßige Oberfläche während das CR-39 Material sauberere schärfere Vertiefungen aufweist.drive manufactured. In the case of particle track etching with parameters corresponding to the state of the art LEXAN material shows an irregular surface while CR-39 material has cleaner, sharper indentations having.

Der Abstand zwischen den Vertiefungen wird durch die Dichte der Teilchen bestimmt, mit denen die Proben beschossen wurden. Wenn die Oberfläche als Überzug mit niedrigem Reflexionsvermögen für Anwendungsbereiche auf dem Gebiet der Solar-Energie verwendet werden sollen, reicht die TeilchendichteThe distance between the wells is determined by the density of the particles with which the Samples were shot at. When the surface is used as a low-reflectivity coating for applications to be used in the field of solar energy, the particle density is sufficient

10 — 2 12—210-2 12-2

von ungefähr 10 cm bis 4 χ 10 cm ,so daß die Abstände zwischen den Vertiefungen, welche S bestimmen, ausreichend kleiner sind als die kürzeste Wellenlänge des zu absorbierenden Lichts (ungefähr 0,1from about 10 cm to 4 χ 10 cm, so that the Distances between the pits, which determine S, are sufficiently smaller than the shortest wavelength of the light to be absorbed (approx. 0.1

Die Tiefe, bis zu der die Vertiefungen geätzt werden, wird dann von dem Konus-Winkel bestimmt (der von dem Material, dem Ätzmittel und den Ätzbedingungen abhängt) ,wobei die Tiefe von der Ätzzeit unabhängig ist, da sobald es zu einer Überlappung der einzelnen Konen kommt, die Oberfläche konstant bleibt. Die Oberflächengestaltung wird zweckmäßigerweise gemessen, in dem man Transmissions-Elektronen-Mikroskop-Aufnahmen eines abgeschatteten Acetat-Abdrucks der Oberfläche herstellt.The depth to which the pits are etched is then determined by the cone angle (that of the Depends on the material, the etchant and the etching conditions), whereby the depth is independent of the etching time, because as soon as the individual cones overlap, the surface remains constant. The surface design is expediently measured by taking transmission electron microscope images a shadowed acetate impression of the surface.

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ΛΤΓΛΤΓ

-2α--2α-

Falls eine Oberfläche mit einem niedrigen Reflexionsvermögen für solartechnische Anwendungen verwendet wird, wo λ max = 2 pm und ^min = 0,3/Ίη betlägt, sind die Vertiefungen vorzugsweise zumindest,um einen Faktor 7 tiefer als sie an ihrer Basis breit sind (dies entspricht einem Bahn· - gegen Vollmaterial Ätzverhältnis von ungefähr 15) sodaß ein Konuswinkel von unter etwa 4° entsteht. Diese Bedingung läßt sich leicht mit den meisten Kunststoffen und Mineralien erzielen. Die Konuswinkel in Quarz- und anderen Oxidgläsern sind etwas größer, was die Breite des Spektralbereichs^ f\mxx\ bis λ max des Fensters mit kleinem Reflexionsvermögen deutlich herabsetzt.If a surface with a low reflectivity is used for solar technology applications, where λ max = 2 pm and ^ min = 0.3 / Ίη, the depressions are preferably at least a factor of 7 deeper than they are wide at their base (this corresponds to a path - against solid material etching ratio of approx. 15) so that a cone angle of less than approx. 4 ° is created. This condition can easily be achieved with most plastics and minerals. The cone angles in quartz and other oxide glasses are somewhat larger, which significantly reduces the width of the spectral range ^ f \ mxx \ to λ max of the window with low reflectivity.

Zur Erzeugung einer Hochtemperatur Solarstrahlungs-Energie absorbierenden Fläche wird vorzugsweise ein stark vernetzter Kunststoff verwendet. Beispiele hierfür sind Polyacrylnitril, Polyvinylidenechlorid und Reyon. Der Kunststoff wird einem kollimiertem Strahl von hochenergetischen Ionen ausgesetzt. Der Gesamtfluß zur Erzeugung konischer Vertiefungen mit 0,1 m Durchmesser beträgt etwa 10 cm-2, was wie vorstehend erwähnt, die notwendige Voraussetzung ist, daß die Basen der Vertiefungen sich überlappen und keine erheblichen ebenen ungeätzten Oberflächenbereiche verbleiben. Die Ionen sollten tiefer eindringen als das Ätzmittel, so daß die Vertiefungen spitze untere Enden aufweisen. 4 MeV Ionen mit einer Eindringtiefe von etwa 5 um sind geeignet.In order to generate a surface that absorbs high temperature solar radiation energy, a strongly networked one is preferably used Plastic used. Examples are polyacrylonitrile, polyvinylidene chloride and rayon. The plastic becomes one exposed to a collimated beam of high energy ions. The total flow to create conical depressions 0.1 m in diameter is about 10 cm-2, which, as mentioned above, is the necessary requirement that the bases of the wells overlap and no significant flat unetched surface areas remain. The ions should penetrate deeper than the etchant so that the depressions have pointed lower ends. 4 MeV Ions with a penetration depth of about 5 µm are suitable.

