光吸收層及含該層層系統(tǒng)、層系統(tǒng)制造方法及適用濺鍍靶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種光吸收層，該光吸收層在550nm的波長條件下具有大于0. 7的 kappa吸收系數(shù)，W及設(shè)及一種包含運類光吸收層的層系統(tǒng)。
[0002] 此外，本發(fā)明還設(shè)及一種用于制造運類層或?qū)酉到y(tǒng)的方法W及一種在該方法中使 用的瓣鍛祀。
【背景技術(shù)】
[0003] 光吸收的層系統(tǒng)例如通過借助于陰極瓣射（瓣鍛）而疊加沉積的層產(chǎn)生。就此， 通過利用高能的離子（通常為稀有氣體離子）轟擊而從瓣鍛祀提取原子或由固體組成的化 合物并且使其轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?。處于氣相狀態(tài)的原子或分子最后通過液化而沉積在位于瓣鍛祀 附近的基體上并且在此形成層。在"直流電壓瓣鍛"或"DC瓣鍛"（直流電瓣鍛）中在作為 陰極連接的祀材和陽極（通常為設(shè)備殼體）之間接上直流電壓。通過惰性氣體原子的沖擊 電離作用在抽真空的氣室內(nèi)形成低壓等離子，其通過接通的直流電而帶正電荷的組成部分 作為持續(xù)的粒子流朝祀材方向加速并在撞擊中將粒子從祀材打落，運些粒子再朝基體的方 向移動并在那里沉積為層。
[0004] DC瓣鍛需要能導(dǎo)電的祀材金屬，因為否則的話，祀材由于持久電流會為帶電粒子 充電并因此補償直流電場。另一方面，運種瓣鍛方法特別適合于W經(jīng)濟的方式提供特別高 質(zhì)量的層，從而實現(xiàn)其應(yīng)用。運也適用于相關(guān)技術(shù)的MF瓣射，其中兩個瓣鍛祀材在曲Z的 周期中而相互轉(zhuǎn)換成為陰極和陽極。
[0005] 光吸收的層系統(tǒng)用于不同的應(yīng)用，例如用于太陽熱能應(yīng)用的太陽能吸收層或者與 液晶顯示屏相關(guān)的所謂"黑矩陣"層。
[0006] 從EP2 336 811Al中已知一種由侶基體、AI2O3的中間層和光吸收的層系統(tǒng)組成 的層序。該層系統(tǒng)由底層和頂層組成，底層由Ti-Al混氧化物或Ti-Al混氮化物或具有通用 的總式TiAlqOxNy的Ti-Al混氮氧化物所組成，該混氮氧化物可W含有亞化學(xué)計量含量的 氧和氮并且該底層形成了實際的吸收層，而頂層由化學(xué)計量的或亞化學(xué)計量的Si〇2組成。
[0007] 在太陽能吸收層中，該層結(jié)構(gòu)通常包括陶瓷金屬層和處在其下的、充當(dāng)選擇反 射物的金屬末層。在陶瓷金屬層中，在一個陶瓷基中嵌入金屬的或其它可導(dǎo)電的顆粒， 運些顆粒通常具有5至30nm范圍內(nèi)的直徑。運種層堆疊在太陽能光譜范圍（約350至 1500nm)內(nèi)具有高吸收度，而其吸收度在紅外光譜范圍內(nèi)卻很小。為了運種層系統(tǒng)的工業(yè) 制造常用電鍛技術(shù)和物理氣相沉積（PVD)法。運樣的層堆疊例如是Ni/NiO+Al和Ti^/ Ti〇2+Qi。最近的綜述在"Kennedy,C.E.;-Review of Mid-to Hi曲-Temperature Solar Selective Absorber Materials(中高溫太陽能選擇性吸收材料的綜述）；NREL Technical Import(2002年7月）"中給出。 陽00引從EP 2 116 631 Al中已知一種用于制造Zn0:Me2層或Ti0:Me2層的瓣鍛祀。為 了加速并穩(wěn)定瓣鍛過程而使用瓣鍛祀，該瓣鍛祀具有由亞化學(xué)計量的氧化鋒或氧化鐵組成 的基質(zhì)，在該基質(zhì)中另外嵌入第二種金屬Me2,其中Me2代表Al或Niob。
