WO2005104173A1 - Selektiver absorber zur umwandlung von sonnenlicht in wärme, ein verfahren und eine vorrichtung zu dessen herstellung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a selective absorber for converting sunlight into heat, a method for its production, and a device for its production.
  • DE 36 37 810 C2 discloses a decorative layer with titanium, oxygen, nitrogen and carbon. This layer is described as gray to black. It can be seen from this that the ⁇ TH will be unacceptably high.
  • DE 31 17 299 C2 discloses TiNO and TiCO layers produced by means of electron steel evaporation. It is known that layers produced in this way are porous, ie they contain empty spaces as disclosed in DE 32 10 420 A1 and in DE 43 44 258 C1. These layers also have stability problems.
  • the object of the present invention is to provide a selective absorber which has the good optical properties mentioned above without their disadvantages. Furthermore, the object of the present invention is to provide a method and a device with which the selective absorber can be produced.
  • the selective absorber for converting sunlight into heat consists of thin layers on a substrate, preferably aluminum, copper or steel.
  • the thin layers in turn consist of two layer systems.
  • the first, the system adjacent to the substrate, contains at least one layer of dense, ie void-free material made of titanium, aluminum, nitrogen, carbon and oxygen.
  • This material has the chemical formula Ti ⁇ AlßN x CyO z .
  • the sum of ⁇ and ⁇ is 1 and ⁇ to ⁇ is 1 to (0.05 to 1), preferably 1 to (0.05 to 0.6) and particularly preferably (0.05 to 0.09) ).
  • x + y + z is in the range from 0.8 to 2, preferably in the range from 1.2 to 2 and particularly preferably in the range from 1.5 to 5.
  • x + y + z is in the range from 0.8 to 2, preferably in the range from 1.2 to 2 and particularly preferably in the range from 1.5 to 5.
  • the second system above contains at least one layer made of a mixture TiO z and Al 2 0 exists. The following applies to this layer 1 ⁇ z ⁇ 2.
  • x + y + z is in the range from 0.9 to 2, preferably in the range from 1.3 to 2.
  • the second layer system can further contain at least one of one of the following materials Si0 2 , Zr0 2 , Ti02, Ba 2 ⁇ 3, Al 2 0 3 , Pb0 2 , or Zn0 2 or combinations thereof.
  • the selective absorber can be passivated by such an oxide layer, thereby increasing its service life.
  • the thickness of the first system is in the range from 50 to 150 nm, preferably in the range from 70 to 120 nm.
  • the thickness of the second system is in the range from 80 to 300 nm, preferably in the range from 90 to 180 nm.
  • the present invention is further achieved by a method for reactive arc evaporation (ARC) according to claim 8.
  • ARC reactive arc evaporation
  • titanium and aluminum are formed on a substrate during the deposition of the metals by maintaining a gas atmosphere which min. contains at least one of the gases argon, nitrogen, carbon dioxide and oxygen, an oxide, nitride or carbide compound.
  • a gas atmosphere which min. contains at least one of the gases argon, nitrogen, carbon dioxide and oxygen, an oxide, nitride or carbide compound.
  • a plasma is used to deposit the target material and leads to a high ionization rate of the material to be evaporated. The result is dense layers.
  • the substrate to be coated is guided over two groups of rows of arc evaporators.
  • the rows of evaporators are arranged transversely to the direction of movement of the substrate.
  • the evaporators in the first group in the direction of movement are equipped with titanium targets and those in the second with targets consisting of a mixture of titanium and aluminum.
  • the volume fraction of aluminum in this target is 5 to 45%, preferably 15 to 33%.
  • the reaction gases nitrogen and carbon dioxide are supplied near the first group of evaporators.
  • the distance between the evaporator and the gas supply is smaller than the distance between the two groups.
  • Oxygen is supplied near the second group, closer than half the distance between the two groups.
  • Argon is also supplied between the two groups.
  • the total pressure is set to a value in the range 10 "3 to 10 " 2 via the inflow of argon or optionally oxygen.
  • the ratio of the inflows of the gases 0 2 to C0 2 to N 2 is 1 to (0.05 to 5) to (0 to 0.25).
  • the proportion of argon in the gas mixture is in the range 0 to 50%.
  • a preferred embodiment of the invention is that after the second group of evaporators, further thermal evaporators are used in order to reactively deposit dielectric layers made of SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Ba 2 O 3 , Al 2 O 3 , PbO 2 or ZnO 2 .