Die in der Flugbahn der Ionen erzeugten stark beschädigten Bereiche werden erheblich schneller geätzt als der unbeschädigte Kunststoff, sodaß man konische Vertiefungen ätzen kann, deren Tiefe ein mehrfaches des Basisdurchmessers beträgt, wie dies vorstehend beschrieben war.The heavily damaged areas created in the trajectory of the ions are etched considerably faster than the undamaged areas Plastic, so that you can etch conical depressions, the depth of which is several times the base diameter is as described above.

Falls es gewünscht ist, kann der Kunststoff in ein bei 5 hohen Temperaturen stabiles Material übergeführt werden, durch eine Karbonisierung über langsames Erhitzen, wie das bei der Herstellung von "High modulus" Kohlefaser geschieht.Diese Technik ist allgemein bekannt und bildet keinen Teil dieser Erfindung.If required, the plastic can be converted into a material that is stable at high temperatures, by carbonization via slow heating, as is the case in the production of "high modulus" carbon fiber This technique is well known and educates not part of this invention.

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Das allgemeine Vorgehen ist dabei wie folgt:The general procedure is as follows:

Zunächst erfolgt ein Erhitzen in Sauerstoff, um dieFirst, it is heated in oxygen in order to achieve the

Molekolarstruktur weiter zu vernetzen. Bei ungefähr 250 C erfolgt ein Erhitzen in Inertgas. Bei Erreichen von ungefähr 2000° C ist das Material im Wesentlichen reiner Kohlenstoff. Nachdem während des Erhitzungs-vorgangs eine bemerkenswerte Glasbildung und ein Schrumpfen stattfindet, sollte der Kunststoff so dünn wie praktisch handhabbar sein, damit man eine leichte Diffussion und nur geringe Spannungen erhält. Ein geeigneter Dickenbereich liegt zwischen etwa 0,0254 mm und 0,254 mm.To further cross-link molecular structure. Heating in inert gas takes place at around 250 ° C. When reaching around 2000 ° C the material is essentially pure carbon. After during the heating process a noticeable glass formation and shrinkage takes place if the plastic should be as thin how to be practically manageable, so that one obtains a slight diffusion and only low tension. A suitable one Thickness range is between about 0.0254 mm and 0.254 mm.

Falls die Oberfläche bei einer Temperatur verwendet werden soll, bei der sie verbrennen könnte, kann es erwünscht sein, den Kohlenstoff mit Siliciumdampf reagieren zu lassen, sodaß eine feuerfeste SiC-Schicht entsteht. Dieses Vorgehen kann mit irgendeinem von einer Anzahl von Materialien angewandt, werden, welche eine Reaktion eingehen um eine hitzebeständige Kohlenstoffverbindung zu erreichen,wobei SiC ein gutes Beispiel ist. Es muß lediglich achtgegeben werden, daß die reagierte Schicht nicht so dick wird, daß sie die Strukturierung der Oberfläche zusetzt. Eine Dicke in einer Größenordnung von 10 nm würde hierzu ausreichen.Nach der Bearbeitung kann die Oberfläche an einem geeigneten Substrat mit einem gegen hohe Temperaturen stabilen Klebstoff befestigt werden.If the surface is to be used at a temperature that could burn it, it can It may be desirable to let the carbon react with silicon vapor, so that a refractory SiC layer arises. This approach can be used with any of a number of materials, including any one of a number of materials React to achieve a refractory carbon compound, SiC being a good example. Care must only be taken that the reacted layer does not become so thick that the structuring of the Surface clogs. A thickness of the order of 10 nm would be sufficient for this. After processing, the surface is attached to a suitable substrate with a high temperature stable adhesive will.

Im Hinblick auf eine große Lebensdauer der Oberfläche wird vorzugsweise darauf geachtet, daß die Grenzflächenenergie zwischen den beiden Schichten, d.h. zwischen der optisch durchsichtigen und der reflektierenden Schicht erheblich kleiner ist als die freie Oberflächenenergie der beiden Schichten getrennt, was den Vorzug hat, daß die beiden Schichten die Grenzfläche nicht nur schützen, sondern auch stabilisieren. Eine Stabilisierung ist notv/endig, da dieWith a view to a long service life of the surface it is preferred to ensure that the interfacial energy between the two layers, i.e. between the optically transparent and the reflective layer is considerably smaller than the surface free energy the two layers separated, which has the advantage that the two layers not only protect the interface, but also stabilize. A stabilization is necessary, since the

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Aufrauhung der Fläche, deren Oberfläche erheblich vergrößert und ohne eine derartige Stabilisierung die Oberflächenspannung versuchen würde, die Grenzfläche zu glätten.Roughening of the surface, the surface of which is considerably enlarged and without such stabilization the Surface tension would try to smooth the interface.

