CH620287A5

CH620287A5 - Radiation collector

Info

Publication number: CH620287A5
Application number: CH841577A
Authority: CH
Inventors: Jerome John Cuomo; Thomas Herman Distefano; Jerry Mac Pherson Woodall
Original assignee: Ibm
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1980-11-14
Also published as: OA05764A; JPS5337924A; DE2734544A1; DK151079B; MX143717A; CA1083867A; GR66047B; IL52540A0; FI67267B; DE2734544C2; DK409377A; NL7710100A; NO147431B; PL200836A1; JPS577333B2; PL119116B1; FR2365135A1; GB1532338A; ES462375A1; AR222144A1

Description

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet. Die abhängigen Patentansprüche betreffen s Weiterbildungen der Erfindung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: The invention is characterized by the features of claim 1. The dependent claims relate to further developments of the invention. Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Schema des optischen Prinzips einer reflexmindernden Schicht ; Figure 1 is a schematic of the optical principle of an anti-reflective layer.

in Fig. 2 in graphischer Darstellung die verbesserte Reflexion in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes für drei verschiedene Arten von Oberflächen einer Schichtvorrichtung nach der Erfindung ; in Fig. 2 in graphical representation the improved reflection as a function of the wavelength of the light for three different types of surfaces of a layer device according to the invention;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Reflexion von der Wellenlänge für verschiedene Einfallswinkel des Lichtes; 3 shows a graphical representation of the dependence of the reflection on the wavelength for different angles of incidence of the light;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Wellenlänge des Lichtes von der Dicke einer WO .-Scliicht auf einem absorbierenden W-Substrat bei maximaler Absorption. :n Der Wirkungsgrad der Umwandlung von Lichtenergie in Wärme kann ausgedrückt werden als: 4 shows a graphical representation of the dependence of the wavelength of the light on the thickness of a WO layer on an absorbent UV substrate with maximum absorption. : n The efficiency of the conversion of light energy into heat can be expressed as:

Wirkungsgrad = Efficiency =

absorbierte Energie-riickgestrahlte Energie eingestrahlte Energie absorbed energy-retroreflected energy radiated energy

(Gl. 1) (Eq. 1)

Die vorliegende Schichtvorrichtung, die auch als Photonenabsorptionsvorrichtung bezeichnet werden kann, ist geeignet zur Verwendung als Sonnenkollektor. Sie dient der Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme. The present layer device, which can also be referred to as a photon absorption device, is suitable for use as a solar collector. It serves to convert solar energy into heat.

Der Wirkungsgrad der Umwandlung von solarer Strahlungsenergie in Wärme hängt vom Verhältnis des Anteils der absorbierten Lichtenergie zum Anteil von Wärme ab, der wieder ausgestrahlt oder der reflektiert wird. Die Metalle, die gute Wärmeleiter sind, absorbieren, da sie undurchsichtig sind, praktisch bei allen Wellenlängen. Aber ein grosserTeil der eingestrahlten Energie wird reflektiert. Im allgemeinen zeigen jedoch stark reflektierende Flächen neben geringer Absorption auch geringe Emission. Da die Eigenschaften Absorption und Emission miteinander verknüpft sind, wurden bisher Strahlungskollektoren als mehrschichtige Vorrichtungen entwickelt, wobei die eine Schicht eine der wünschbaren Eigenschaften und eine andere Schicht eine andere wünschbare Eigenschaft aufweist. Ein Beispiel dafür ist im USA-Patent 3 920 413 beschrieben. Die Qualität solcher Vorrichtungen ist dadurch begrenzt, dass die Wirksamkeit einer Schicht die optimale Wirksamkeit der anderen Schicht beeinträchtigt. Ausserdem ist die Herstellung mehrschichtiger Vorrichtungen häufig kompliziert und aufwendig. The efficiency of converting solar radiation energy into heat depends on the ratio of the proportion of light energy absorbed to the proportion of heat that is emitted again or that is reflected. The metals, which are good heat conductors, absorb, since they are opaque, practically at all wavelengths. But a large part of the radiated energy is reflected. In general, however, strongly reflecting surfaces show low emission as well as low absorption. Since the absorption and emission properties are interrelated, radiation collectors have been developed as multilayer devices, with one layer having one of the desired properties and another layer having another desired property. An example of this is described in U.S. Patent 3,920,413. The quality of such devices is limited by the fact that the effectiveness of one layer impairs the optimal effectiveness of the other layer. In addition, the manufacture of multilayer devices is often complicated and time-consuming.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schichtvorrichtung aus einem Strahlungsenergie absorbierenden Substrat, insbesondere von bestimmter Oberfläehenbeschaffenheit, das mit einer Antireflexschicht versehen ist. Durch diese Schicht soll bewirkt werden, dass die Reflexion der photonenabsorbierenden Schichtvorrichtung gedämpft wird, wodurch Reflexionsverluste wesentlich eingeschränkt werden. The invention relates to a layer device made of a radiation energy absorbing substrate, in particular of a certain surface quality, which is provided with an anti-reflective layer. This layer is intended to have the effect that the reflection of the photon-absorbing layer device is damped, as a result of which reflection losses are substantially restricted.

