带梯度层的太阳能吸收器层系统和制造它的方法及装置制造方法及图纸

一种基底上的太阳能吸收器层系统，所述太阳能吸收器层系统从基底（1）向上具有在红外范围内高反射的底层（31）、在所述底层上的吸收层（32）和在所述吸收层上的反射提高的顶层（33），其中，吸收层（32）构造成梯度层，其特征在于，吸收层（32）构造成具有金属的和陶瓷的成分的金属陶瓷梯度层，在金属的和陶瓷的成分中的一个成分是基体而另一个成分是分布在所述基体内的微粒，其中，陶瓷成分具有接下来被称为ZAO的掺铝氧化锌作为主要组成部分。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及太阳能吸收器层系统以及用于通过至少两个靶（9、10）的阴极溅射在基底上制造出梯度层的方法和用于在具有至少一个涂层隔间的真空涂层设备中沉积出太阳能吸收器层系统的梯度层的装置，基底经过靶并以具有分梯度的层被涂层。进行作为金属陶瓷梯度层的吸收层（32）的沉积，该吸收层具有金属的和陶瓷的成分，一种是基体而另一种是分布在该基体内的微粒。沉积由双靶实现，双靶的第一靶提供金属陶瓷的陶瓷的组成部分并且包括陶瓷的材料，而这个双靶的第二靶提供金属陶瓷的金属的组成部分，其中，金属靶作为主要组成部分包括金属成分的氧化物、氮化物或氮氧化物或这些金属成分的金属。【专利说明】带梯度层的太阳能吸收器层系统和制造它的方法及装置
本专利技术涉及一种太阳能吸收器层系统，其带有很高的太阳能吸收率和很小的热辐射率，以及涉及一种用于在基底上通过至少两个靶的阴极溅射来制造作为梯度层的太阳能吸收层的方法，其中，基底在旁边运动经过靶并在此以具有分梯度的组分的层来涂层。本专利技术同样涉及一种用于按该方法在带有至少一个涂层隔间的真空涂层设备中制造梯度层的装置，该涂层隔间作为涂层源具有至少两个与基底对置的、配备有各一个靶的阴极、一个用于制造涂层过程的真空环境的过程气体导引装置和一个运输系统，该运输系统实现了基底相对涂层源的运动。
技术介绍
这种层系统使用在太阳能热技术中，以便通过选择性作用的，也就是说在具有最高能量辐照的太阳光的光谱范围内吸收的以及使红外线辐射最小化的层系统实现太阳能热技术应用的高效。为此目的，太阳能吸收器层系统的特征在于在约300至1000nm的最大太阳能辐照的波长范围内的极小的反射和很强的吸收，以及针对较大的波长而强烈上升的且在直至约2000nm的近红外范围内和位于其上的红外范围内的很高的反射和很小的辐射。用于太阳能吸收的层系统通常包括在红外范围内高反射的底层，其一般由铝、金、银、铜、钥或其它合适的材料构成。至少一个吸收层作为功能层处在该底层上方并且在该吸收层上方又有抗反射的顶层，该顶层除了抗反射的作用外还具有很高的透射能力，以便提高通过吸收层的吸收。这些层可以一体地或由多部分构成并且可以通过改善粘附的中间层来补充。又可以由多个子层构成的功能层在很小的层厚度下就已经具有在太阳辐射范围内，也就是说约300至2500nm范 围内的很好的吸收能力。公知的是，氧化铬层和由氧化钛和/或氮化钛构成的层作为用于这个具有合适的选择性吸收特性的层的材料，在这些层中，吸收特性可以通过化学计算法来改变。在选择性作用的吸收器中公知的是，也由氧化铬构成的、可以成一体地或由多部分构成的梯度层，其带有所谓的金属陶瓷梯度。通常如下材料复合物被称为金属陶瓷，在这些材料复合物中，离散的金属组成部分(微粒)被埋入陶瓷的基体中。也公知的是基本组分的逆转，也就是说将陶瓷的微粒埋入金属的基体中。组分在此可以如下这样发生变化，即，通过陶瓷的和金属的份额可以非常有针对性地调整光学的，尤其是吸收特性，这是因为可以用公知的方式通过金属的(吸收的)和陶瓷的(不吸收的或吸收很弱的)份额改变反射和透射的比例。这种构造出梯度的氧化铬的金属陶瓷层已被证实在热方面极为稳定，这由于在收集器中的温度和环境条件以及收集器的所期望的长时间的使用寿命尤其对在太阳能收集器中的应用有重要意义。常见的梯度层的可变的层组分尤其可以通过反应溅射制成，在反应溅射时，金属靶在反应性环境下，在当前情况下为在氮流入下被溅射。陶瓷份额的富集大多通过金属成分经由更多的反应气体输入在基底经过涂层设备期间不断增加的反应性沉积实现。以此方式可以沉积出所提到的铬基吸收层和钛基吸收层。为了制造出单层的梯度层，在利用金属靶的反应性导引的过程步骤内实现非对称的过程气体输送。