Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Motivation des Vorhabens: Bisher f\u00fcr die industrielle Abscheidung von Absorberschichten auf Metallb\u00e4ndern eingesetzte Abscheidungsverfahren besitzen neben ihren spezifischen Vorteilen Nachteile, die nur mit gro\u00dfem regelungstechnischem Aufwand reduziert werden k\u00f6nnen. Eine Weiterentwicklung dieser Verfahren wird daher nur noch zu einer geringen Kostenreduktion f\u00fchren. Au\u00dferdem ist es mit diesen Verfahren schwierig, neue komplexe Schichtsysteme abzuscheiden, die bei gleichen oder besseren optischen Kennwerten wie von derzeit kommerziell verf\u00fcgbaren Absorberschichten temperatur- und korrosionsstabiler sind.
\nZiel des Projektes ist es, die Hochrate Gasflusssputtertechnik (GFS) – ein neues innovatives Beschichtungsverfahren, das am Fraunhofer-Institut in Braunschweig entwickelt wurde – f\u00fcr die Abscheidung von selektiven Solarabsorberschichten einzusetzen und so weiterzuentwickeln, dass mit dieser Technik in einer industriellen Bandbeschichtungsanlage B\u00e4nder mit einer Breite von 1250 mm beschichtet werden k\u00f6nnen. Ebenso ist die Ermittlung und Reduktion des Energiebedarfs und des Bedarfs an Prozessmate-rial f\u00fcr die Beschichtung ein wichtiger Aspekt des Projektes.
\nDamit soll die wirtschaftliche industrielle Produktion von neuartigen selektiven Absorberschichten erm\u00f6glicht werden, die bei gleichen oder besseren optischen Kennwerten, deutlich temperatur- und korrosionsstabiler wie heute kommerziell verf\u00fcgbare Schichten sind.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch die F\u00f6rderung durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (Aktenzeichen 25056) war der Aufbau einer Versuchs-Bandbeschichtungsanlage m\u00f6glich, die mit zwei 250 mm breiten Gasflusssputterquellen (GFS – Quellen) vom Fraunhoferinstitut Braunschweig (Arbeitsgruppe Dr. Jung) ausgestattet wurde. In dieser wurde die GFS-Technologie erstmals f\u00fcr die Abscheidung von selektiven Solarabsorberschichten auf Metallb\u00e4ndern eingesetzt.
\nIn der Versuchsanlage wurden zun\u00e4chst die optimalen Prozessparameter zur Erzielung einer maximalen Abscheiderate ermittelt. Dabei stellte sich heraus, dass die Abscheidungsrate entscheidend durch die Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse innerhalb und au\u00dferhalb der GFS-Quellen beeinflusst wird. Daher wurden die Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse durch Umbau einzelner Komponenten optimiert. Dadurch konnte auch die Homogenit\u00e4t der Beschichtung verbessert werden. Derzeit kann ein etwa 200 mm breiter Streifen mit einer Homogenit\u00e4t von \u00b13% beschichtet werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Durch diese Ma\u00dfnahmen war es m\u00f6glich, eine dynamische Abscheidungsrate von TiO2 von 90 nmm\/min zu erreichen. Mit Magnetronsputtertechnologie ist maximal eine dynamische Rate von 30 – 40 nmm\/min f\u00fcr TiO2 erzielbar.
\nUm gut haftende Schichten zu erhalten, wurden zwei Methoden zur Plasmareiniung der Metallbandober-fl\u00e4che erfolgreich getestet: Plasmareinigung mittels klassischer Plasmabox und GFS-Quellen unterst\u00fctzte Plasmareinigung.
\nIm Folgenden wurden Versuche durchgef\u00fchrt, die klassische TiNOX Beschichtung mittels GFS-Technologie abzuscheiden. Dabei konnte gezeigt werden, dass selektive Absorberschichten bei Sub-strattemperaturen von weit unter 100\u00b0C mit \u00e4hnlichen Eigenschaften wie mit Elektronenstrahltechnologie abgeschieden werden k\u00f6nnen. Nach anschlie\u00dfendem Aufbringen einer Antireflexschicht aus SiO2 oder Al2O3 konnten Absorberschichten mit einem solaren Absorptionsgrad von 94% und einem thermischen Emissionsgrad von 5% hergestellt werden.