In der Kurve von Fig. 3, bei der als Koordinaten das Reflexionsvermögen und die Wellenlänge aufgetragen sind, ist der Wellenlängenbereich dargestellt, über den das Reflexionsvermögen als Folge der strukturierten abgestuften Oberflächengestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein sehr niedriges Niveau abfällt. Die erwünschte Wellenlänge λ„ bei 6 D wird durch die erwarteteIn the curve of Fig. 3, in which the reflectivity and the wavelength are plotted as coordinates, the wavelength range is shown over which the reflectivity is graded as a result of the structured Surface design according to the present invention drops to a very low level. The desired wavelength λ „at 6 D is determined by the expected

Betriebstemperatur des Kollektors bestimmt und hängt von dem verwendeten Konzentrationsverhältnis ab, wenn ein Konzentrator verwendet ist. Typischerweise liegt ?V „ in Bereichen zwischen etwa 1-3 yam. Die Wellenlänge ^ bei 20 S ist die minimale Grenzlänge des Sonnen-Strahlungsspektrums und liegt bei ungefähr 350 nm.The operating temperature of the collector is determined and depends on the concentration ratio used, if a Concentrator is used. Typically, "V" ranges between about 1-3 yam. The wavelength ^ at 20 S is the minimum limit length of the solar radiation spectrum and is around 350 nm.

Das gefundene äußerst niedrige Reflexionsvermögen, das in Fig. 3 dargestellt ist, ist vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlung auf den Absorber.wesentlich unabhängig. Dies geht aus Fig. 4 hervor, in der als Koordinaten das Reflexionsvermögen und die Wellenlänge aufgetragen sind.Found extremely low reflectivity that is shown in Fig. 3, is essentially independent of the angle of incidence of the solar radiation on the absorber. This can be seen from FIG. 4, in which the reflectivity and the wavelength are plotted as coordinates.

Fig. 4 zeigt berechnete Werte für das Reflexionsvermögen einer Luft/Glas-Gcld/Gold strukturierten, abgestuften Grenzfläche als Funktion sowohl der Stufentiefe ( in einem Bereich von 0,1 - 0,3 jum) als auch des Einfallswinkels der auffallenden Sonnnenstrahlung (senkrecht und 57° aus der Senkrechten). Die Berechnungen werden mittels eines Computermodells des Systems durchgeführt, das eine dielektrische Schicht enthält, eine Grenzfläche und eine metallische Schicht, wobei die Grenzfläche modellmäßig durch hundert dünne Schichten ersetzt wird, welche Mi-5 schungen aus Metall und Dielektrikum sind, wobei der Metallanteil in Volumenprozent linear mit der Tiefe der Grenzschicht zunimmt.4 shows calculated values for the reflectivity of an air / glass-Gcld / gold structured, stepped interface as a function of both the step depth (in a range of 0.1-0.3 μm) and the angle of incidence of the incident solar radiation (perpendicular and 57 ° from the vertical). The calculations are carried out by means of a computer model of the system, which contains a dielectric layer, an interface and a metallic layer, the interface being replaced as a model by a hundred thin layers, which are mixtures of metal and dielectric, the metal content in percent by volume increases linearly with the depth of the boundary layer.

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Die Dielektrizitätskonstanten der dielektrikum-und Metallkomponenten werden für die speziell verwendeten Dielektrika und Metalle aus der Literatur entnommen. Die Dielektrizitätskonstanten der Grenzschicht werden aus den Dielektrizitätskonstanten der Komponenten berechnet, wobei man eine Mittelwertsnäherung verwendet, wie sie in Band 45 "Thin Solid Films" Seiten 19 bis 29 (1977) beschrieben ist. Das Reflexionsvermögen dieser aus Filmen zusammengesetzten Anordnung wird durch eine iterative Technik berechnet, bei der die Reflexionen von jeder der 101 Grenzflächen aufsummiert werden unter sorgfältiger Berücksichtigung von Mehrfachreflexionen. Die Anzahl der gewählten Grenzschichten ist groß genug, um davon ausgehen zu können, daß das Rechenergebnis wesentlich mit dem Reflexionsvermögen einer glatten Stufe äquivalent ist. Die Topologie der Oberfläche wird bei der Wahl der Näherung in der Berechnung der Dielektrizitätskonstante der Dielektikunu-Hetall-Mischungen innerhalb der Stufe berücksichtigt.The dielectric constants of the dielectric and metal components are taken from the literature for the specific dielectrics and metals used. the Dielectric constants of the boundary layer are calculated from the dielectric constants of the components, using a mean approximation as described in Volume 45 "Thin Solid Films" pages 19 to 29 (1977) is described. The reflectivity of this assembly composed of films is determined by a iterative technique in which the reflections from each of the 101 interfaces are summed up under careful consideration of multiple reflections. The number of boundary layers chosen is large enough in order to be able to assume that the calculation result essentially corresponds to the reflectivity of a smooth Level is equivalent. The topology of the surface is used in the choice of the approximation in the calculation of the dielectric constant the Dielektikunu-Hetall mixtures within the level taken into account.