In der schweizerischen Patentschrift Nr. 593 462 wurde eine reflexionsvermindernde Oberfläche eines Strahlungskollektors vorgeschlagen, die zahlreiche mikroskopisch kleine, dendritisch aufgewachsene nadelartige Aviswüchse trägt, deren Dimensionen und gegenseitige Abstände in der Grössenordnung der Wellenlängen des sichtbaren Lichtes sind. Dadurch wurde eine Oberfläche für ein Photonen absorbierendes Material geschaffen, was den Wirkungsgrad anderer, seinerzeit bekannter Oberflächen von Strahlungskollektoren bei weitem übertraf. Die vorliegende Erfindung ist geeignet, den Wirkungsgrad eines Strahlungsenergie-Wandlers weiterhin zu erhöhen. Einfallendes In the Swiss patent specification No. 593 462, a reflection-reducing surface of a radiation collector was proposed, which carries numerous microscopic, dendritically grown needle-like avis growths, the dimensions and mutual distances of which are in the order of magnitude of the wavelengths of visible light. This created a surface for a photon absorbing material, which far exceeded the efficiency of other surfaces of radiation collectors known at the time. The present invention is suitable for further increasing the efficiency of a radiation energy converter. Incident

Fig. 1 zeigt sehematisch die Wirkungsweise einer reflexmindernden Schicht auf die Absorption und Reflexion des Lichtes. Eine Antireflexschicht 1 aus fiireine bestimmte Wellenlänge optisch transparentem Material hat eine dem einfallenden Licht zugewandte (äussere) Oberfläche 2, die parallel läuft zur (inneren) Oberfläche 3 des photonenabsorbierenden Substrats 9, und eine Dicke 4, die mit der Wellenlänge des einfallenden Lichtes in bestimmter Beziehung steht. Die optischen und physikalischen Eigenschaften einer reflexmindernden Schicht weisen bekanntlich Zusammenhänge auf, die nachfolgend erläutert werden. Fig. 1 shows schematically the mode of operation of a reflection-reducing layer on the absorption and reflection of the light. An antireflection layer 1 made of optically transparent material for a certain wavelength has an (outer) surface 2 facing the incident light, which runs parallel to the (inner) surface 3 of the photon-absorbing substrate 9, and a thickness 4 which corresponds to the wavelength of the incident light in a specific manner Relationship. As is known, the optical and physical properties of a reflection-reducing layer have relationships which are explained below.

Unter Reflexion soll im vorliegenden die Energie verstanden werden, die eingestrahlt und zurückgeworfen wird, ohne in das Substrat eingedrungen zu sein. Im Gegensatz dazu steht die rückgestrahlte Energie, von der ein Teil absorbiert worden war, der zur Erwärmung des Substrats beigetragen hat, und die dann wieder abgestrahlt wird. In the present case, reflection is to be understood as the energy that is radiated in and thrown back without having penetrated into the substrate. This is in contrast to the retroreflected energy, a part of which was absorbed, which contributed to the heating of the substrate, and which is then emitted again.

Das in der Fig. 1 auf die Oberfläche 2 einfallende Licht hat eine erste Reflexionskomponente 5 und eine Reihe von abneh-4 menden nachfolgenden Komponenten 6,7 und 8. Weitere Komponenten sind nicht dargestellt. Das an der inneren Oberfläche 3 reflektierte Licht wird verstärkt oder geschwächt durch Interferenz mit dem Licht früherer Reflexionen, das von der äusseren Oberfläche 2 her einfällt. Für die folgenden Ableitun-' gen sind beide Oberflächen vereinfachend als glatte Flächen dargestellt. The light incident on surface 2 in FIG. 1 has a first reflection component 5 and a series of decreasing components 6, 7 and 8, which follow. Other components are not shown. The light reflected on the inner surface 3 is amplified or weakened by interference with the light from previous reflections, which is incident from the outer surface 2. For the following derivations, both surfaces are shown in simplified form as smooth surfaces.

