DE4433863A1 - Spektralselektive Kollektorbeschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Transportmediums mittels Sonnenstrahlung, insbesondere einen Sonnenkollektor, mit einem spektralselektiven Schichtsystem, dessen Schichten auf einem wärmeleitenden Substrat, das mit dem zu erwärmenden Transportmedium in wärmeleitendem Kontakt steht, angeordnet sind.

Sonnenkollektoren dienen der Erwärmung eines Transportmediums, wie z. B. einer Flüssigkeit oder einem Gas, mit Hilfe der Sonnenstrahlung. Um eine effiziente Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme zu gewährleisten, wird auf ein gut wärmeleitendes Substrat ein hochabsorbierendes Schichtsystem aufgebracht.

Wärmeverluste nach den sonnenabgewandten Seiten des Sonnenkollektors werden durch opake Isolierung vermindert, wohingegen Verluste auf der sonnenzugewandten Seite durch eine Wärmedämmung vermieden werden, die für Sonnenstrahlung transparent ist.

Als Substrate werden aus Wärmeleitungsgründen und aus Kostengründen Kupfer, Aluminium, Stahl oder Edelstahl verwendet. Es existieren eine Reihe verschiedener Kollektorformen, wie z. B. Flachkollektoren, Vakuum- und Röhrenkollektoren, usw.

Man unterscheidet dabei Niedertemperatur-Kollektoren, die bei einer Betriebstemperatur von bis zu 100°C arbeiten und Hochtemperatur-Kollektoren, deren Arbeitstemperatur bis zu 300°C beträgt. Diese Kollektoren zeigen sehr unterschiedliche Konstruktionen und Anforderungsprofile an ihre jeweiligen Bestandteile.

Um einen möglichst hohen Kollektorwirkungsgrad zu erreichen, werden selektiv beschichtete Absorber verwendet. Das Ziel dabei ist, möglichst die gesamte Strahlenleistung der Sonne zu absorbieren, d. h. ein spektrales Absorptions­ vermögen α (λ) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ der Sonnenstrahlung von 100% anzustreben. Um gleichzeitig die Wärmeverluste kleinzuhalten, muß das Emissionsvermögen ε (λ) im Strahlungsbereich des schwarzen Körpers bei der entsprechenden Kollektor- bzw. Arbeitstemperatur minimal sein. Eine spektralselektive Kollektorbeschichtung zeichnet sich also durch ein hohes spektrales Absorptionsvermögen α im Bereich der Sonnenstrahlung und durch ein niedriges Emissionsvermögen ε im Strahlungsbereich des schwarzen Körpers der jeweiligen Arbeitstemperatur aus.

Da die zumeist verwendeten Metallsubstrate im solaren Bereich keine Transmission besitzen, wird, um ein hohes Absorptionsvermögen zu gewährleisten, eine verschwindende Reflexion R (λ) angestrebt.

Der ideale Absorber hat demnach unterhalb einer Wellenlänge von λ = 2500 nm ein Reflexionsvermögen R (λ) = 0 und oberhalb von 2500 nm von R (λ) = 1. Um ein solches Prinzip zu verwirklichen, werden verschiedene Absorberkonzepte benutzt, z. B. intrinsisch selektive Materialien, Gradientenschichten, Cermetschichten und Entspiegelungsschichten. Meist werden mehrere dieser Konzepte gleichzeitig benutzt.

Für die industrielle Nutzung haben sich bisher galvano-technisch hergestellte Systeme auf Chrom-Chromoxid-Cermet-Basis, sowie Schichten unter Verwendung von Metall- Aluminiumoxid-Mischschichten durchgesetzt.

Die erreichbaren Selektivitätseigenschaften sind abhängig von der Zusammensetzung des verwendeten Elektrolyten, den Arbeitsbedingungen und dem Material des Substrates. Als solches finden Kupfer, Aluminium, Edelstahl sowie verzinkter oder nicht verzinkter Stahl Verwendung. Oft wird auf die Substrate eine Zwischenschicht aus Nickel aufgebracht. Sie dient dem Korrosionsschutz.

