Herstellung von selektiven Solarabsorberschichten auf TiOxNy-Basis

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Herstellung von selektiven Solarabsorberschichten auf der Basis von TiOxNy über ein Tauchbeschichtungsverfahren unter atmosphärischen Bedingungen untersucht. Dazu wurde das nanoskalige Titannitridpulver zusammen mit einem organisch modifizierten, silicatischen Binder in Ethanol zu einer Suspension verarbeitet. Die Stabilisierung des Titannitrids erfolgte zunächst elektrostatisch mittels der Zugabe von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), später sterisch durch die Verwendung der Hydroxypropylcellulose Klucel®. Dabei zeigte sich, dass die sterisch stabilisierten Suspensionen den elektrostatischen im Bezug auf Langzeitverarbeitung und Umweltfreundlichkeit überlegen waren. Die besten Schichten wiesen eine solare Absorption von α = 0,917 +/-0,001 und eine thermische Emission von α = 0,097 +/-0,004 bei einer Schichtdicke von etwa 120 nm auf. Die Überprüfung der mit der selektiven Absorberschicht versehenen Aluminiumsubstrate im beschleunigten Lebensdauertest ergab sowohl bei erhöhten Temperaturen als auch bei hoher Luftfeuchtigkeit eine ausreichende Beständigkeit.

The aim of this work was the fabrication of selective solar absorbers based on TiOxNy with a dip coating process under atmospheric conditions. For this purpose the nanoscaled titanium nitride powder was dispersed in ethanol together with an organically modified silica based binder. The stabilization of the titanium nitride was initially achieved electrostatically by adding tetramethylammonium hydroxide (TMAH), later on sterically by the addition of the hydroxypropyl cellulose Klucel®. It was shown that the sterically stabilized suspensions were superior to the electrostatically ones concerning the long-term handling and environmental friendliness. The best layers showed a solar absorptance of α = 0,917 +/-0,001 and a thermal emittance of ε = 0,097 +/-0,004 at a thickness of about 120 nm. The aluminum substrates coated with the selectively absorbing layer were treated in an accelerated aging test at high temperatures and high humidity, where they didn’t show any severe degradation.