  • a bias voltage of preferably 50 to 1000 V, particularly preferably 150 to 750 V can be used between the arc evaporator and the substrate, so that contaminated substrates can also be coated with the process in an adherent manner.
  • the substrate temperature in the range from 150 ° C to 500 ° C. This can improve the adhesive strength.
  • the possibility of replacing or supplementing C0 2 with methane and / or CO permits more flexible production of the absorber according to the invention.
  • a layer system is deposited in a cylindrical vacuum chamber by means of reactive arc evaporation.
  • the cylindrical, evacuable vacuum chamber (3) has a door (2) on at least one side of the cylinder.
  • a support tube (1) on which a winding device (17) is fastened passes through this door (2).
  • an unwinding roller (8), a winding roller (9) at least two deflection rollers (6,7) and at least one dancer roller (12,13) and at least one pressure roller (11) the axes of all Rollers are parallel to the axis of the support tube (1) and the support tube (1) and door (2) are independently attached to a carriage.
  • This trolley runs on rollers or rails parallel to the cylinder axis of the chamber (3), so that the winding device (17) can be completely moved into the chamber (3) and the door (2) closes the chamber (3) in a vacuum-tight manner. Furthermore, the winding device (17) has dancer rollers (12, 13), each of which is pulled in the direction of the support tube (1) by two spring assemblies (14). The substrate tape to be coated forms a free path between the wrapping rollers (6, 7). Below this are groups of arc evaporators. These evaporators are fastened in ventilated vessels (21) which are positioned in the chamber (3).
  • Fig. 1 shows the reflection as a function of the wavelength of Example 1.
  • Fig. 2 shows schematically the structure of the device according to Example 4.
  • Example 3 shows the reflection as a function of the wavelength of Example 2.
  • Example 4 shows the reflection as a function of the wavelength of Example 3.
  • Evacuated in an vacuum chamber by an oil diffusion pump followed by a roots pump and a two-stage rotary vane pump are two commercially available 0 69 mm arc vaporizers.
  • 0.2 mm thick copper substrate strips are guided over the evaporators by means of a manipulator.
  • Both evaporators are equipped with 20% Al-Ti mixed targets. 5 mm before the first evaporator 100 sccm N 2 and 350 sccm C0 2 are introduced. 5 mm behind the second evaporator 1000 sccm 0 2 are fed.
  • the arc evaporators burn at 60A each. The substrates are passed over the evaporators in such a way that the desired layer thickness is produced.
  • the first evaporator was only equipped with titanium
  • the coating device consists of a cylindrical vacuum chamber (3), a winding device (17) which is attached to a support tube (1).
  • the support tube (1) and door (2) of the vacuum chamber (3) are attached to a trolley.
  • the carriage runs on a rail system in such a way that the door (2) and support tube (1) with the winding device (17) can move into the vacuum chamber (17).
  • the door (2) and the chamber (3) are both provided with a sealing flange (18) so that the door (2) seals the chamber (3) in a vacuum-tight manner.
  • the winding device consists of two end plates (4,5) on which the rollers, unwinding and winding rollers (8,9), deflection rollers (6,7), pressure rollers (10,11), dancer rollers (12,13) and the spring assemblies ( 14) are attached.
  • the strip to be coated is passed from the unwinding roller (8) over the deflection roller (6). It is guided and stretched by the dancer roller (13) so that a defined wrap angle is created on the deflection roller (6).
  • the deflection roller (6) is designed as a heating roller in this example. For this purpose, electrical lines are laid through the pipe (1) and reach the vacuum side via electrical feedthroughs (19). From there, the lines to the heating roller (6) are laid on the vacuum side.
  • the heating roller (6) itself is designed such that it consists of a hollow tube which is rotatably mounted. A cylindrical electric radiant heater is fixed in this hollow tube.
  • the belt forms a free path from the heating roller (6) to the deflection roller (7). Below this free path there are two rows of arc evaporators, each row consisting of three evaporators, attached to the chamber (3) with which the running strip is coated. Each individual evaporator is placed in a ventilated vessel (21) in such a way that it can be freely positioned in the chamber (3).
  • the tape is guided around a second dancer roller (12) to the take-up roller (9). Furthermore, the winding device (17) is provided with two pressure rollers (11). These allow a degree of cutting to be pressed on metal strips and lead to better winding quality.