Chrom-Chromoxid-Cermet-Systeme gehören zu den selektiven Schwarzchrombeschichtungen, die sich auf verschiedenen Wegen herstellen lassen. Neben Galvanikverfahren mit unterschiedlichen Badzusammensetzungen werden auch Vakuumprozesse angewendet. So hat der Begriff "Schwarzchrom" eine übergeordnete Bedeutung und ist nicht auf ein bestimmtes Produkt beschränkt.

Schwarzchrom gilt im Arbeitsbereich der Niedertemperatur-Kollektoren als stabil, und ist gegenüber Feuchtigkeit resistenter. Der generelle Nachteil vieler galvanisch hergestellter selektiver Schichten besteht darin, daß sich ihre Eigenschaften durch Alterung verschlechtern sowie in der umweltgefährdenden Verwendung giftiger Salzlösungen bei der Herstellung.

Das Herstellungsverfahren von Nickelstruktur-Schichten auf Aluminiumsubstraten ist mit dem aus der Anodisiertechnik bekannten Zweistufenverfahren vergleichbar. Die zu beschichtenden Aluminiumabsorber werden entfettet, gebeizt und dekapiert. Anschließend erfolgt die Erzeugung einer Eloxalschicht mit einem definierten Porenraster und die Abscheidung des Nickels in die Poren.

Bei Hochtemperatur-Vakuum-Absorberschichten für fokussierende Systeme, z. B. Vakuumröhrenkollektoren für Sonnenkraftwerke, werden selektive Schichten auf der Basis hochfrequentgesputterten Aluminiumoxids mit eingelagerten Metallpartikeln, z. B. Molybdän, verwendet. Diese Schichten weisen zwar eine gute Temperaturbeständigkeit, aber eine ungenügende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Feuchtigkeit auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine spektralselektive Beschichtung für einen Sonnenkollektor und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen zu liefern, die eine hohe thermische Beständigkeit bis zur Stillstandstemperatur, d. h. wenn der Kollektor ohne Transportmedium betrieben wird, und eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wie z. B. Gasen, Staub, Wasserdampf, etc. gewährleisten. Als weitere erstrebenswerte Eigenschaften sind hohe Beständigkeit bei Temperaturwechseln, hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlung, hohe Lebensdauer, großtechnische Herstellbarkeit und niedrige Herstellungskosten zu nennen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schichten des spektralselektiven Schichtsystems dielektrische und absorbierende Materialien enthalten, die durch Sputtern auf das Substrat aufbringbar sind.

Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gemäß Anspruch 8 durch ein Verfahren zum Herstellen eines spektralselektiven Schichtsystems auf einem wärmeleitenden Substrat gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schichten des spektralselektiven Schichtsystems nacheinander durch Sputtern auf das wärmeleitende Substrat aufgebracht werden.

Um zu optimalen Schichteigenschaften zu gelangen, müssen sowohl das Absorbersubstrat als auch die Beschichtungskomponenten in ihren Einzeleigenschaften und in ihren Wechselwirkungen betrachtet werden.

Als Materialien für das wärmeleitende Substrat können Metalle, Metallfolien, Kunststoffe (PTFE, EPDM), Glas, Gummi und dgl. verwendet werden. Wegen der Wärmeleitungseigenschaften beschränkt man sich in der Regel auf Metalle wie Kupfer, Edelstahl oder Aluminium, wobei die Verwendung von Kupfer und Aluminium, bzw. Nickel, wegen ihres von Natur aus geringen Emissionsvermögens im Wärmestrahlungsbereich vorteilhaft ist.

Für das Beständigkeitsverhalten der Absorber ist die Oberflächenbeschaffenheit (Rauhigkeitscharakteristik) der verwendeten Substratsbleche von großer Bedeutung. Als günstig haben sich möglichst glatte Oberflächen mit geringen Rauhtiefen, ohne tiefe Rillenbildung, also sanft gewellte Oberflächen erwiesen.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Korrosionseigenschaften besteht in der Verwendung verzinnter bzw. vernickelter Bleche, wobei die Schichtdicke der Zinn- bzw. Nickelschicht größer oder gleich 1 µm ist.