[0009] US2007/0071985Al描述了多種材料組成成分，特別是用于瓣鍛祀的組成成分。 運些組成成分特別包含基于化〇(也具有氧化錫、氧化鋒、氧化侶和氧化嫁）和鋼（IV)氧化 物（Mo〇2)的混氧化物。Mo〇2的含量規(guī)定在0.1至60摩爾％之間。祀材料的密度在理論密 度的77%至95%之間浮動。即使不是具有最高可能的氧含量的氧化物Mo〇3,WMo化形式 的氧化鋼也是化學(xué)計量的鋼的氧化物。為了優(yōu)化導(dǎo)電性能而將該鋼氧化物混入到基礎(chǔ)氧化 物，但是事實上，像是在混氧化物系統(tǒng)化〇:Mo〇2中，僅對于大約為5-10摩爾％的極小含量 的Mo化的情況，該導(dǎo)電性達到了良好的數(shù)值。
[0010] 通過在真空下熱壓為石墨狀或通過在空氣中燒結(jié)來完成祀材的制造。
[0011] 通過在沉積氣體內(nèi)加入少量氧氣，完成通過使用祀材的層沉積。為了補償在層沉 積中常觀察到的氧流失，氧氣壓力W無關(guān)于祀材的Mo〇2含量的方式調(diào)整為IOmTorr并且就 此已經(jīng)足夠。
[0012] 由祀材制成的層是可導(dǎo)電的并且表現(xiàn)出至少為80%的透射性。該層是常見的透明 且可傳導(dǎo)的層（例如ITO層）的替代物。
[0013] 在CN101158028A中描述了一種用于制造一種層的瓣鍛方法，該層稱為"ZM0透 明導(dǎo)電膜"（"ZMOtransparentconductivefilm")。該革時才由鋒制成，其中嵌入了Mo金 屬粒狂inc-molybdenummetalinsededtarget)。其鋼含量規(guī)定為關(guān)于鋒重量的0. 5至 12. 5%。
[0014] 該祀材也用于制造透明且可傳導(dǎo)的薄層。該層通過反應(yīng)性的DC磁控瓣鍛在瓣鍛 氛圍中制造，該瓣鍛氛圍含有氣和氧。氧含量在4至10%的范圍內(nèi)。
[0015] 在層系統(tǒng)的制造過程中并且在實施復(fù)雜的層結(jié)構(gòu)過程中需要多個干刻工序和濕 刻工序。金屬陶瓷層系統(tǒng)通常卻很難蝕刻，因為由金屬相組成的區(qū)域需要不同于氧化基質(zhì) 所需的蝕刻劑。等離子蝕刻也證實為困難的。因此例如在由氧化物和稀有金屬組成的組合 的情況下，主要會蝕刻氧化物，從而使金屬顆粒殘留并可能污染瓣鍛設(shè)備W及隨后的基體。
[0016] 為了對氧化成分的濕化學(xué)蝕刻通常需要氨氣酸，其對健康有害并且僅能通過高成 本而實施。特別一直到基體5代都使用到的基于化的"黑矩陣層"此外還具有的缺點在于， 在濕化學(xué)蝕刻中可能產(chǎn)生有毒的化-VI化合物。
[0017] 由于上述理由，希望得到運樣的層結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)出在可見光譜范圍內(nèi)的高吸收且 低反射的作用，并且能夠運樣地蝕刻，即，不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)并且在使用簡單的稀釋酸的條 件下不會有顆粒殘留。金屬的層或?qū)咏Y(jié)構(gòu)由于上述原因并不滿足該條件。
[0018] 另一方面，出于質(zhì)量考慮W及經(jīng)濟原因，運些層能夠優(yōu)選通過DC瓣射或MF瓣射來 制造，運一點W可導(dǎo)電的祀材為前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 由此，本發(fā)明的目的是提供一種光吸收層W及一種包含該層的層系統(tǒng)，該層系統(tǒng) 滿足了上述需求。
[0020] 此外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種制造根據(jù)本發(fā)明的層系統(tǒng)的方法W及一種 為此適用的祀材。
[0021] 報據(jù)本發(fā)巧的化吸收房
[0022] 鑒于光吸收層方面，由上述那類的層出發(fā)，該目的根據(jù)本發(fā)明通過一種層而達到， 所述層
[0023] -具有氧化基質(zhì)，所述氧化基質(zhì)基于基礎(chǔ)成分KlW及附加成分K3,其中基礎(chǔ)成分 從氧化鋒、氧化錫和/或氧化銅組成的群組中選擇，而附加成分W0至75重量％間的份額 "y"替代基礎(chǔ)成分Kl并從由氧化妮、氧化給、氧化鐵、氧化粗、氧化饑、氧化錠、氧化錯、氧化 侶及其混合物組成的群組中選擇，