  • the winding (9) and unwinding rollers (8) are connected to motors (16) via drive shafts (20) via a rotary vacuum feedthrough. The motors are attached to the door (2) on the air side.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen selektiven Absorber zur Umwandlung des Sonnenlichtes in Wärme, der aus dünnen Schichten auf einem Substrat, vorzugsweise Aluminium, Kupfer oder Stahl, besteht. Die dünnen Schichten bestehen ihrerseits aus zwei Schichtsystemen. Das Erste, das am Substrat angrenzende System enthält mindestens eine Schicht aus dichtem, d.h. leerraumfreiem Material aus Titan, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. Dieses Material weist die chemische Formel TiαAlβNxCyOz auf. Das darüber liegende zweite System enthält mindestens eine Schicht, die aus einem Gemisch aus TiOz und AI2O3 besteht.

Description

Selektiver Absorber zur Umwandlung von Sonnenlicht in Wärme, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen selektiven Absorber zur Umwandlung des Son- nenlichtes in Wärme, ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie eine Vorrichtung zu dessen Herstellung.
Bisher wurden für selektive Absorber meist Substrate aus einem metallischen Material verwendet, die mit einer selektiv absorbierenden Schicht versehen sind. Solche selektiv absorbierenden Schichten sind seit H. Tabor 1955 („Selective Radiation I. Wavelength Discrimination" in Bull. Res. Counc. Israel 5A(1956) p.119) bekannt. Diese Schichten haben die Eigenschaft das Sonnenlicht möglichst vollständig zu absorbieren, gekennzeichnet durch den solaren Absorbtionsgrad CISOL und gleichzeitig möglichst we- nig Energie im thermischen Strahlungsbereich zu emittieren, beschrieben durch den thermischen Emissionsgrad ε-m- Weiterhin müssen diese Schichten für den Einsatz in Sonnenkollektoren geeignet sein, was eine Temperaturstabilität bis 250°C und Feuchtestabilität über mehrere Jahre bedeutet. Eine Vielzahl von selektiven Absorbern sind bekannt, so z. B. DE 28 04447 C3, DE 36 15 181 A1 , DE 4425 140 C1 oder DE 196 20 645 C2. Des weiteren sie explizit auf DE 43 44 258 C1 hingewiesen. Darin wird ein Material aus TiNxOy mit Leerräumen offenbart, welches als dünne Schicht auf vorzugsweise Kupfer einen selektiven Absorber bildet. Die hervorragenden optischen Eigenschaften dieser Absorber (αsoL > 0,94 und £TH< 0,05) brin- gen den Nachteil mit sich, dass die geforderte Temperaturstabilität nicht erfüllt wird.
Weiterhin sind dünne Schichten aus Verbindungen der Metalle der Gruppe IVa mit Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff bekannt. DE 36 37 810 C2 offenbart eine dekorative Schicht mit Titan, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Diese Schicht wird als grau bis schwarz beschrieben. Daraus ist zu entnehmen, dass der εTH inakzeptabel hoch liegen wird. DE 31 17 299 C2 offenbart TiNO und TiCO Schichten hergestellt mittels Elektronenstahlverdampfung. Bekanntermaßen sind so hergestellte Schichten porös, d.h. sie enthalten Leerräume wie in DE 32 10 420 A1 und in DE 43 44 258 C1 offenbart. Diese Schichten haben ebenfalls Stabilitätsproble- me.