Die Antireflexeigenschaften der erfindungsgemäßen abgestuften strukturierten Oberfläche sind für jedes Material, das Licht sammeln muß, ein offensichtlicher Vorteil. Insbesondere viele Fotoelemente haben ein hohes Reflexionsvermögen, wenn ihre Oberflächen nicht behandelt sind. Glatte Siliciumoberflachen haben beispielsweise ein Reflexionsvermögen von ungefähr 36 %. Wenn die Oberfläche makroskopisch aufgerauht wird, kann das Reflexionsvermögen auf etwa 10 % verringert werden. Wenn Antireflexfilme zugegeben werden, läßt sich das Reflexionsvermögen weiter herabsetzen auf lediglich einige Prozent, wobei jedoch ein exakt aufgebrachter Antireflexfilm bei den Endkosten der Vorrichtung zu Buche schlägt. Ein Aufbau, für den eine Verwendung von Dünnfilmfotoelementen in Betracht gezogen wird, enthält eine Glasplatte, die ein Substrat bildet . über diese: wird ein durchsichtiger Leiter als Kontakt abgeschieden und anschließend wird ein Dünnfilm aus einem Halbleitermaterial zusammen mit dem Rest der Vorrichtung aufgebracht.The anti-reflective properties of the graded according to the invention structured surfaces are an obvious advantage for any material that needs to collect light. Many photo elements, in particular, have high reflectivity if their surfaces are not treated are. For example, smooth silicon surfaces have a reflectivity of approximately 36%. If the If the surface is macroscopically roughened, the reflectivity can be reduced to about 10%. If anti-reflective films are added, the reflectivity can be further reduced to only a few percent, but with a precisely applied anti-reflective film adding to the final cost of the device Book hits. A structure for which the use of thin film photo elements is contemplated includes a glass plate that forms a substrate. about this: will be a A transparent conductor is deposited as a contact and then a thin film is made of a semiconductor material applied along with the rest of the device.

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Der Wirkungsgrad kann eindeutig erhöht werden, wenn die Grenzfläche zwischen dem durchsichtigen Substrat und dem durchsichtigen Leiter und/oder die Grenzfläche zwischen dem durchsichtigen Leiter und dem Halbleiter in der vorstehend beschriebenen Weise strukturiert und abgestuft sind. Eine derartige Oberflächengestaltung kann erzielt werden, indem man eine dünne Dielektrikumschicht und anschließend den durchsichtigen Leiter auf ein ebenes Glassbstrat aufdampft. Die Halbleiterschicht kann dann über der durchsichtigen Leiterschicht abgeschieden werden. Eine Verdampfung der dielektrischen Schicht und des durchsichtigen Leiters bei geeigneten Bedingungen kann die erwünschte Oberflächengestaltung gemäß der Erfindung erzeugen. Es ist allgemein bekannt, daß thermische Verdampfen von Materialien durch eine Restgasatmosphäre zur Abscheidung von einer Schicht von feinen Teilchen führt und die erwünschte rauhe Ober-, fläche liefert. Es wird diesbezüglich beispielshalber auf Band 38 "Thin Solid Films" Seiten 109 bis 115 (1976) verwiesen. Eine Stabilisierung einer derartigen Oberfläche wird mittels einer transparenten darüberliegenden Schicht in der vorstehend beschriebenen Weise erzielt. In alternativer Weise können auch andere Techniken wie beispielsweise Teilchenspur-Ätzen zur Erzeugung der gewünschten Oberflächengestaltung verwendet werden. Man kann daher die gewünschte Oberflächengestalt an der Grenzschicht zwischen dem Glas und dem durchsichtigen Leiter und/oder an der Grenzschicht zwischen dem durchsichtigen Leiter und dem Halbleiter erzeugen.The efficiency can clearly be increased if the interface between the transparent substrate and the transparent conductor and / or the interface between the transparent conductor and the semiconductor are structured and tiered in the manner described above. Such a surface design can be achieved by putting a thin layer of dielectric and then putting the clear conductor on top a flat glass substrate is vapor-deposited. The semiconductor layer can then be deposited over the transparent conductor layer will. Evaporation of the dielectric layer and the transparent conductor when appropriate Conditions can produce the desired surface design according to the invention. It is generally known, that thermal evaporation of materials through a residual gas atmosphere for the deposition of a layer of fine particles and the desired rough surface, area supplies. In this regard, for example, on volume 38 "Thin Solid Films" pages 109 to 115 (1976) referenced. Such a surface is stabilized by means of a transparent overlying one Layer achieved in the manner described above. Alternatively, other techniques such as For example, particle track etching can be used to produce the desired surface design. Man can therefore have the desired surface shape at the interface between the glass and the transparent Produce conductors and / or at the interface between the transparent conductor and the semiconductor.