Die Vorbehandlung der Substratbleche erfolgt entweder durch Entfetten in entsprechenden Reinigungsbädern oder vorzugsweise durch eine Flammenbehandlung, wobei dem Verbrennungsgas eine siliziumhaltige Verbindung, vorzugsweise Tetraethoxylan-TEOS, zugesetzt wird, was zum Aufbau einer sehr dünnen SiO_x-Schicht auf dem Substratblech mit Korrosionsschutzwirkung führt.

Um ein niedriges Emissionsvermögen des Substrates zu garantieren, gibt es zwei Möglichkeiten. Die erste Möglichkeit besteht in der Verwendung von Substraten mit einem niedrigen Emissionsvermögen, wie z. B. Kupfer, Aluminium, Nickel o. ä. Die andere Möglichkeit besteht darin, auf das Substrat eine geeignete Schicht mit einem niedrigen Emissionsvermögen aufzubringen. Als Materialien für diese Schichten können Zinn, Nickel, Molybdän, Gold, Platinmetalle oder niedrig emittierende Verbindungen wie Nitride, insbesondere der Nitride der Nebengruppenelemente wie Titannitrid oder Zirkonnitrid Verwendung finden. Die Schichtdicke kann dabei zwischen 10 nm und einigen µm liegen.

Auf die niedrig emittierende Oberfläche wird danach das spektralselektive Schichtsystem, das Schichten aus dielektrischen und absorbierenden Materialien enthält, aufgebracht. Es hat sich erwiesen, daß Materialien, die durch Sputter-Verfahren, wie z. B. das DC-Magnetron- bzw. HF-Sputter-Verfahren auf das wärmeleitende Substrat aufbringbar sind, sich durch eine hohe thermische und chemische Beständigkeit sowie eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnen. Weiterhin sind die Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung, sowie die hohe Lebensdauer der durch Sputtern aufbringbaren Materialien hervorzuheben. Weitere Vorteile bestehen in der hervorragenden Schichtgleichmäßigkeit, der verfahrenstechnisch gut beherrschbaren Prozeßführung und der Möglichkeit zur Großflächenbeschichtung von Substrathalbzeugen und fertigkonfektionierten Absorbern. Insbesondere durch das DC- Magnetron-Sputter-Verfahren läßt sich der Herstellungsprozeß besonders wirtschaftlich gestalten. Das Verfahren ist vorteilhafterweise für die Bandbeschichtung, die Beschichtung im Inline-Verfahren, sowie für die Batch-Beschichtung geeignet.

Für den Aufbau der Schichten des spektralselektiven Schichtensystems haben sich zwei verschiedene Varianten als besonders günstig erwiesen.

Bei der ersten Variante werden die dielektrischen und die absorbierenden Schichten in einem sandwichähnlichem Aufbau übereinander abgeschieden. Es enthält also mindestens eine Schicht ein dielektrisches Material und mindestens eine weitere Schicht ein absorbierendes Material, wobei je eine absorbierendes und eine dielektrisches Material enthaltende Schicht abwechseln angeordnet sind. Die Einzelschichtdicken liegen dabei zwischen 1 nm und 100 nm. Sie werden durch die Brechungsindex und das Absorptionsvermögen der Schichten so bestimmt, daß eine hohe Absorption für Solarstrahlung bei gleichzeitig geringem Emissionsvermögen des Gesamtschichtsystems erreicht wird.

Als dielektrische Materialien finden Carbide, vorzugsweise Siliziumcarbid, oder Oxide der 4. Hauptgruppe bzw. Nebengruppenelemente, vorzugsweise Nioboxid, Zirkonoxid und Tantaloxid Verwendung. Weiterhin eignen sich Nitride bzw. Oxynitride des Siliziums, Bors oder der Nebengruppenelemente.

Als absorbierende Materialien werden absorbierende Reaktivschichten, und dabei insbesondere Nitride, vorzugsweise Chromnitrid bzw. Nitride der Chromlegierungen wie z. B. Ni/Cr benutzt. Auch Molybdän sowie elementarer Kohlenstoff haben sich als günstig erwiesen.