DE 41 15 616 C2 offenbart eine TiAINx Schicht als Hartstoffsystem für Werkzeuge. Erfahrungsgemäß führen Metallnitride zu niedrigen αSoι- und sind als selektive Absorber nur bedingt geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen selektiven Absorber bereitzustellen, der die oben genannten guten optischen Eigenschaften ohne ihre Nachteile aufweist. Weiter besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen der selektive Absorber hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 , 8 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Der selektive Absorber zur Umwandlung des Sonnenlichtes in Wärme gemäß Anspruch 1 besteht aus dünnen Schichten auf einem Substrat, vorzugsweise Aluminium , Kupfer oder Stahl. Die dünnen Schichten bestehen ihrerseits aus zwei Schichtsystemen. Das Erste, das am Substrat angren- zende System enthält mindestens eine Schicht aus dichtem, d.h. leerraumfreiem Material aus Titan, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. Dieses Material weist die chemische Formel TiαAlßNxCyOz auf. Die Summe von α und ß ist 1 und α verhält sich zu ß wie 1 zu (0,05 bis 1), bevorzugt wie 1 zu (0,05 bis 0,6) und besonders bevorzugt wie (0,05 bis 0,09). Weiterhin gilt für dieses Material dass x+y+z im Bereich von 0,8 bis 2 liegt, bevorzugt im Bereich von 1 ,2 bis 2 und besonders bevorzugt im Bereich 1 ,5 bis 5. Für die einzelnen Bestandteile gilt, dass 0,0 < x ≤ 1 ,2, bevorzugt 0,0 < x ≤ 0,1 ; 0,2 < y ≤ 2, bevorzugt 1 < y < 2 und 0,05 < z < 2 ist. Das darüber liegende zweite System enthält mindestens eine Schicht, die aus einem Gemisch aus TiOz und Al20 besteht. Für diese Schicht gilt 1 < z < 2. Die Möglichkeit das System Eins mit mindestens einer weiteren Schicht aus dichtem, d.h. iee- raumfreien Material aus Titan, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff mit der chemischen Formel TiNxCyOz auszugestalten, erlaubt eine schnellere Pro- duktion des selektiven Absorbers bei gleich bleibenden Eigenschaften. Diese Schicht wird dadurch beschrieben, dass x+y+z im Bereich von 0,9 bis 2 liegt, bevorzugt im Bereich von 1 ,3 bis 2. Ferner gilt 0,0 ≤ x < 1 ,2, bevorzugt 0,0 < x < 0,1 ; 0,2 < y < 2, bevorzugt 1 < y < 2 und 0,05 < z < 2. Alle obigen Verhältnisse beziehen sich auf die Teilchenzahl beziehungsweise auf die Molverhältnisse.
Das zweite Schichtsystem kann weiter mindestens eine aus einem der folgenden Materialien Si02, Zr02, Ti02, Ba2θ3, Al203, Pb02, oder Zn02 oder Kombinationen aus diesen enthalten. Durch eine solche Oxidschicht kann der selektive Absorber passiviert werden, wodurch seine Lebensdauer erhöht wird.
Die Dicke des ersten Systems liegt im Bereich von 50 bis 150 nm, bevorzugt im Bereich von 70 bis 120 nm. Die Dicke des zweiten Systems liegt im Bereich von 80 bis 300 nm, bevorzugt im Bereich von 90 bis 180 nm. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt mit geringem Materialeinsatz und damit mit geringen Kosten selektive Absorber mit hervorragenden Eigenschaften herzustellen.
Es wird vollinhaltlich auf die parallelen deutschen Patentanmeldungen DE 10 2004 019 060.7 und DE 10 2004 019 062.3 und die korrespondierenden internationalen Anmeldungen, die zeitgleich mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurden, Bezug genommen und in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Weiter wird die vorliegende Erfindung durch ein Verfahren zur reaktiven Lichtbogenverdampfung (ARC) gemäß Anspruch 8 gelöst. Erfindungsgemäß entsteht während des Abscheidens der Metalle Titan und Aluminium auf einem Substrat durch Aufrechterhalten einer Gasatmosphäre, die min- destens eines der Gase Argon, Stickstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff enthält, eine Oxid-, Nitrid- oder Carbid-Verbindung. Um dichte, also leerraum- freie Schichten zu erhalten, werden keine thermischen Verfahren zum Verdampfen eingesetzt, sondern die Lichtbogenverdampfung. Bei diesem Ver- fahren wird ein Plasma zum Abscheiden des Targetmaterials benutzt und führt zu einer hohen lonisationsrate des zu verdampfenden Materials. Dichte Schichten