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Beispiele: Beispiel 1
Eine 1 pm dicke Te-Schicht wurde in ungefähr 10 Sekunden auf Mikroskop-Objektträger-Gläser bei einem Druck
Examples: Example 1
A 1 µm thick Te layer was applied to microscope slide glasses in about 10 seconds with one press

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von etwa 1,33 χ 1o Pa aufgedampft, so daß die erwünschten Oberflächengestalt erhalten wurde. Die Substrate wurden während der Verdampfungsvorgänge bei einer Temperaturevaporated from about 1.33 χ 1o Pa, so that the desired Surface shape was obtained. The substrates were during the evaporation processes at one temperature

von etwa 12O°C gehalten. Anschließend wurden die Objektträger Gläser mit Polystyrol überzogen, in dem man sie in eine Lösung aus Polystyrol in INHIBISOL (Warenzeichen von Penetone, Tenafly, NoJ.) eintauchte. Ein unüberzogenes Objektträger Glas wies ein Absorptionsvermögen für das Sonnenspektrum von etwa 0,95 bzw. ein Reflexionsvermögen von etwa 5 % auf und ein thernisches Emissionsvermögen bei 100 C bei 0.39. Das mit dem Überzug versehene Objektträger Glas hatte einen Absorptionsgrad von etwa 0,9. Das Emissionsvermögen dieser Filme war aufgrund der geringen Dicke der Te~-Schicht relativ groß. Sie war im Infraroten teilweise durchsichtig.held at about 120 ° C. Then the slides were Glasses covered with polystyrene by immersing them in a solution of polystyrene in INHIBISOL (trademark from Penetone, Tenafly, NoJ.). An uncoated slide glass had an absorbency for the solar spectrum of about 0.95 or a reflectivity of about 5% and a thermal emissivity at 100 C at 0.39. The coated slide glass had an absorbance of about 0.9. The emissivity of these films was relatively large due to the small thickness of the Te ~ layer. She was in Infrared partially transparent.

Beispiel 2Example 2

Eine etwa 1 um dicke Te-Schicht wurde in ungefähr 10 Sekunden bei einem Druck von etwa 4 χ 10 Pa auf Aluminiumfoliesubstrate aufgedampft, um die erwünschte Oberflächengestalt zu erzielen. Die Substrate wurden bei einer Temperatur von etwa 170C während des Verdampfungsvorganges, gehalten. Die Substrate wurden anschließend mit Polystyrol überzogen in einer Dicke von etwa 420 nm, indem man sie in eine Lösung aus Polystyrol in INHIBISOL eintauchte. Das nicht mit einem Überzug versehene Substrat hatte ein Absorptionsvermögen für das Sonnenspektrum von etwa 0,95 bzw. ein Reflexionsvermögen von etwa 5% und einA Te layer about 1 µm thick was evaporated onto aluminum foil substrates in about 10 seconds at a pressure of about 4 10 Pa in order to achieve the desired surface shape. The substrates were kept at a temperature of about 170 ° C. during the evaporation process. The substrates were then coated with polystyrene to a thickness of about 420 nm by immersing them in a solution of polystyrene in INHIBISOL. The uncoated substrate had a solar spectrum absorbance of about 0.95 and a reflectance of about 5%, respectively

5 thermisches Emissionsvermögen bei 100°C von 0,23.5 thermal emissivity at 100 ° C of 0.23.

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Verschiedene, mit Überzügen versehene Substrate, wurden gemessen. Sie alle wiesen ein Absorptionsvermögen von 0,93 und Emissionsvermögen in Bereichen von 0, 16 bis 0,25 auf. Der nicht mit einem Überzug versehene Film war sehr brüchig. Er hätte leicht von der Folie abgewischt werden können. Die mit einem Überzug versehene Folie war glatt und ausreichend fest. Durch leichtes Reiben wurde sie nicht angegriffen.Various coated substrates have been used measured. They all had absorptivities of 0.93 and emissivities ranging from 0.16 to 0.25 on. The uncoated film was very brittle. It would have easily wiped off the slide can be. The coated film was smooth and sufficiently strong. By gently rubbing it was they did not attack.