\nUm den Betrieb in einer industriellen Beschichtungsanlage zu simulieren, wurden durch gleichzeitigen Betrieb von zwei Quellen verschiedene Betriebszust\u00e4nde simuliert: Durch hintereinander Schalten von zwei mit Titantargets best\u00fcckten Quellen, konnte die Abscheidungsgeschwindigkeit der TiNxCyOz Absor-berschicht nahezu verdoppelt werden. Ebenso wurden mit dieser Methode gradierte Absorberschichten hergestellt, indem beide Quellen mit unterschiedlichen Reaktivgasfl\u00fcssen betrieben wurden.
\nAuch durch simultane Abscheidung mittels zwei hintereinander geschalteten GFS-Quellen – wobei mit der einen Quelle eine TiNxCyOz Absorberschicht und mit der andern eine Al2O3 Antireflexschicht reaktiv abgeschieden wurde – konnten bereits gute selektive Absorberschichten mit einem Absorptionsgrad von 93,5% und Emissionsgrad von 5% hergestellt werden. Bei all diesen Versuchen zeigte sich, dass sich die Quellen nur wenig gegenseitig beeinflussen, was die Konstruktion einer Produktionsanlage einfacher und kosteng\u00fcnstiger macht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit Hilfe der mit F\u00f6rderung der DBU aufgebauten Bandbeschichtungsanlage konnte gezeigt werden, dass die GFS-Technik geeignet ist, selektive Absorberschichten mit guten optischen Kennwerten und guter Stabilit\u00e4t auf Metallb\u00e4ndern abzuscheiden. Dabei ist besonders hervorzuheben, dass die Schichten schon bei Substrattemperaturen weit unter 100\u00b0C abgeschieden werden k\u00f6nnen! Damit ist das Arbeitsziel, die f\u00fcr die Abscheidung n\u00f6tige Substrattemperatur auf einen Wert deutlich unter 150\u00b0C zu reduzie-ren, eindeutig erreicht. Die Beschichtung von temperaturempfindlichen Substraten auf Kunststoffbasis ist somit m\u00f6glich.
\nDurch die unternommenen Versuche konnte gezeigt werden, dass die GFS-Technologie grunds\u00e4tzlich f\u00fcr den Einsatz in einer industriellen Bandbeschichtungsanlage geeignet ist. Allerdings haben die Versuche auch gezeigt, dass die Gasstr\u00f6mung in den Quellen und zwischen Quellenm\u00fcndung und Band noch weiter optimiert werden m\u00fcssen, um einen problemlosen Betrieb in einer industriellen Beschichtungsanlage gew\u00e4hrleisten zu k\u00f6nnen. Insbesondere muss die Quellenm\u00fcndung und die Targetk\u00fchlung noch optimiert werden, um einen Dauerbetrieb in einer industriellen Beschichtungsanlage zu erm\u00f6glichen.
\nDaher wird ein Folgeprojekt vorgeschlagen, in dem eine GFS-Quelle f\u00fcr die Beschichtung von 1250 mm breiten Metallb\u00e4ndern entwickelt wird. Dabei soll insbesondere die Gasstr\u00f6mung und die Quellenm\u00fcn-dung optimiert werden. Vorversuche dazu k\u00f6nnen in der Versuchsanlage durchgef\u00fchrt werden. Au\u00dfer-dem sollen Str\u00f6mungssimulationen vorgenommen werden, um die optimale Str\u00f6mungsf\u00fchrung f\u00fcr eine Produktionsanlage zu finden. Die so entwickelte Quelle soll dann in einer Produktionsanlage eingebaut, getestet und optimiert werden.
\nDamit soll die Herstellung von neuartigen selektiven Absorberschichten in einer industriellen Produktionsanlage erm\u00f6glicht werden, die bei gleichen oder besseren optischen Kennwerten, deutlich temperatur- und korrosionsstabiler wie heute kommerziell verf\u00fcgbare Schichten sind. Im Rahmen eines BMBF- Projektes sollen im Anschluss an dieses Projekt verschiedene dieser Schichtsysteme [Ken02] [Eis99] in der GFS-Versuchsanlage abgeschieden und bewertet werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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