sind die Folge. In einer Vakuumkammer wird das zu beschichtende Substrat über zwei Gruppen aus Reihen von Lichtbogenverdampfern geführt. Die Reihen der Verdampfer sind quer zur Bewegungsrichtung des Substrates angeordnet. Die Verdampfer der in Bewegungsrichtung ersten Gruppe sind mit Titantargets bestückt und die der zweiten mit Targets bestehend aus einem Gemisch aus Titan und Aluminium. Der Volumenanteil an Aluminium in diesem Target beträgt 5 bis 45%, bevorzugt 15 bis 33%. Die Reaktionsgase Stickstoff und Kohlendioxid werden nahe der ersten Gruppe von Verdampfern zugeführt. Der Abstand zwischen Verdampfer und Gaszuführung ist kleiner als der Abstand zwischen den zwei Gruppen. Sauerstoff wird nahe der zweiten Gruppe zugeführt, näher als den halben Abstand zwischen den beiden Gruppen. Ferner wird Argon zwischen den zwei Gruppen zugeführt. Der Gesamtdruck wird über den Zufluss von Argon oder wahlweise von Sauerstoff auf einen Wert im Bereich 10"3 bis 10"2 gestellt. Erfindungsgemäß beträgt das Verhältnis der Zuflüsse der Gase 02 zu C02 zu N2 wie 1 zu (0,05 bis 5) zu (0 bis 0,25). Der Zufluss an N2 Gas wird in Abhängigkeit der Verdampferrate der ersten Gruppe eingestellt nach der Formel: Zufluss [in sccm/s] = Rate [in ,6. g/sec] * f, wobei der Faktor . im Bereich von 0 bis 2, bevorzugt im Bereich 0,05 bis 1 ,3 liegt. Der Anteil an Argon im Gasgemisch liegt im Bereich 0 bis 50%.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass nach der zweiten Gruppe an Verdampfern weitere thermische Verdampfer eingesetzt werden um dielektrische Schichten aus Si02, Zr02, Ti02, Ba203, Al203, Pb02, oder Zn02 reaktiv abzuscheiden. Weiterhin kann zwischen Lichtbogenverdampfer und Substrat eine Bias- spannung vorzugsweise von 50 bis 1000 V, besonderst bevorzugt 150 bis 750 V eingesetzt werden, damit auch verunreinigte Substrate mit dem Verfahren haftfest beschichtet werden können.
Weiterhin ist es von Vorteil die Substrattemperatur im Bereich von 150°C bis 500°C zu wählen. Dadurch kann die Haftfestigkeit verbessert werden. Die Möglichkeit C02 durch Methan und/oder CO zu ersetzen oder zu ergänzen erlaubt flexiblere Herstellung des erfindungsgemäßen Absorbers.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des selektiven Absorbers nach obigem Verfahren wird in einer zylindrischen Vakuumkammer ein Schichtsystem mittels reaktiver Lichtbogenverdampfung abgeschieden. Die zylindrische, evakuierbare Vakuumkammer (3) hat mindestens an einer Seite des Zylinders eine Türe (2). Durch diese Türe (2) führt ein Tragrohr (1) auf dem eine Wickelvorrichtung (17) befestigt ist. Zwischen zwei Lagerschilden (4,5) befinden sich eine Abwickelwalze (8), eine Aufwickelwalze (9) mindestens zwei Umlenkwalzen (6,7) und mindestens eine Tänzerwalze (12,13) sowie mindestens eine Anpresswalze (11), wobei die Achsen aller Walzen parallel zur Achse des Tragrohres (1) sind und Tragrohr (1) und Türe (2) unabhängig voneinander auf einem Fahrwagen befestigt sind. Dieser Fahrwagen fährt auf Rollen oder Schienen parallel zur Zylinderachse der Kammer (3), derart dass die Wickelvorrichtung (17) vollständig in die Kammer (3) einfahrbar ist und die Türe (2) die Kammer (3) vakuumdicht schließt. Ferner weist die Wickelvorrichtung (17) Tänzerwalzen (12,13) auf, die je durch zwei Federpakete (14) in Richtung Tragrohr (1) gezogen werden. Das zu beschichtende Substratband bildet zwischen den Umwickelwalzen (6,7) eine freie Strecke. Unterhalb dieser sind Gruppen von Lichtbogenverdampfern angebracht. Diese Verdampfer sind in belüfteten Gefäßen (21) befestigt, welche in der Kammer (3) positioniert sind.
Die Erfindung wird weiter anhand der Figuren beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 zeigt die Reflexion als Funktion der Wellenlänge von Beispiel 1. Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der Vorrichtung nach Beispiel 4.
Fig. 3 zeigt die Reflexion als Funktion der Wellenlänge von Beispiel 2.
Fig. 4 zeigt die Reflexion als Funktion der Wellenlänge von Beispiel 3.
Die Erfindung wird weiter anhand der Beispiele beschrieben.