Im folgenden wird angenommen, dass die Antireflexschicht 1 aus dem Oxyd des darunterliegenden metallischen Absorptionsmaterials besteht. Der Fachmann erkennt jedoch ohne weiteres, dass eine reiche Auswahl anderer Materialien für die Ausführung der Erfindung auch in Frage kommt. In the following it is assumed that the anti-reflective layer 1 consists of the oxide of the underlying metallic absorption material. However, those skilled in the art will readily recognize that a rich selection of other materials can also be used to practice the invention.

Der erste Reflexionskoeffizient (Strahl 5) in Fig. 1 bestimmt sich wie folgt: The first reflection coefficient (beam 5) in FIG. 1 is determined as follows:

"" (Strahl 5) = (R,)'- = (Gl. 2) "" (Ray 5) = (R,) '- = (Eq. 2)

wobei R, den Reflexionskoeffizienten zwischen Luft und Oxyd und N() den Brechungsindex des Oxyds bedeutet. where R, the reflection coefficient between air and oxide and N () means the refractive index of the oxide.

Der zweite Reflexionskoeffizient ist: The second reflection coefficient is:

(Strahl 6) = (R,)'- = (Ray 6) = (R,) '- =

- Nm + N„ + i • K„ N„, + N„ + i • K„ - Nm + N "+ i • K" N ", + N" + i • K "

(Gl.3) (Eq. 3)

3 3rd

620 287 620 287

wobei Ri der Reflexionskoeffizient zwischen Oxyd und Metall, Nm der Brechungsindex des Metalls und Knl der Extinktionskoeffizient des Oxyds ist. i ~ V—I. where Ri is the reflection coefficient between oxide and metal, Nm is the refractive index of the metal and Knl is the extinction coefficient of the oxide. i ~ V-I.

Die Reflexionskoeffizienten der Komponenten 5, 6, 7 und S sind somit: The reflection coefficients of components 5, 6, 7 and S are therefore:

(Strahl 5) = r, (Ray 5) = r,

(Strali! 6) = r2(l — r,2) (Strali! 6) = r2 (l - r, 2)

(Strahl 7) = rvr, (1-r,2) (Ray 7) = rvr, (1-r, 2)

(Strahl 8)= ri'Vf (1 — r,2) (Ray 8) = ri'Vf (1 - r, 2)

und der Reflexionskoeffizient der Antireflexschicht 1 ergibt sich aus Gleichung 4: and the reflection coefficient of the antireflection layer 1 results from equation 4:

R R

roiAi. roiAi.

d/X 1 11 d / X 1 11

r, + r;e4m' 1 — r, r2 r, + r; e4m '1 - r, r2

(Gl. 4) (Eq. 4)

wobei d die Dicke 4 und k die Wellenlänge des Uchtes ist. Die Zeichen 11 bedeuten Absolutwerte. where d is the thickness 4 and k is the wavelength of the light. The characters 11 mean absolute values.

Es ist also: So it is:

1 — r3 1 - r3

I —r.r-. I —r.r-.

Das ist näherungsweise: This is approximately:

< erwünschte Reflexion ~ bei X Min. (Gl. 5) <desired reflection ~ at X min. (Eq. 5)

< erwünschte Reflexion bei X Min. (Gl. 6) <desired reflection at X min. (Eq. 6)

Bei Anwendungen zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme sollte die Reflexion bei einer erwünschten Wellenlänge (X Min.) weniger als 0,05 betragen. In applications for converting solar energy into heat, the reflection at a desired wavelength (X min.) Should be less than 0.05.

Es ist also erstrebenswert, Rtotai. so klein als möglich und die Reflexion an der äusseren Oberfläche 2 möglichst gleich der Reflexion an den inneren Oberfläche 3 zu halten. So it is worth striving for, Rtotai. as small as possible and to keep the reflection on the outer surface 2 as close as possible to the reflection on the inner surface 3.