[0024] -其中，黑化成分K2分布在基質(zhì)中，該黑化成分從由鋼、鶴及其混合物W及其合金 組成的群組中選擇，其中黑化成分K2作為金屬或作為金屬的亞化學(xué)計量氧化的化合物或 者作為金屬的亞化學(xué)計量氮氧化的化合物而運樣存在，即，層材料具有通過最多為化學(xué)計 量的最大氧含量的65%所限定的還原度，并且黑化成分K2的含量"X"(由其元素含量重量 與層材料重量的比得出）在20至50重量％之間的范圍內(nèi)。
[00巧]光吸收層應(yīng)該對于觀察者而言在光學(xué)上并不透明，即，看起來看不透的。可W通過 光散射或吸收的顆粒嵌入或者通過在原本透明的層基質(zhì)中的沉積而獲得光吸收作用。如果 在進一步的制造過程中使運類層經(jīng)受蝕刻過程，顆?；虺练e物卻可能顯示出與層基質(zhì)不同 的蝕刻行為并且在對層系統(tǒng)的蝕刻中導(dǎo)致不期望的顆粒形成。特別對于難W蝕刻的金屬顆 粒（例如對于稀有金屬顆粒）是運種情況。
[00%] 為了避免運點，在根據(jù)本發(fā)明的層中運樣設(shè)置，即，該層由至少兩種成分Kl和K2 組成，其中成分K2作為"黑化成分"W運樣的意義而起作用，即，該成分W亞化學(xué)計量的氧 化物的形式（具有氧缺陷）或W亞化學(xué)計量的氮氧化物的形式（具有氧缺陷或氮缺陷）或 者W金屬的形式而存在，并由此具有引起所期望的光吸收作用的、帶自由價的電子組態(tài)。如 果成分K2W通過化學(xué)計量而確定的氧化狀態(tài)而存在，例如作為Mo〇2或作為WO2，即使是當(dāng) 運并不是其相應(yīng)的最大可能氧化程度的情況下，都不會實現(xiàn)所期望的光吸收作用。作為化 學(xué)總式可W通過K2-02其中0<W《2)來描述還原度。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，由此總體上并不存在完全氧化的層材料，而是存在具有亞化學(xué)計量 的氧含量的、氧化的或氮氧化的層材料，該氧含量根據(jù)定義通過理論最大可能的、化學(xué)計量 的氧含量的最多65%而限定。在最佳吸收的方面而言，氧含量在理論最大可能氧含量的30 至65%之間、特別優(yōu)選理論最大可能氧含量的40至60%之間。
[0028] 基礎(chǔ)成分Kl從群組：錫、銅和/或鋒選擇。該成分在層材料中通常W氧化的形式 存在。黑化成分K2或者W具有亞化學(xué)計量的氧含量的、可輕度蝕刻的氧化金屬化合物或氮 氧化金屬化合物的形式而存在，或者W金屬的形式而存在，其中為此考慮W下金屬中的一 種或多種，即，鶴、鋼及其混合物W及運些物質(zhì)的合金。包含WCAS族IVb、Vb和V扣的元素 燈;[、￥、化、21'、佩、冊、化）的形式的添加物的、基于齡和/或￥的合金顯示出最佳的特性， 該特性與純金屬W和Mo或運些純金屬的混合物的相應(yīng)特性相同。
[0029] 因此，光吸收層含有帶有空的0化合價或N化合價的亞化學(xué)計量的氧化物或者亞 化學(xué)計量的氮氧化物。在亞化學(xué)計量的氮氧化的黑化成分的情況下，氧位的一小部分（優(yōu) 選最多15% )由氮來替代。
[0030] W非化學(xué)計量的組成而存在的物質(zhì)顯示出一定的缺氧缺陷，在顯微鏡下參照在可 見波長范圍內(nèi)的特定吸收作用或模糊的吸收作用而表現(xiàn)出該缺氧缺陷。由此光吸收層通過 氧缺陷而顯示出在380nm-780皿的可見的光譜范圍內(nèi)（但卻不能像是通過金屬層而能達到 的在最多1500nm)較強的吸收作用，并且為此不需要晶體顆粒或沉積。
[0031] 因此，由ZnO基質(zhì)和其中嵌入亞化學(xué)計量的氧化鋼區(qū)域的亞化學(xué)計量材料顯示出 在可見波長范圍內(nèi)的顯著的吸收作用。
[0032] 吸收層的還原度通過最大為化學(xué)計量最大氧含量的65%的氧含量而限定。就此可 看出，所述還原度設(shè)及到吸收層整體，卻并不能單獨歸因于基礎(chǔ)成分Kl或單獨歸因于黑化 成分K2。相反地預(yù)料到的是，該層的所有成分或多或少地W還原狀態(tài)而存在。由于重量的 增加而算出該吸收層的還原度，如果將層材料在惰性氣體條件下