Ausführunqsbeispiel 1 :
In einer Vakuumkammer evakuiert durch eine Öldiffusionspumpe gefolgt von einer Wälzkolbenpumpe und einer zweistufigen Drehschieberpumpe sind zwei kommerziell erhältliche Lichtbogenverdampfer mit 0 69 mm angebracht. 0,2 mm dicke Kupfersubstratbänder werden mittels eines Manipu- lators über die Verdampfer geführt. Beide Verdampfer sind mit 20%igen Al- Ti Mischtargets bestückt. 5mm vor dem ersten Verdampfer werden 100 sccm N2 und 350 sccm C02 eingeführt. 5 mm hinter dem zweiten Verdampfer werden 1000 sccm 02 zugeführt. Vor Beginn und während der Beschichtung brennen die Lichtbogenverdampfer je mit 60A. Die Substrate werden derart über die Verdampfer geführt, dass die gewünschte Schichtdicke entsteht. Diese wird mit Schwingquarzen, welche ebenfalls mit den Substraten bewegt werden, gemessen. Als Substrattemperatur wurde 250°C gewählt. Nach der Beschichtung wurden der solare Emissionsgrad und der thermische Emissionsgrad mit Spektrometern bestimmt. Die Schichtzusammen- setzung wurde mittels Auge-Spektroskopie ermittelt. Folgende Ergebnisse wurden gemessen:
ÖSOL = 0,94; ε™ = 0,04 von TiαAlßNxCyOz mit (α=0,8; ß=0,2; x = 0,1 ; y = 1 ,1 ; z = 0,6) der Dicke 90 nm und Ti02 / Al203 - Schicht der Dicke 105 nm auf Kupfer.
Ausführunqsbeispiel 2:
Der Parametersatz in Beispiel 2 unterscheidet sich von Beispiel 1 folgendermaßen: Das Gemisch Titan zu Aluminium betrug 90% Titan und 10% Aluminium. Der N2 Gasfluss betrug 50 sccm und der von 02 2000 sccm. Folgende Ergebnisse wurden gemessen: αsoι_= 0,95; ε-m = 0,04 von TiαAlßNxCyOz mit (α=0,9; ß=0,1 ; x = 0,02; y = 0,9; z = 1 ,08) der Dicke 85 nm und Ti02 / Al203 - Schicht der Dicke 100 nm auf Kupfer.
Ausführunqsbeispiel 3:
In diesem Beispiel wurde der erste Verdampfer nur mit Titan bestückt, der
Zweite mit einem Aluminiumanteil von 45%. Der N2 Gasfluss betrug 400 sccm; C02 500 sccm; Methan 500 sccm und 02 1000 sccm. Bei diesem Beispiel wurden folgende Ergebnisse ermittelt:
OSOL = 0,95; εTH = 0,05 von System I: 40 nm TiNxCyOz mit (x = 0,3; y = 1 ,0; z = 0,7); 55 nm TiαAlßNxCyOz mit (o=0,7; ß=0,3; x = 0,1 ; y = 1 ,0; z = 0,9) und System II: Ti02 / Al203 - Schicht der Dicke 105 nm auf Kupferband.
Ausführunqsbeispiel 4:
Die Vorrichtung zur Beschichtung besteht aus einer zylindrischen Vakuumkammer (3), einer Wickelvorrichtung (17), welche an einem Tragrohr (1) befestigt ist. Tragrohr (1) und Türe (2) der Vakuumkammer (3) sind an ei- nem Fahrwerk befestigt. Das Fahrwerk fährt auf einem Schienensystem derart, dass Tür (2) und Tragrohr (1) mit der Wickelvorrichtung (17) in die Vakuumkammer (17) einfahren kann. Die Tür (2) und die Kammer (3) sind beide mit einem Dichtungsflansch (18) versehen, so dass die Türe (2) die Kammer (3) vakuumdicht abdichtet.
