DE3218970C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selektiven Absorption von Sonnenenergie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for selective Absorption of solar energy according to the preamble of claim 1.

Mit zunehmender Erschöpfung fossiler Brennstoffe werden in zunehmendem Maße neue Technologien zur wirksamen Ausnutzung anderer Energiequellen erschlossen.With increasing depletion of fossil fuels increasingly new technologies to be effective Exploiting other energy sources.

Eine der am meisten versprechenden Nutzungsmöglichkeiten ist die Nutzung von Sonnenenergie. Demzufolge wurden auch bereits die verschiedensten Arten von Sonnenkollektoren konzipiert. Da jedoch Sonnenenergie eine Energie niedriger Dichte darstellt, muß zur Gewinnung der erforderlichen Energiemenge eine wirksame "Sammlung" des Sonnenlichts stattfinden. Diesem Erfordernis tragen in der Regel Kollektoren Rechnung, deren Oberfläche mit einem selektiven Absorptionsüberzug versehen sind. Ein derartiger Überzug besitzt eine hohe Absorptionsfähigkeit in dem kurzwelligen Bereich, der der Spektralbande von Sonnenlicht entspricht. Andererseits inhibiert ein solcher Überzug eine Wärmestrahlung von einem aufgeheizten Kollektor im langwelligen Bereich.One of the most promising uses is the use of solar energy. As a result also the most diverse types of solar collectors designed. However, since solar energy is a Low density energy must be obtained the required amount of energy an effective "collection" of sunlight take place. Bear this requirement usually bill collectors whose surface with are provided with a selective absorption coating. A such a coating has a high absorbency in the short-wave range that of the spectral band corresponds to sunlight. On the other hand inhibits a such coating a heat radiation from a heated Longwave collector.

Theoretisch gibt es vier verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der selektiven Absorptionseigenschaften:Theoretically there are four different ways to  Improvement of the selective absorption properties:

• 1. die Ausnutzung der Grundabsorption eines Halbleiters infolge Übergang seines Bandabstands;1. the utilization of the basic absorption of a semiconductor due to the transition of its band gap;
• 2. die Ausnutzung des Interferenzeffekts bei dünnen Filmen zur Verhinderung einer Lichtreflexion;2. the exploitation of the interference effect with thin ones Films for preventing light reflection;
• 3. die Ausnutzung der Plasmaresonanzabsorption feiner Metallteilchen und3. the utilization of the plasma resonance absorption finer Metal particles and
• 4. die Bildung schmaler Grate und Ausnehmungen in der Oberfläche eines Metalls, so daß lediglich Sonnenlicht eine Mehrfachreflexion erfährt.4. the formation of narrow ridges and recesses in the Surface of a metal, leaving only sunlight undergoes multiple reflection.

Die in der Praxis genutzten Kollektoren machen von einer dieser Möglichkeiten in Kombination mit Hilfsmaßnahmen zur Verbesserung der Vorteile der betreffenden Möglichkeit oder zweier oder mehrerer dieser Möglichkeiten unter Ausnutzung synergistischer Effekte Gebrauch.The collectors used in practice make from one of these options in combination with relief measures to improve the benefits of those concerned Possibility or two or more of these possibilities using synergistic effects Use.

Von bisher bekanntgewordenen Überzügen haben wegen ihrer relativ hohen selektiven Absorptionsfähigkeit schwarze aufplattierte Chromüberzüge, schwarze aufplattierte Nickelüberzüge, Kupferoxidüberzüge und elektrolytisch gefärbtes Aluminium Eingang in die Praxis gefunden. Die großtechnische Herstellung qualitativ gleichbleibender Überzüge guter selektiver Absorptionseigenschaften bereitet jedoch Schwierigkeiten. Darüber hinaus sind derart hergestellte Überzüge sehr kostspielig. Because of previously known coatings their relatively high selective absorbency black plated chrome plating, black plated Nickel plating, copper oxide plating and electrolytically colored aluminum entrance into the Practice found. The large-scale technical production consistent coatings with good selective absorption properties however, creates difficulties. In addition, coatings made in this way very expensive.  