Die Werte einer Antireflexschicht 1 bei einer bestimmten Wellenlänge können durch die Gleichung 7 bestimmt werden: The values of an antireflection layer 1 at a specific wavelength can be determined by equation 7:

1-Nn 1-Nn

+ N„ + N "

N„|-N„-i Kn N,„ + N„ + i K„ N "| -N" -i Kn N, "+ N" + i K "

Ccrwünschte Reflexion ~ bei l Min. (Gl. 7) Desired reflection ~ at 1 min. (Eq. 7)

Aus der Gleichung 7 ist im wesentlichen ersichtlich, dass die Werte der Antireflexschicht so zu wählen sind, dass die Wirkun-gen der Reflexion an der inneren Oberfläche 3 gleich sind wie die ursprüngliche Reflexion des einfallenden Lichts an der Oberfläche 2. Die Dicke d, 4 in Fig. 1, wirkt sich auf zwei Arten aus. Einmal geht sie in einen Faktor in der Gleichung 4 bei der Bestimmung der Wellenlänge des Reflexionsminimums ein und zudem erlaubt sie, wie noch zu beschreiben ist, dieses Minimum zu verschieben. It is essentially evident from equation 7 that the values of the antireflection layer should be selected such that the effects of the reflection on the inner surface 3 are the same as the original reflection of the incident light on the surface 2. The thickness d, 4 in Fig. 1 affects in two ways. First, it goes into a factor in equation 4 when determining the wavelength of the reflection minimum and, as will be described later, it also allows this minimum to be shifted.

Es ist klarerweise erstrebenswert, alle Strahlung im erwünschten Wellenlängenbereich zu absorbieren und im unerwünschten Wellenlängenbereich zu reflektieren. Es soll aber auch die reflektierte Energie im erwünschten Bereich minimal gehalten werden. Das geschieht mittels einer selektiv auf die Wellenlänge abgestimmten Antireflexschicht auf dem photonenabsorbierenden Material, die so beschaffen ist, dass alle Faktoren zusammenwirken, um die vom Material möglicherweise reflektierte Strahlung zu unterdrücken. Wesentlich sind dabei die Reflexionen an beiden Oberflächen der Antireflexschicht I und die Dicke dieser Schicht, aber auch die Kontur bzw. die Texturierung der Oberflächen, der Brechungsindex der Schicht 1 und der Extinktionskoeffizient des photonenabsorbierenden Materials. It is clearly desirable to absorb all radiation in the desired wavelength range and to reflect in the undesired wavelength range. However, the reflected energy should also be kept to a minimum in the desired range. This is done by means of an anti-reflective layer on the photon-absorbing material, which is selectively tuned to the wavelength and is designed in such a way that all factors work together to suppress the radiation possibly reflected by the material. What is essential here are the reflections on both surfaces of the antireflection layer I and the thickness of this layer, but also the contour or the texturing of the surfaces, the refractive index of the layer 1 and the extinction coefficient of the photon-absorbing material.

Für die Oberfläche der Schicht und auch des Substrates wird vorzugsweise eine rauhe, texturierte Struktur gewählt, wodurch senkrecht auffallendes Licht mehr als einmal seitlich oder schräg zur Einfallsrichtung reflektiert wird, bevor es nach unten in Richtung auf das Substrat die Oberfläche verlassen kann. Die rauhen oder texturierten Oberflächen mindestens der Antire-. flexschicht erlauben bessere Absorption über ein breiteres Wellenlängenband als eine einfache Reflexschicht auf glatter Metallfläche, die selektiv nur in einem engen Spektralbereich wirksam ist. Wenn eine Antireflexschicht auf glattem Metall eine Reflexion RK)1A1 aufweist, die von der Wellenlänge , abhängt, weist dieselbe Schicht mit einer rauhen oder texturierten Oberfläche, in welcher das Licht bereits zweimal schräg zur Einfallsrichtung reflektiert wird, bevor es die Fläche nach unten endgültig verlässt, eine Reflexion Rtotai 2 au^ die geringer ist als Rtotai.- A rough, textured structure is preferably selected for the surface of the layer and also of the substrate, as a result of which perpendicularly incident light is reflected more than once to the side or obliquely to the direction of incidence before it can leave the surface in the direction of the substrate. The rough or textured surfaces of at least the anti-. flex layer allow better absorption over a wider wavelength band than a simple reflective layer on smooth metal surface, which is selectively effective only in a narrow spectral range. If an anti-reflective layer on smooth metal has a reflection RK) 1A1, which depends on the wavelength, the same layer has a rough or textured surface in which the light is reflected twice at an angle to the direction of incidence before it finally leaves the surface downwards , a reflection Rtotai 2 au ^ which is less than Rtotai.-