Die Wickelvorrichtung besteht aus zwei Lagerschilden (4,5) an denen die Walzen, Ab- und Aufwickelwalze (8,9), Umlenkwalzen (6,7), Anpressrollen (10,11), Tänzerwalzen (12,13) und die Federpakete (14) angebracht sind. Das zu beschichtende Band wird von der Abwickelwalze (8) über die Um- lenkwalze (6) geführt. Hierbei wird es von der Tänzerwalze (13) geführt und gestreckt, so dass an der Umlenkwalze (6) ein definierter Umschlingungs- winkel entsteht. Die Umlenkwalze (6) ist in diesem Beispiel als Heizwalze ausgeführt. Hierzu werden elektrische Leitungen durch das Rohr (1) verlegt, die über elektrische Durchführungen (19) an die Vakuumseite gelangen. Von dort werden die Leitungen zur Heizwalze (6) vakuumseitig verlegt. Die Heizwalze (6) selbst ist derart ausgestaltet, dass sie aus einem Hohlrohr besteht, welches drehbar gelagert ist. In diesem Hohlrohr befindet sich ortsfest eine zylinderförmige elektrische Strahlungsheizung. Das Band bildet von der Heizwalze (6) bis zur Umlenkwalze (7) eine freie Strecke. Unterhalb dieser freien Strecke sind zwei Reihen Lichtbogenverdampfer, jede Reihe bestehend aus drei Verdampfern an der Kammer (3) angebracht, mit welchen das laufende Band beschichtet wird. Jeder einzelne Verdampfer ist in einem belüfteten Gefäß (21) eingebracht, derart, dass er in der Kammer (3) frei positionierbar ist.
Hinter der Umlenkwalze (7) wird das Band um eine zweite Tänzerwalze (12) geführt zur Aufwickelwalze (9). Weiterhin ist die Wickelvorrichtung (17) mit zwei Anpresswalzen (11) versehen. Diese erlauben es einen Schneidgrad bei Metallbändem anzupressen und führen zu einer besseren Wickelqualität. Die Auf- (9) und Abwickelwalzen (8) sind über Antriebswellen (20) mit Motoren (16) über eine Vakuumdrehdurchführung verbunden. Die Motoren sind an der Tür (2) luftseitig angebracht.
Neben jedem Verdampfer sind zwei Gaseinlassdüsen angebracht. In der Mitte zwischen den Verdampferreihen befindet sich eine Düse für Argon.
Bezuqszeichenliste: (I) Tragrohr (2) Türe (3) Vakuumkammer (4) Lagerschild (5) Lagerschild (6) Umlenkwalze; Heizwalze (7) Umlenkwalze (8) Abwickelwalze (9) Aufwickelwalze (10) Anpressrolle (II) Anpressrolle (12) Tänzerwalze
(13) Tänzerwalze
(14) Federpaket
(15) Dichtungsring (16) Motor
(17) Wickelvorrichtung
(18) Dichtungsflansch
(19) Elektrische Durchführungen
(20) Antriebswelle (21 ) Gefäß zum Anbringen der Lichtbogenverdampfer

Claims

Patentansprüche
1. Selektiver Absorber zur Umwandlung des Sonnenlichtes in Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Substrat zwei Schichtsy- steme aufgetragen sind, wobei das dem Substrat am nächsten liegende System mindestens eine Schicht aus dichtem, d.h. leerraumfreiem Material aus Titan, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff mit der chemischen Formel TiαAlßNxCyOz enthält, wobei α + ß = 1 ist und sich α zu ß wie 1 zu (0,05 bis 1) verhält und x+y+z = 0,8 bis 2 ist und 0,0 < x < 1,2 ist und 0,2 < y < 2 ist und 0,05 < z < 2 ist, weiterhin dass das darüber liegende zweite System mindestens eine Schicht enthält, die aus einem Gemisch aus TiOz und AI2O3 besteht, mit 1 ≤ z < 2.
2. Selektiver Absorber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material in dem ersten System aus Titan, Aluminium, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff mehr Kohlenstoff als Sauerstoff enthält.
3. Selektiver Absorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Schichten des dem Substrat am nächsten liegenden Systems aus dichtem, d.h. leerraumfreiem Material aus Titan, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff mit der chemischen Formel TiNxCyOz besteht wobei x+y+z = 0,9 bis 2 ist und 0,0 ≤ x ≤ 1 ,2 ist und 0,2 < y < 2 ist und 0,05 < z < 2 ist.
4. Selektiver Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten im zweiten System aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Si02, Zr 0 ,Ti02, Ba203, Al203, Pb02, oder Zn02 oder aus Kombinationen von diesen.
5. Selektiver Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des ersten Systems im Bereich von 50 bis 150 nm liegt.
6. Selektiver Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Systems im Bereich 80 bis 300 nm liegt.
7. Selektiver Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat um ein Band aus Kupfer, Aluminium oder Stahl handelt.
