[發明專利]太陽能吸收器及其制造方法

有效

• 申請號: 201410412308.7
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104422188A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 馬庫斯·貝倫特
• 申請（專利權）人: 馮·阿德納有限公司
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;B32B9/04;B32B33/00;C23C14/35
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李楠;安翔

技術領域

本發明涉及一種太陽能吸收器，其帶有：基材和布置在基材上的太陽能吸收器層系統，該太陽能吸收器層系統從基材向上觀察具有吸收層系統和覆蓋層系統。本發明還涉及太陽能吸收器的制造方法。

背景技術

太陽能吸收器層系統的突出之處在于：在大約300至1000nm的最大太陽能照射的波長范圍內的高的吸收和極低的反射(α＝1-Re，其中α＝吸收系數而Re＝太陽能能量反射)。在從約1000nm起的波長范圍中，這樣的層系統的反射率急劇提升。特別是在直至約2000nm的近紅外輻射(NIR輻射)的波長區域和在它以上的紅外區域中，太陽能吸收器具有高的反射率和運行溫度下的小的能量放射(通過能量放射能力或熱發射率ε來描述)。相應的覆層因此也稱作選擇性覆層。在此，在ε<0.05(5％)的發射率ε下實現了α>0.95(95％)的太陽能吸收率α的值。

多年以來，憑借物理氣相沉積(physical?vapour?deposition,PVD)制造了市場上常見的太陽能吸收器。通常，用于太陽能吸收的層系統包括在紅外范圍內高反射的基底層或相應的反射基材，其經常由鋁、金、銀或其他適合的材料構成。有時，也應用銅。在上面有至少一個吸收層作為功能層，并且上面又有一個抗反射的覆蓋層，其除了抗反射效應外還具有高透射能力，以便通過吸收層提高吸收。這些層可以構造為一件式或多件式的，并通過改善粘附的中間層加以補充。

為了制造太陽能吸收器，如今采用了一系列的材料，其中，含鉻的層系統由于其特性的加和得到了廣泛的傳播。相應的吸收層在小的層厚條件下就已經在太陽輻射波長范圍(即約300至2500nm的范圍)中具有良好的吸收能力。在此，能通過化學計量調整吸收性能。

為了生產這些層，在含有反應性氣體的氣氛下將金屬引入氣相，在其中，金屬與反應性氣體發生反應并作為金屬氧化物MeO_x層或金屬氮化物MeN_x層沉積在基材上。在此，只要涉及含鉻金屬，就會形成鉻(Ⅵ)氧化物，其對于設備操作員及其同事有大的健康風險。此外，經覆層的吸收器帶也可能含有痕量的鉻(Ⅵ)。

不含鉻的層系統，例如基于鈦或氮氧化鈦TiO_xN_y的、或者基于氮化鋁AlN_x、氧化鋁Al_xO_y、氮化硅Si_xN_y或氧化硅SiO_x的層系統可以實現與含鉻的層系統光學上相似的性能，然而相應的含鋁或含硅的層的吸收能力受到工藝條件的強烈影響。含鋁或含硅的吸收器層可以例如憑借反應性濺射在過渡模式下產生。然而該制造變化方案在過程技術上難以掌握，并通常要求采用適宜的測量技術和控制技術。

相反，低吸收的含鋁層或含硅層在反應模式下在引入適宜反應性氣體的條件下生成。

眾所周知地，許多反應性運行的濺射過程依賴于反應氣體流擁有兩個穩定運行狀態。金屬模式的特征在于，被引入濺射過程的反應性氣體完全被過程耗盡。在該運行類型中，制造出的層具有欠化學計量的組成(MeO_x、MeN_x)，但卻主要擁有靶體材料的特性。沉積率和過程電壓近似對應于非反應性的運行方式。在相關于靶材和相關于過程功率的反應性氣體流過量時，濺射過程自發地轉為反應模式。該模式的特征在于，靶體表面幾乎完全被(在氧氣作為反應性氣體的情況下)氧化皮覆蓋。這導致了濺射率的急劇降低，以及經常導致(在相同的過程功率下的)過程電壓的明顯降低。以該運行類型沉積下來的層具有化學計量組成(例如SiO₂)以及(根據靶材)主要是陶瓷性的特性，例如透光率以及高的電阻。處于金屬模式和反應模式之間的過程區域被稱作過渡模式(或者說transition?mode)。在該區域進行濺射時，幾乎可以實現任意的層組成，還帶有層性能的相應結果。該區域因此特別適合制造由上述材料制成的吸收性的層，這是因為它的符合化學計量的氧化物和氮化物不具有在相關波長范圍內的吸收。此外，然而，依賴于實際的過程參數(例如點火電壓)需要對反應性氣流的快速的、主動的控制。此外，在金屬帶覆層裝置上的不含鉻的層系統通常不能以必要的長時間穩定性或必要的生產率沉積。此外,由例如WO95/17533和US?4,098,956已知另外的、含氮的吸收層。