Die Antireflexschicht ist streng zu unterscheiden von Passi-vierungsschichten, die hauptsächlich zum chemischen Schutz des darunterliegenden Körpers erzeugt werden und bei denen die Wahl des Materials unter diesem Gesichtspunkt erfolgt. The antireflection layer is to be distinguished strictly from passivation layers, which are mainly produced for the chemical protection of the underlying body and where the choice of material is made from this point of view.

' Es ist bekannt, Metall aus der Dampfphase so niederzuschlagen, dass eine matte oder strukturierte Fläche entsteht. Die Oberfläche besteht dabei aus dicht aneinanderliegenden mikroskopischen Hügelchen und wird nachfolgend als Mikrohügelflä-che bezeichnet. Es ist ebenfalls bekannt und in der zweiten eingangs genannten Patentschrift beschrieben, Metall als mit Dendriten bewachsene Oberfläche aus der Dampfphase niederzuschlagen. Die Schicht der Mikrohügelfläche ist wesentlich dünner als die Dendritenschicht und dabei einfacher herzustellen. Sowohl die Mikrohügelfläche als auch die Dendritenfläche, aber auch schon eine glatte Metallfläche weisen eine wesentlich geringere Reflexion auf, wenn sie mit der Antireflexschicht belegt sind, die zur entsprechenden Wellenlänge passt. Das ist in der Fig. 2 dargestellt, wo die totale Reflexion für senkrecht einfallendes Licht als Funktion der Wellenlänge in (im aufgetragen ist. Die gestrichelte Kurve bezieht sich auf ebenes Wolfram, die strich-punktierte Kurve auf eine Mikrohügelfläche und die ausgezogene Kurve auf eine Dendritenoberfläche. Ês ist ersichtlich, dass die Antireflexschicht die höchste Absorption um die Wellenlänge von 0,62 [im aufweist. Anerkanntermassen erfolgt bei dieser Wellenlänge die maximale Sonnenemission. Gemäss der logarithmischen Skala der Fig. 2 absorbiert die mit der Antireflexschicht belegte Dendritenoberfläche 99,94% des einfallenden Lichtes bei 0,55 (im. 'It is known to deposit metal from the vapor phase in such a way that a matt or structured surface is created. The surface consists of microscopic hills lying close together and is referred to below as the micro hill area. It is also known and described in the second patent mentioned at the outset to deposit metal as a surface covered with dendrites from the vapor phase. The layer of the micro-hill surface is much thinner than the dendrite layer and is easier to manufacture. Both the micro-hill surface and the dendrite surface, but also a smooth metal surface, have a significantly lower reflection if they are coated with the anti-reflective layer that matches the corresponding wavelength. This is shown in FIG. 2, where the total reflection for perpendicularly incident light is plotted as a function of the wavelength in (im. The dashed curve relates to flat tungsten, the dash-dotted curve to a micro-hill surface and the solid curve to one It can be seen that the antireflection layer has the highest absorption around the wavelength of 0.62 [im. It is recognized that the maximum solar emission occurs at this wavelength. According to the logarithmic scale of FIG. 2, the dendrite surface covered with the antireflection layer absorbs 99.94 % of the incident light at 0.55 (im.

Fig. 3 zeigt nun die Wirksamkeit der Schicht beim Liehtein-fall unter verschiedenen Winkeln auf eine Dendritenoberfläche mit einem der Kontur angepassten Antireflexbelag. Dargestellt ist die totale Reflexion als Funktion der Wellenlänge des Lichtes für verschiedene Einfallswinkel. Die maximale Absorption erfolgt unabhängig vom Winkel immer bei derselben Wellenlänge. Das Maximum erstreckt sich über einen weiten Wellenlängenbereich. FIG. 3 now shows the effectiveness of the layer upon incidence at different angles on a dendrite surface with an anti-reflective coating that is adapted to the contour. The total reflection is shown as a function of the wavelength of the light for different angles of incidence. The maximum absorption takes place at the same wavelength regardless of the angle. The maximum extends over a wide wavelength range.