Beispiel 3Example 3

Bei diesem Beispiel übernahm "eine Dielektrikumsschicht die Funktion der Halterung. Es war ein Quarz glas -Objektträger mit einer Dicke von etwa 3,17 mm. Mit diesem wurde ein Teilchenbahn-Ätzen durchgeführt, in dem man ihn mit 63 MeV Cu Ionen in einer Teilchendichte von etwa 10 cm beschoß. Anschließend wurde er über eine Zeitdauer von etwa 6 Minuten in 2,5 Gew.%-igem Ammonium-Difluorid in Wasser bei Zimmertemperatur geätzt. Eine ungefähr 1 jam dicke Schicht aus T'ewurde auf die geätzte Oberfläche des Objektträgers in einem guten Vakuum aufgedampft ( Raumvakuum von etwa 1,33· x 10 Pa). Der Objektträger wurde während der Verdampfung bei einer Temperatur von etwa 1400C gehalten. Das Reflexionsvermögen der Grenzfläche lag unter 3 % bei etwa 500 nm und nahm zu auf Werte von über 20 % bei 2,5 jam. Diese Probe war doch kein selektiver Absorber, da die Dielektrikumsschicht ein Kriterium nicht erfüllte - sie war nämlich im thermischen Infrarot-Bereich des Spektrums nicht durchsichtig - so daß der Objektträger kein hohes Reflexionsvermögen in diesem Bereich aufwies. Es gibt tatsächlich keine Materialien, die in diesem Bereich in einer Dicke von 3,17 mm transparent sind. In der Praxis würde die Dielektrikumschicht sehr 5 viel dünner sein. Das spektrale Reflexionsvermögen diesesIn this example, a dielectric layer took over the function of the holder. It was a quartz glass slide with a thickness of about 3.17 mm. This was used to etch a particle path in which it was mixed with 63 MeV Cu ions in a particle density It was then etched in 2.5 wt% ammonium difluoride in water at room temperature for about 6 minutes, and an approximately 1 jam layer of T 'was applied to the etched surface of the slide evaporated in a good vacuum (room vacuum of about 1.33 × 10 Pa). During the evaporation, the slide was kept at a temperature of about 140 ° C. The reflectivity of the interface was below 3% at about 500 nm and increased Values of over 20% at 2.5 the slide did not have high reflectivity in this area. There are actually no materials that are 3.17mm thick in this area that are transparent. In practice the dielectric layer would be very much thinner. The spectral reflectivity of this

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Objektträgers ist in Fig. 5 dargestellt. Die Kurve 51 zeigt das Reflexionsvermögen der glatten Oberfläche von Te, die Kurve 50 zeigt das Reflexionsvermögen der strukturierten Oberfläche (wenn man durch das Glas auf die Glas/TE-Grenzflache schaut, sowie einschließlich des Ref lexionsveritiogens der Luft/^las-Grenzf lache von etwa 4 %) während schließlich die Kurve 52 das durch die feine Strukturierung bedingte Fehlen einer Streuung anzeigt. Hierin besteht ein völliger Unterschied zu beispielsweise Oberflächen aus dendritischem Wolfram, die bezüglich des reflektierten Lichts keine gerichtete Komponente aufweisen sondern insgesamt diffus reflektieren.Slide is shown in FIG. The curve 51 shows the reflectivity of the smooth surface of Te, curve 50 shows the reflectivity of the structured surface (when looking through the glass onto the Glass / TE interface looks, as well as including the Ref lexionsveritiogens the air / ^ las boundary area of about 4%) while curve 52 finally shows the lack of scatter due to the fine structuring. This is completely different from, for example, surfaces made of dendritic tungsten, which no directional component with respect to the reflected light but reflect diffusely overall.

Beispiel 4Example 4

Bei diesem Beispiel war das Substrat ein Mikroskop-Objektträger, auf den gemeinsam Au-SiO2 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht wurde, wobei ein Zersta'ubungstarget verwendet wurde, das aus einer SiO2Scheibe mit einem Durchmesser von 15,24 cm bestand, auf der eine Goldscheibe mit einem Durchmesser von 6,35 cm aufgebracht war, deren Mitte sich etwa in einem Abstand von 7,62 cm von der Mitte der SiO2Scheibe befand. Der Ob- - jektträger wurde direkt unter das Gold gebracht. In dieser Lage erhielt das Substrat einen Film mit ungefähr 50 Vol.% Gold. Nach Erzeugung einer Schicht mit einer Dicke von 100 nm wurde der Objektträger langsam in Richtung auf die entfernte Seite der SiO_Scheibe verschoben, wobei dies erfolgte, bis Material in einer Dicke von weiteren 100 nm abgeschieden war, dessen Zusammensetzung lediglich '10 VoI, % Gold enthielt» (Siehe Fig. 6 A). Der entstehende Film wies ein selektives Verhalten auf. Sein spektrales Reflexionsvermögen ist in Fig. 6 B gezeigt. Er zeigte ein Absorptionsver-In this example, the substrate was a microscope slide on which Au-SiO 2 was applied together by cathode sputtering, a sputtering target being used which consisted of a SiO 2 disc with a diameter of 15.24 cm, on which one Gold disc with a diameter of 6.35 cm was applied, the center of which was located approximately at a distance of 7.62 cm from the center of the SiO 2 disc. The slide was placed directly under the gold. In this position the substrate received a film with approximately 50 volume percent gold. After creating a layer with a thickness of 100 nm, the slide was slowly shifted in the direction of the far side of the SiO disk, this being done until material with a thickness of a further 100 nm was deposited, the composition of which only contained 10% by volume of gold “(See Fig. 6 A). The resulting film exhibited selective behavior. Its spectral reflectance is shown in Fig. 6B. He showed an absorption