如果例如沿基底的运动方向来观察在靶之前输送由惰性气体和反应气体构成的反应气体份额占大部分的混合物或仅反应气体，而在靶之后输入惰性气体份额占大部分的混合物或仅惰性气体，那么在两侧之间存在反应气体的不均匀分配，从而使层的首先制成的下部区域具有比层的上部分更高的氧化度。如果沉积在多个涂层站中进行，那么例如陶瓷成分的富集也可以通过金属成分经由不断上升的反应气体输入而不断增加的反应性沉积来实现。用这个方法制成的梯度层仅能以限定的程度相区别，这是因为作为梯度仅能是氧化度上的限定的差别。这在实践中导致，涂层方法在有针对性地调整梯度层的光学特性方面被证实是不灵活且极难控制的。尤其是出现了在梯度层中延伸的最下面的最先制成的子层的化学计算比例的漂移现象。主要在使用极大的靶时特别明显地表现出该方法的不稳定性和由此引起的缺陷，其中，这些极大的靶应能实现用于制造所需层厚度和过渡层的空间上的间隙的形成。如果梯度层包括不同的分梯度的材料成分，那么它以如下方式在一个或多个涂层站中来制造，即，两个具有不同靶材的靶在空间上相互布置成使不同材料的等离子棒在基底平面的区域内进行一定的重叠并进而在这个区域内沉积出两种材料的混合层，该混合层埋入两个靶材的层中。例如在DE 10 2004 014 323 Al中将两个靶布置在一个涂层隔间中并通过与每个阴极无关的 功率调节和使用挡板来影响梯度的形成。但重叠也局限于相对较小的范围上且梯度的差别由于设备技术被设定了很窄的极限。用于沉积出梯度层的成本低廉的方法是管状靶的反应性磁控管溅射。但可行的材料组合的选择非常有限，这限制了能实现的特性。此外，在很多情况下，反应性过程导引与很低的沉积率相关联并且此外还极易受干扰。由此通常造成了很小的基底速度和较高的阴极数(这与较高数量的过程腔相关联)，这使梯度层的制造非常低效。针对反应性引导的过程，设备费用也由于必要的气体分隔腔而提高。此外，因为梯度层的待改变的组分要求单个成分的不同沉积率，所以无法充分利用靶的最大功率，这同样提高了必要的涂层站的数量。当层系统由一个或多个梯度层主导，像例如在太阳能吸收器中基于完全的金属陶瓷那样的情况时，那么特别要考虑这些缺陷。
技术实现思路
因此本专利技术所要解决的任务是，说明一种带有梯度层的太阳能吸收器层系统以及一种用于其沉积的方法以及一种能用于其沉积的装置，它们允许了在很高的沉积率下使具有多种材料成分的可稳定地调整的层组分的梯度层也通过管状靶来沉积。为了解决该任务，使用一种按权利要求1所述的太阳能吸收器层系统以及一种按权利要求3所述的方法和一种按权利要求11所述的装置。其中各从属权利要求表示有利的设计方案。按本专利技术的太阳能吸收器层系统作为梯度层具有一体地或由多部分构成的金属陶瓷梯度层，其具有陶瓷的和金属的成分，一种成分作为基体而另一种成分作为埋入其中的微粒，它们的份额可以被很好地调整。按照本专利技术，陶瓷的成分包括接下来被称为ZAO的掺铝氧化锌作为主要组成部分。这种材料可以借助溅射以及尤其借助高比率磁控管溅射以高沉积率稳定地且可复制地来沉积。此外，这些靶还可以廉价地以及用在很宽的范围内的组分来制造。ZAO应仅是金属陶瓷的主要组成部分。这就是说可以包含技术上引起的污物或技术上引起的杂质，它们有助于在沉积期间的过程导引或有助于靶的制造。这种类型的污物或技术上的杂质大多处在小于1%的范围内，但在单一材料的情况下也可以占直至2%或3%。在ZAO的情况下，在氧化锌中掺铝大于1%通常不再被视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基底上的太阳能吸收器层系统，所述太阳能吸收器层系统从基底（1）向上具有在红外范围内高反射的底层（31）、在所述底层上的吸收层（32）和在所述吸收层上的反射提高的顶层（33），其中，吸收层（32）构造成梯度层，其特征在于，吸收层（32）构造成具有金属的和陶瓷的成分的金属陶瓷梯度层，在金属的和陶瓷的成分中的一个成分是基体而另一个成分是分布在所述基体内的微粒，其中，陶瓷成分具有接下来被称为ZAO的掺铝氧化锌作为主要组成部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·法贝尔，埃克哈特·赖因霍尔德，霍尔格·普勒尔，
申请(专利权)人：冯·阿德纳设备有限公司，
类型：发明
国别省市：