Durch Clusterbildung der absorbierenden Materialien wird dabei ein Cermetaufbau erreicht.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, ein Gradientenschichtsystem zu erzeugen, bei dem die Konzentration des absorbierenden Materiales von der Lichteinfallsseite zum Substrat hin zunimmt.

Die zweite Variante für den Aufbau des spektralselektiven Schichtsystems besteht darin, daß die Schichten ein Materialgemisch aus absorbierenden und dielektrischen Materialanteilen enthalten, wobei die Stöchiometrie sich von Schicht zu Schicht so ändert, daß der absorbierende Materialanteil des Materialgemisches zum Substrat hin zunimmt.

Dabei ist es möglich, das Schichtsystem so herzustellen, daß es nur von einem Grundmaterial ausgehend erzeugt wird. Ein Beispiel stellt das System CrO_x dar. Durch eine geeignete Wahl der Reaktionsbedingungen, wie weiter unten beschrieben, läßt sich x so variieren, daß Werte 0 < x < 1,5 erreicht werden, wobei x vom Substrat zur Lichteinfallsseite zunimmt.

Als Materialien kommen prinzipiell alle Nebengruppenelemente, deren Legierungen, und insbesondere Ni/Cr-Legierungen, in Frage.

Es kann aber auch ein zusätzliches absorbierendes Material in die Schichten eingebaut sein. Als Materialien dafür können wiederum alle Nebengruppenelemente, deren Legierungen, insbesondere Ni/Cr-Legierungen, aber auch Molybdän oder Kohlenstoff verwendet werden.

Zusätzlich zur oder anstelle der Stöchiometrieänderung durch Zunahme des absorbierenden Materialanteiles des Materialgemisches zum Substrat hin kann auch die Konzentration des zusätzlichen absorbierenden Materiales zum Substrat hin zunehmen.

Weiterhin kann bei beiden Varianten des Schichtsystemaufbaus auf der Lichteinfallsseite des Schichtsystems eine Entspiegelungsschicht mit niedrigem Brechungsindex angeordnet sein.

Außerdem kann zwischen dem wärmeleitenden Substrat und dem spektralselektiven Schichtsystem eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen angeordnet sein. Diese Schicht kann gleichzeitig die Funktion eines Korrosionsschutzes haben.

Wie oben bereits ausgeführt, sind Sputter-Verfahren zur Herstellung spektralselektiver Schichtsysteme besonders geeignet. Bei der sandwichartigen Variante des Schichtsystemaufbaus werden die Nitridschichten durch Sputtern vom Metalltarget, z. B. Chromtarget, hergestellt. Siliziumcarbid kann Sputtern vom Siliziumtarget in kohlenstoffhaltiger Atmosphäre oder vorzugsweise durch Sputtern vom Siliziumcarbid- Target hergestellt werden. Die Kohlenstoffschichten werden durch Sputtern vom Graphit-Target hergestellt. Oxidschichten werden durch reaktives Sputtern in Sauerstoffatmosphäre erzeugt.

In allen Fällen wird bei einem Arbeitsdruck von etwa 5 × 10³ mbar gearbeitet, wobei die Sputterleistungsdichten zwischen 1 bis 10 W/cm² Targetoberfläche betragen.

Bei der Herstellung von Spektralsystemen gemäß der zweiten Variante, bei der sich der absorbierende Materialanteil kontinuierlich ändert, liegt die Schwierigkeit darin, stabile Arbeitspunkte für den Beschichtungsprozeß während des Sputterns zu finden. Insbesondere ist es schwierig, Zustände im Übergangsbereich zwischen dem "metallic" und dem "compound" Modus zu stabilisieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Stöchiometrie des Materialgemisches von Schicht zu Schicht durch eine zeitmodulierte Änderung des Reaktivgasgehaltes im Sputtergas schrittweise oder kontinuierlich verändert wird.

Die andere Möglichkeit besteht darin, die Stöchiometrie des Materialgemisches von Schicht zu Schicht durch eine zeitmodulierte Änderung der Sputter-Leistung schrittweise oder kontinuierlich zu verändern.