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mögen für ein Sonnenspektrum mit Luftmasse 2 von 0,91 und ein thermisches Emissionsvermögen (T = 100 C) von 0,34. Das Emissionsvermögen wurde erhöht, da die Stufe lediglich 50 Vol.% Gold am Boden enthielt. Eine Stufe, die sich bis zu 100% Gold erstreckt, würde ein bemerkenswert niedrigeres Emissionsvermögen aufweisen.like for a solar spectrum with air mass 2 of 0.91 and a thermal emissivity (T = 100 C) of 0.34. The emissivity was increased as the stage only contained 50 vol.% Gold on the bottom. A stage that extends up to 100% gold would have a remarkably lower emissivity.

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Claims (16)

PatentansprücheClaims 1 J Selektiver Solarstrahlungs-Absorber gekennzeichnet durch zumindest eine abgestufte, strukturierte Grenzfläche (21) in der die Vertiefungen bzw. die Vorsprünge eine mittlere Tiefe bzw. Höhe D und mittlere Abstände S aufweisen, wobei D und S so gewählt sind, daß für den interessierenden Bereich der Wellenlängen ?\ der einfallenden Strahlung zwecks Erzielung eines Reflexionsvermögens von unter ca. 5% die Beziehung 2OS - Λ ^ 6D1 J Selective solar radiation absorber characterized by at least one stepped, structured interface (21) in which the depressions or the projections have a mean depth or height D and mean distances S, D and S are chosen so that for the interested Range of wavelengths ? \ Of the incident radiation for the purpose of achieving a reflectivity of less than approx. 5% the relationship 2OS - Λ ^ 6D gilt.is applicable. 2. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche (21) geschützt ist.2. Selective solar radiation absorber according to claim 1, characterized in that the interface (21) is protected. 3. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grenzfläche das Verhältnis D/S zumindest etwa 7 beträgt.3. Selective solar radiation absorber according to claim or 2, characterized in that in the interface the ratio D / S is at least about 7. 4. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche (21) eine erste Schicht, auf welche die Solarstrahlung auftrifft und die zumindest über die Wellenlängen der Schwarzkörperstrahlung bei einer bestimmten Temperatur wesentlich transparent ist und in dem Spektrum der Solarstrahlung ein Reflexionsvermögen von unter etwa 5% aufweist, von einer zweiten Schicht (22) trennt, welche über die Wellenlängen der gleichen Strahlung wesentlich reflektierend ist.4. Selective solar radiation absorber according to one of the preceding claims, characterized in that that the interface (21) has a first layer on which the solar radiation impinges and which at least over the wavelengths of black body radiation at a certain temperature is essential is transparent and has a reflectivity of less than about 5% in the spectrum of solar radiation, of a second layer (22) which is essentially reflective over the wavelengths of the same radiation is. 5. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grenzfläche (21) die Grenzflächenenergie kleiner ist als die freie Oberflächenenergie der beiden Schichten getrennt.5. Selective solar radiation absorber according to claim 4, characterized in that the interface energy is smaller in the interface (21) is separated as the surface free energy of the two layers. [nackgemeicht[naked 6. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß 6D zwischen etwa 1 bis 3 um beträgt.6. Selective solar radiation absorber according to one of the The preceding claims, characterized / in that 6D is between approximately 1 to 3 µm. 7. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 2OS ungefähr 350 nm beträgt.7. Selective solar radiation absorber according to one of the preceding claims, characterized in that that 2OS is approximately 350 nm. 8. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber, gekennzeichnet durch zumindest eine geschützte, abgestufte strukturierte Grenzfläche, welche durch Vertiefungen einer mittleren Tiefe D und mittlere Abstände S charakterisiert ist, wobei die Grenzfläche einen Wellenlängenbereich.festlegt, über den das Reflexionsvermögen für die einfallende Strahlung unter etwa 5% liegt und der Wellenlängenbereich durch die Beziehung8. Selective solar radiation absorber, marked by at least one protected, stepped structured interface, which is defined by depressions is characterized by a mean depth D and mean distances S, the boundary surface being one Specifies the wavelength range over which the reflectivity for the incident radiation is below about 5% and the wavelength range by the relationship 2OS ^ ?\ ^ 6D2OS ^ ? \ ^ 6D festgelegt ist, wobei A die betrachtete Wellenlänge der einfallenden Strahlung ist.is fixed, where A is the observed wavelength of the incident radiation. 9. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge bei 6D in einem Bereich von etwa 1 bis 3^/m liegt.9. Selective solar radiation absorber according to claim 8, characterized in that the Wavelength at 6D is in the range of about 1 to 3 ^ / m. 10. Selektiver Solarstrahlungs-Absorber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge bei 2OS ungefähr 350 nm beträgt.10. Selective solar radiation absorber according to claim 7 or 8, characterized in that the wavelength at 2OS is approximately 350 nm. 11. Verfahren zur Herstellung eines selektiven Solarstrahlungs-Absorbers, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine abgestufte strukturierte Grenzfläche mit Vertiefungen bzw. Vorsprüngen versehen wird, die eine mittlere Tiefe bzw. Höhe D und mittlere Abstände S aufweisen, wobei D und S so gewählt sind, daß für den interessierenden Wellenlängenbereich der einfallenden Strahlung zwecks Erzielung eines Reflexionsvermögens von unter ca. 5% die Beziehung 2OS - A ^ 6D gilt.11. A method for producing a selective solar radiation absorber, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that at least one stepped structured interface is provided with depressions or projections which have a mean depth or height D and mean distances S, wherein D and S are chosen so that the relationship 2OS - A ^ 6D applies to the wavelength range of interest of the incident radiation in order to achieve a reflectivity of less than approx. 5%. 030032/0706
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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennz eichnet, daß die Grenzfläche mit einem Schutz versehen wird.12. The method according to claim 11, characterized marked that the interface is provided with a protection. 13. Verfahren zur Herstellung eines selektiven SolarsLrahlungs-Absorbers/ dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest eine geschützte, abgestufte, strukturierte Grenzfläche bildet, die durch Vertiefungen von einer mittleren Tiefe D und mittlere Abstände S charakterisiert ist, wobei die Grenzfläche einen Wellenlängenbereich aufweist, über den das Reflexionsvermögen der einfallenden Strahlung kleiner ist als ungefähr 5% und der Wellenlängenbereich durch die Beziehung13. Process for the production of a selective solar radiation absorber / characterized in that at least one protected, graded, structured interface formed by depressions of a medium depth D and medium distances S is characterized, the interface having a wavelength range over which the reflectivity of the incident radiation is less than approximately 5% and the wavelength range by the relationship 2OS - ?) ^ 6D bestimmt ist, wobei f\ die betrachtete Wellenlänge der einfallenden Strahlung bedeutet.2OS - ?) ^ 6D is determined, where f \ means the observed wavelength of the incident radiation. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ddaurch gekennzeichnet, daß in der Grenzfläche ein Verhältnis von D/S von zumindestetwa 7 erzeugt wird.14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that in the Interface a ratio of D / S of at least about 7 is produced. 15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht gebildet wird, wobei die erste Schicht zumindest über die Wellenlängen der Schwarzkörperstrahlung bei einer bestimmten Betriebstemperatur durchsichtig ist und ein Reflexionsvermögen von unter etwa 5% in dem Solarstrahlungsspektrum aufweist»und wobei die zweite Schicht wesentlich über die Wellenlänge der gleichen Strahlung reflektiert.15. The method according to any one of the preceding claims 11 to 14, characterized in that the interface between a first layer and a second layer is formed, the first layer at least over the wavelengths of the black body radiation is transparent at a certain operating temperature and has a reflectivity of less than about 5% in the Has solar radiation spectrum »and the second layer being substantially over the wavelength of the same Reflects radiation. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen bzw. Vorsprünge durch Teilchenspur-Ätzen gebildet werden, wobei ein dielektrisches Material mit Teilchen von hoher Energie beschossen wird, sodaß durch Beschädigungen festgelegte Spuren entstehen und diese16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the depressions or projections are etched by particle track formed by bombarding a dielectric material with particles of high energy so that through Damage defined traces arise and this 030032/0706 'BADORiGlNAL030032/0706 'BADORiGlNAL 1 Beschädigungsspuren zur Bildung von Vertiefungen mit einer mittleren Tiefe D und mittleren Abständen S geätzt werden.1 Traces of damage to the formation of depressions with a medium depth D and medium distances S to be etched. 030032/0706030032/0706
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