Zur Herstellung der photonenabsorbierenden Schichtvorrichtung wird eine Antireflexschicht I gemäss der Fig. 1 auf dem glatten oder texturierten Substratmaterial angeordnet, wobei folgende Parameter zu berücksichtigen sind: Der Reflexionskoeffizient an der äusseren Oberfläche 2 der Schicht soll möglichst gleich sein wie der Reflexionskoeffizient an der inneren , Grenzfläche 3 zwischen dem Substrat 9 und der Schicht 1. Die Koeffizienten stehen in Beziehung zum Brechungsindex des Materials der Antireflexschicht, zum Brechungsindex des Sub-stratmaterials und zum Extinktionskoeffizienten des Substratmaterials. Diese Parameter sind bekannt und können für die verschiedenen Materialien der Literatur entnommen werden. In der Tabelle 1 werden praktische Werte angegeben für die Gleichungen 2 bis 7 für das Material Wolfram-Trioxyd (WO,) als Antireflexbelag auf einer dendritischen Wolframfläche. To produce the photon-absorbing layer device, an antireflection layer I according to FIG. 1 is arranged on the smooth or textured substrate material, the following parameters having to be taken into account: the reflection coefficient on the outer surface 2 of the layer should be as similar as possible to the reflection coefficient on the inner interface 3 between the substrate 9 and the layer 1. The coefficients are related to the refractive index of the material of the anti-reflective layer, the refractive index of the substrate material and the extinction coefficient of the substrate material. These parameters are known and can be found in the literature for the various materials. Table 1 shows practical values for equations 2 to 7 for the material tungsten trioxide (WO,) as an anti-reflective coating on a dendritic tungsten surface.

620 287 620 287

4 4th

Tabelle ! Table !

il k il k

Ir.! Ir.!

Ir2l Ir2l

I Ir.I — lr3! I I Ir.I - lr3! I.

W W

3,43 2,96 3.43 2.96

WO, 2,26 0,0 WO, 2.26 0.0

W - WO, W - WHERE,

0,386 0,496 0.386 0.496

0,012 0.012

durch Anodisierung gebildeten Antireflexschicht an in Abhängigkeit von der dabei angelegten Spannung. anti-reflective layer formed by anodization depending on the voltage applied.

Die Herstellung erfolgt besonders einfach durch Bilden chemischer Verbindungen des Substratmaterials. Dazu wird dieses Material selbst als eine Komponente benützt, um eine durchsichtige Schicht wohldefinierter Dicke zu bilden. In Frage kommen vor allem Oxyde, Nitride und Karbide. Oxyd wird vorzugsweise durch Anodisierung gebildet, wobei das Material der Unterlage oxydiert wird. Dabei wird ein Oxyd so gebildet, dass es den Stromfluss begrenzt, wobei die Dicke der Schicht in exaktem Zusammenhang mit der angelegten Spannung steht. Metalle wie Wolfram, Molybdän, Hafnium, Vanadium, Tantal und Niob bilden in solchen Verfahren für Antireflexschichten geeignete Oxyde. Tabelle 2 gibt die Dicke 4 einer aus Wolfram The manufacture is particularly simple by forming chemical compounds of the substrate material. For this purpose, this material itself is used as a component to form a transparent layer of a well-defined thickness. Oxides, nitrides and carbides are particularly suitable. Oxide is preferably formed by anodization, the material of the base being oxidized. An oxide is formed in such a way that it limits the flow of current, the thickness of the layer being precisely related to the voltage applied. In such processes, metals such as tungsten, molybdenum, hafnium, vanadium, tantalum and niobium form suitable oxides for antireflection coatings. Table 2 gives the thickness 4 of tungsten

Tabelle 2 5 Spannung (V) 20 25 30 35 in 40 Table 2 5 Voltage (V) 20 25 30 35 in 40

Dicke (|tm) Thickness (| tm)