Dabei wird jeweils ein kurzzeitiger Übergang zwischen dem "metallic" und dem "compound" Modus durchgeführt. Durch eine gezielte Einstellung der Verweilzeiten t1 und t2 in dem jeweiligen Zustand läßt sich eine Mischschicht erzeugen und dadurch die Schichtzusammensetzung in weiten Grenzen variieren. Die entsprechenden Frequenzen können zwischen 10^-1 Hz und 10³ Hz liegen, als besonders günstig hat sich eine Zustandswechselfrequenz von 1-10 Hz erwiesen.

Die erforderlichen Parameteränderungen erfolgen am Flowcontroller oder den Sollwertvorgabeeinheiten der Stromversorgungen der Sputteranlage.

Die erfindungsgemäßen Schichtsysteme und die erfindungsgemäß hergestellten Schichtsysteme zeichnen sich durch ein hohes solares Absorptionsvermögen von α = 90% bis 96%, und ein niedriges Emissionsvermögen ε = 3% bis 10% aus. Insbesondere die Siliziumcarbidschichten zeigen eine sehr gute mechanische Beständigkeit und sind wischfest und handhabungssicher, wobei Eigenschaften wie die Kratzfestigkeit auch durch das Substratmaterial beeinflußt werden.

Weiterhin zeigen die oben genannten Schichten, insbesondere die Siliziumcarbid- Systeme eine sehr gute Stabilität im Klimawechseltest bei Temperaturen bis 90°C und in gesättigtem Wasserdampf. Die Ursache dafür kann darin gesehen werden, daß durch die Abscheidung nichtmetallischer Schichten, die auch kaum Metallverunreinigungen enthalten, elektrochemische Korrosionsprozesse wirkungsvoll verhindert werden. Außerdem sind die Schichten hydrophob, werden also durch Wasser schlecht benetzt.

Schließlich sind die oben genannten Schichten, insbesondere die SiC/CrN_x-Systeme im Vakuum bis zu Temperaturen von 400°C und darüber hinaus stabil und damit auch für den Einsatz in Vakuumkollektoren geeignet.

Es ist weiterhin vorstellbar, die erfindungsgemäßen Schichtsysteme nicht nur für Kollektorbeschichtungen, sondern auch als Sonnenschutz- oder als Wärmeschutzbeschichtungen auf Glas-Substraten zu verwenden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung durch bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die sandwichartige Variante des Schichtaufbaus eines spektralselektiven Schichtsystems,

Fig. 2 schematisch die Variante des Schichtaufbaus mit Stöchiometrieänderungen,

Fig. 3 die Abhängigkeit der Sputter-Spannung vom Reaktivgasfluß,

Fig. 4 eine zeitmodulierte Änderung der Sputter-Leistung,

Fig. 5 eine zeitmodulierte Änderung des Reaktivgasgehaltes im Sputtergas.

Fig. 1 zeigt eine erste Variante ein erfindungsgemäßes spektralselektives Schichtsystem, in dem die durch Sputtern auf das Substrat 1 aufbringbaren dielektrischen und absorbierenden Materialien einen sandwichartigen Aufbau aufweisen. Mindestens eine Schicht 3 enthält ein dielektrisches Material und mindestens eine weitere Schicht 4 ein absorbierendes Material. Die Schichten 3 mit dielektrischem Material und die Schichten 4 mit absorbierendem Material sind jeweils abwechselnd angeordnet.

Für das Substrat werden Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet, insbesondere Metalle wie Kupfer, Edelstahl, Aluminium bzw. Nickel.

Zwischen dem wärmeleitenden Substrat und dem spektralselektivem Schichtsystem kann eine Schicht 2 mit einem niedrigen Emissionsvermögen angeordnet sein. Als Material für die Schicht 2 können Zinn, Nickel, Molybdän, Gold, Platinmetalle oder niedrig emittierende Verbindungen wie Nitride, insbesondere Nitride der Nebengruppenelemente wie Titannitrid oder Zirkonnitrid Verwendung finden. Die Schichtdicke der Schicht 2 beträgt zwischen 10 nm und einigen µm.