8. Verfahren zur Herstellung des selektiven Absorbers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mittels reaktiver Lichtbogenentladung, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Vakuumkammer das zu beschichtende Substrat über zwei Gruppen aus Reihen von Lichtbogenverdampfern geführt wird, wobei die Reihen der Verdampfer quer zur Bewegungsrichtung des Substrates angeordnet sind, weiterhin die Verdampfer der in Bewegungsrichtung ersten Gruppe mit Titan oder auch einem Gemisch aus Titan und Aluminium als Verdampfermaterial bestückt sind, die der Zweiten mit einem Gemisch aus Titan und Aluminium mit 5 bis 45% Volumenprozent an Aluminium bestückt sind, weiterhin die Gase Stickstoff und Kohlendioxid nahe der Verdampfer der ersten Gruppe zugeführt werden, in einem Abstand der maximal die Hälfte des Abstandes zwischen den zwei Gruppen beträgt und Sauerstoff in der Nähe der zweiten Gruppe, ebenfalls in einem Abstand der kleiner als die Hälfte des Abstandes zwischen den zwei Gruppen ist, und ebenso Argon zwischen den zwei Gruppen zugeführt wird, wobei der Gesamtdruck über den Zufluss von Argon oder wahlweise von Sauerstoff auf 10"3 bis 10"2 geregelt wird, wobei das Verhältnis der Zuflüsse der Gase 02 zu C02 zu N2 sich wie 1 zu (0,05 bis 5) zu (0 bis 0,25) verhält und der Zufluss an N2 Gas über die Verdampferrate der ersten Gruppe geregelt wird nach der Formel: Zufluss [in sccm/s] = Rate [in μg/sec] * f, wobei fim Bereich von 0 bis 2 liegt und der Anteil an Argon im Gasgemisch im Bereich 0 bis 50% liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der in Bewegungsrichtung zweiten Gruppe eine weitere Gruppe an thermischen Verdampfern folgt die mit Materialien Si, Zr, Ti, Ba, AI, Pb, oder Zn bestückt sind und durch reaktives Verdampfen entsprechende Dielektrika abscheiden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder anstatt dem Gas C02 auch Methan und/oder CO zugeführt werden kann.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Substart während der Beschichtung auf einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 500°C gehalten wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen Lichtbogenquelle und Substart eine Spannung von 50 bis 1000 V angelegt wird.
13. Vorrichtung zur Herstellung des selektiven Absorbers auf bandförmigen Substraten mittels Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bestehend aus einer zylindrischen evakuierbaren Vakuumkam- mer (3), mit einer mindestens an einer Seite des Zylinders angeordneten Türe (2) und einer Wickelvorrichtung (17), dadurch gekennzeichnet, dass durch die Türe (2) ein Tragrohr (1) führt auf welchem die Wickelvorrichtung (17) befestigt ist, die aus zwei Lagerschilden besteht(4,5), zwischen denen sich eine Abwickelwalze (8), eine Auf- wickelwalze (9) mindestens zwei Umlenkwalzen (6,7) und mindestens eine Tänzerwalze (12,13) sowie mindestens eine Anpresswalze (11) befindet, wobei die Achsen aller Walzen parallel zur Achse des Tragrohres (1) sind und Tragrohr (1) und Türe (2) getrennt oder unabhängig voneinander auf einem Fahrwagen befestigt sind, wobei dieser Fahrwagen auf Rollen oder Schienen parallel zu Zylinderachse der Kammer (3) beweglich ist und jede Tänzerwalze (12,13) durch je zwei Federpakete (14) in Richtung Tragrohr (1) gezogen wird und unter der freien Strecke zwischen den Umwickelwalzen (6,7) an der Vakuumkammer (3) Gruppen von belüfteten Gefäßen (21) mit Lichtbogenverdampfern angebracht sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass neben jedem Verdampfer der Gruppe eins eine Gasdüse für die Zufuhr von C02 und eine für die Zufuhr von N2 angebracht ist, in der Mitte zwischen Gruppe eins und zwei mindestens eine Düse für Argon und neben jedem Verdampfer der Gruppe zwei eine Düse für die Zufuhr von Sauerstoff angebracht ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umlenkwalze als Heizwalze ausgestaltet ist.
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