0,035 0.035

0,045 0.045

0,055 0.055

0,065 0.065

0,075 0.075

Im Versuch wurde eine Mikrohügelfläche aus Wolfram in einem Phosphorsäurebad bei einer Spannung von 30 Volt an-odisiert. Dabei wächst Wolfram-Trioxyd (WO,) in bestimmter is Dicke, die von der angelegten Spannung abhängt. Das Verhältnis von Absorptionsfähigkeit zu einfallender Strahlung über die Abstrahlung in den Halbraum, d.h. a/e, für diese Oberfläche bei 150° C beträgt 3,9. Tabelle 3 gibt den nach Gleichung 1 berechneten Wirkungsgrad für eine solche Oberfläche im Vergleich 2ii zum Standardschwarzkörper für verschiedene Temperaturen an. In the experiment, a micro hill surface made of tungsten was anodized in a phosphoric acid bath at a voltage of 30 volts. Tungsten trioxide (WO,) grows to a certain thickness, which depends on the voltage applied. The ratio of absorption capacity to incident radiation via radiation in the half-space, i.e. a / e, for this surface at 150 ° C is 3.9. Table 3 shows the efficiency calculated according to equation 1 for such a surface in comparison 2ii to the standard black body for different temperatures.

Tabelle 3 Table 3

Tempe Tempe

ratur maturity

Wirkungsgrad Efficiency

Rückstrahlung (W-cm -) Reflection (W-cm -)

Wolfram tungsten

Schwarzkörper Wolfram Blackbody tungsten

Schwarzkörper Blackbody

50° C 50 ° C

80% 80%

32 % 32%

0,015 0.015

0,063 0.063

75° C 75 ° C

75% 75%

12% 12%

0,020 0.020

0,083 0.083

100°C 100 ° C

68% 68%

0 0

0,027 0.027

0,1125 0.1125

150° C 150 ° C

51%' 51% '

0 0

0,044 0.044

>0,1 > 0.1

200° C 200 ° C

26% 26%

0 0

0,069 0.069

>0,1 > 0.1

Wie ersichtlich, ist der Wirkungsgrad bis zu 150° C grösser als 50%. As can be seen, the efficiency is greater than 50% up to 150 ° C.

Damit ist es möglich, die Vorteile des Antireflexbelages auch auf Kollektoren anzuwenden, die unregelmässige Oberflächen aufweisen. Bei den meisten Sonnenenergiewandlern ist eine Absorption von mehr als 90% des Sonnenspektrums erwünscht. Weder glattes Metall noch rauhes Metall noch einfache Antireflexschichten sind dazu geeignet. Eine rauhe Metalloberfläche, wie z.B. schwach reflektierendes Wolfram mit der Struktur angepasstem Antireflexbelag, erreicht jedoch dieses Resultat. Texturierte oder gerauhte Oberflächen, die normal einfallendes Licht in verschiedene Richtungen schräg zur Ein-fallsrichtung mehrfach reflektieren, weisen die gewünschten Absorptionseigenschaften in einem breiten Wellenlängenbereich auf. Antireflexbeläge auf glattem Metall andererseits haben gute Absorption nur in einem schmalen Bereich des Sonnenspektrums. This makes it possible to apply the advantages of the anti-reflective coating to collectors that have irregular surfaces. With most solar energy converters, absorption of more than 90% of the solar spectrum is desirable. Neither smooth metal nor rough metal nor simple anti-reflective layers are suitable for this. A rough metal surface, e.g. weakly reflecting tungsten with the structure adapted anti-reflective coating, but achieves this result. Textured or roughened surfaces that repeatedly reflect normal incident light in different directions obliquely to the direction of incidence have the desired absorption properties in a wide wavelength range. Anti-reflective coatings on smooth metal, on the other hand, have good absorption only in a narrow area of the sun spectrum.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

620 287 i PATENT CLAIMS

1. radiant collector consisting of a layer arrangement with an absorbent substrate and an anti-reflective layer, characterized in that the thickness and the refractive index of the layer (1) which is transparent in a wavelength range containing the maximum of the solar spectrum and the extinction index of the absorbent substrate (9) are coordinated with one another in such a way that selective reflection reduction with respect to the uncovered substrate occurs in this spectral range.

2. Radiation collector according to claim 1, characterized in that the substrate consists of tungsten and the anti-reflective layer consists of tungsten oxide.

3. Steel collector according to claim I, characterized in that the inner interface (3) between the substrate (9) and the anti-reflective layer (1) is structured and that the surface (2) of the anti-reflective layer also has a corresponding structure.

4. Radiation collector according to claim 3, characterized in that the surface (2) has a micro hill structure.

5. Radiation collector according to claim 3, characterized in that the surface (2) has a dendrite structure.

Light can now be absorbed in a certain wavelength range up to 99.94 c / <.