Auf der Lichteinfallsseite des spektralselektiven Schichtsystems kann weiterhin eine Entspiegelungsschicht 5 mit niedrigem Brechungsindex angeordnet sein. Diese Entspiegelungsschicht 5 dient zur Erniedrigung der Reflexion im sichtbaren Bereich des Lichtes.

Die Konzentration des absorbierenden Materiales in den absorbierenden Schichten 4 nimmt von der Lichteinfallsseite zum Substrat hin nach einer bestimmten Funktion zu.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines spektralselektiven Schichtsystems, dessen Schichten 6 dielektrische und absorbierende Materialien enthalten, die durch Sputtern auf das Substrat 1 aufbringbar sind. Die Schichten 6a, 6b, 6c, 6d enthalten ein Materialgemisch aus absorbierenden und dielektrischen Materialanteilen, wobei die Stöchiometrie sich von Schicht zu Schicht so ändert, daß der absorbierende Materialanteil des Materialgemisches zum Substrat 1 hin zunimmt.

Ein Beispiel für ein solches System ist das System CrO_x. Die Schicht 6a besteht dabei z. B. aus CrO_x1, die Schicht 6b aus CrO_x2, die Schicht 6c aus CrO_x3 und die Schicht 6d aus CrO_x4. Es gilt 0 x1 x2 x3 x4 1,5, so daß sich die Stöchiometrie von Schicht zu Schicht so ändert, daß der absorbierende Materialanteil des Materialgemisches CrO_x zum Substrat hin zunimmt.

Als Materialien eignen sich anstelle von Cr alle Nebengruppenelemente und deren Legierungen, insbesondere Ni/Cr-Legierungen.

Weiterhin kann zusätzlich absorbierendes Material in die Schichten eingebaut sein. Als Material dafür eignen sich ebenfalls alle Nebengruppenelemente und deren Legierungen, insbesondere Ni/Cr-Legierungen, aber auch elementarer Kohlenstoff oder Molybdän. Auch die Konzentration dieses zusätzlichen absorbierenden Materiales kann zum Substrat hin zunehmen.

Bei dieser zweiten Variante des Schichtaufbaus kann ebenfalls zur Erniedrigung der Reflexion im sichtbaren Bereich der Sonnenstrahlung eine Entspiegelungsschicht 5 mit einem niedrigen Brechungsindex auf die Lichteinfallsseite aufgebracht werden. Weiterhin kann auch hier zwischen dem Substrat 1 und dem spektralselektivem Schichtsystem eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen angeordnet sein.

Bei der Herstellung von spektralselektiven Schichtsystemen auf einem wärmeleitenden Substrat sind die weiter oben beschriebenen gewünschten Eigenschaften dann zu erreichen, wenn die Schichten nacheinander durch Sputtern auf das wärmeleitende Substrat aufgebracht werden. Dabei wird insbesondere das DC-Magnetron- Sputterverfahren bevorzugt. Zur Herstellung von Schichten, die ein Materialgemisch aus absorbierenden und dielektrischen Materialanteilen enthalten, wobei sich die Stöchiometrie von Schicht zu Schicht so ändert, daß der absorbierende Materialanteil des Materialgemisches zum Substrat hin zunimmt, kann entweder der Reaktivgasgehalt im Sputtergas, oder die Sputter-Leistung zeitmoduliert geändert werden. Fig. 3 verdeutlicht diese Verfahren. Das gezeigte Diagramm zeigt die Sputterspannung in Abhängigkeit vom Reaktivgasfluß, wobei die beiden Kurven P1 und P2 zwei verschiedene Sputter-Leistungen zeigen. Zur Erzeugung eines Mischzustandes wird jeweils ein kurzzeitiger Übergang zwischen verschiedenen Arbeitspunkten A1, A2 und A3 durchgeführt. Die Pfeile zwischen den Arbeitspunkten A1 und A3 kennzeichnen die Veränderung der Sputterleistung, während der der Reaktivgasfluß konstant bleibt.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die zeitmodulierte Änderung der Sputter-Leistung. Dabei wird der eine Arbeits- bzw. Betriebspunkt während einer Zeitspanne t1 und der andere Arbeits- bzw. Betriebspunkt während einer Zeitspanne t2 gehalten, so daß die zeitmodulierte Änderung der Sputterleistung einer Stufenfunktion gleicht.

Der in Fig. 3 durch Pfeile verdeutlichte Übergang zwischen den Arbeitspunkten A1 und A2 kennzeichnet die Änderung des Reaktivgasflusses bei konstanter Sputterleistung. Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit der zeitmodulierten Änderung des Reaktivgasgehaltes. Der eine Betriebspunkt wird wiederum während einer Zeit t1 und der andere während einer Zeit t2 gehalten, so daß sich die zeitmodulierte Änderung des Reaktivgasgehaltes ebenfalls wie eine Stufenfunktion darstellt.

Bei beiden Verfahren können die Wechselfrequenzen zwischen den jeweiligen Arbeits- bzw. Betriebspunkten zwischen 10^-1 und 10³ Hz liegen. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Frequenzen zwischen 1-10 Hz liegen. Der Funktionstyp der zeitmodulierten Änderung ist nicht auf eine Stufenfunktion festgelegt, sondern kann auch eine andere für den speziellen Anwendungsfall optimierte Form haben. Es ist insbesondere vorstellbar, die beiden oben beschriebenen Verfahren der zeitmodulierten Änderung, der Sputter-Leistung und der zeitmodulierten Änderung des Reaktivgasgehaltes zu kombinieren.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Erwärmen eines Transportmediums mittels Sonnenstrahlung, mit einem spektralselektiven Schichtsystem, dessen Schichten auf einem wärmeleitenden Substrat, das mit dem zu erwärmenden Transportmedium in wärmeleitendem Kontakt steht, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (3, 4, 6a, 6b, 6c, 6d) dielektrische und absorbierende Materialien enthalten, die durch Sputtern auf das Substrat (1) aufbringbar sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schicht (3) ein dielektrisches Material und mindestens eine weitere Schicht (4) ein absorbierendes Material enthält, wobei je eine absorbierendes und eine dielektrisches Material enthaltende Schicht abwechselnd angeordnet sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (6a, 6b, 6c, 6d,) ein Materialgemisch aus absorbierenden und dielektrischen Materialanteilen enthalten, wobei die Stöchiometrie sich von Schicht zu Schicht so ändert, daß der absorbierende Materialanteil des Materialgemisches zum Substrat (1) hin zunimmt.

4. Vorrichtung gemaß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches absorbierendes Material in die Schichten (3, 4, 6a, 6b, 6c, 6d) eingebaut ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des absorbierenden Materiales zum Substrat (1) hin zunimmt.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wärmeleitenden Substrat (1) und dem spektralselektiven Schichtsystem eine Schicht (2) mit niedrigem Emissionsvermögen angeordnet ist.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lichteinfallsseite des spektralselektiven Schichtsystems eine Entspiegelungsschicht (5) mit niedrigem Brechungsindex angeordnet ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines spektralselektiven Schichtsystems auf einem wärmeleitenden Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (3, 4, 6a, 6b, 6c, 6d) des spektralselektiven Schichtsystems nacheinander durch Sputtern auf das wärmeleitende Substrat (1) aufgebracht werden.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (3, 4, 6a, 6b, 6c, 6d) ein Materialgemisch aus absorbierenden und dielektrischen Materialanteilen enthalten, wobei die Stöchiometrie des Materialgemisches von Schicht zu Schicht durch eine zeitmodulierte Änderung des Reaktivgasgehaltes im Sputtergas schrittweise oder kontinuierlich verändert wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (6a, 6b, 6c, 6d) ein Materialgemisch aus absorbierenden und dielektrischen Materialanteilen enthalten, wobei die Stöchiometrie des Materialgemisches von Schicht zu Schicht durch eine zeitmodulierte Änderung der Sputter-Leistung schrittweise oder kontinuierlich verändert wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitmodulierte Änderung zwischen zwei Betriebspunkten erfolgt, wobei der eine Betriebspunkt während einer Zeit t1, und der andere Betriebspunkt während einer Zeit t2 gehalten wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselfrequenz zwischen den beiden Betriebspunkten 1-10 Hz beträgt.