Aus der DE-AS 26 16 662 ist ein Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Oberflächenschicht für Aluminiumsonnenkollektoren bekannt, bei dem ein Anodisieren mit Wechselstrom vorgenommen wird. Bei diesem Verfahren wird zunächst auf einem Aluminiumgrundkörper durch Anodisieren eine dünne Oxidschicht mit einem gleichmäßig auf ihrer Oberfläche verteilten Porenraster erzeugt. Durch galvanische Behandlung werden dann in den Poren metallische Stäbchen erzeugt.DE-AS 26 16 662 describes a process for the production a selectively absorbent surface layer for Aluminum solar panels known to be anodizing with alternating current. With this procedure first on an aluminum base body by anodizing a thin oxide layer with a uniform on its surface distributed pore grid generated. Through galvanic treatment metallic rods are then produced in the pores.

Weiterhin ist aus der DE-AS 26 51 346 ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von kornartigen bzw. gemaserten Oberflächen auf Aluminium und Aluminiumlegierungen bekannt, bei dem zunächst ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung elektrolytisch mittels Wechselstrom einer Frequenz von 30-80 Hz in einer Hydroxide oder Salze der Alkali- oder Erdalkalimetalle enthaltenden wäßrigen Lösung geätzt werden. Anschließend wird das Substrat mit einer anorganischen oder organischen Säure behandelt.Furthermore, DE-AS 26 51 346 describes a method for electrolytic production of grain-like or grained Known surfaces on aluminum and aluminum alloys in which first a substrate made of aluminum or one Aluminum alloy electrolytically using alternating current a frequency of 30-80 Hz in a hydroxide or salt of the aqueous containing alkali or alkaline earth metals Solution to be etched. Then the substrate with treated with an inorganic or organic acid.

Aus der DE-AS 21 49 899 ist ein Verfahren zum gleichmäßigen und feinen elektrolytischen Aufrauhen von Aluminiumoberflächen mittels Wechselstrom einer Frequenz von 50 Hz bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Ätzung in einem Bad durchgeführt, das 0,2-2 Gew.-% Salzsäure und 0,1-1,5 Gew.-% Borsäure enthält, wobei die Stromdichte auf 0,5-10 A/dm² eingestellt wird. Auch mit diesem bekannten Verfahren wird ein dekoratives Aussehen bei fein aufgerauhten Oberflächen angestrebt.DE-AS 21 49 899 is a method for uniform and fine electrolytic roughening of aluminum surfaces known by means of an alternating current of a frequency of 50 Hz. In this process, the etching is done in a bath carried out, the 0.2-2 wt .-% hydrochloric acid and 0.1-1.5 wt .-% Contains boric acid, the current density on 0.5-10 A / dm² is set. Even with this well-known Process will give a decorative look to finely roughened Surfaces sought.

Die DE-OS 26 50 762 beschreibt ein Verfahren zur elektrolytischen Körnung von Aluminiumsubstraten für die Lithographie, wobei ein Aluminiumsubstrat in einen Chlorwasserstoffsäure oder Salpetersäure enthaltenden Elektrolyten eingebracht und mittels eines einstellbaren Wechselstroms einer Elektrolyse unterworfen wird.DE-OS 26 50 762 describes a method for electrolytic Graining of aluminum substrates for lithography, taking an aluminum substrate into a hydrochloric acid or electrolytes containing nitric acid introduced and by means of an adjustable alternating current  is subjected to electrolysis.

Schließlich wird in der Zeitschrift "Metalloberfläche" 34 (1980), Heft 10, Seiten 421-423, auf Herstellungsmöglichkeiten von selektiven Absorptionsschichten für Sonnenkollektoren eingegangen, wobei u. a. erwähnt wird, daß das Verhältnis von Absorptionsvermögen α zu Emissionsvermögen ε, d. h. das α/e-Verhältnis einer Absorberfläche technisch beeinflußt werden kann. Als Möglichkeiten hierfür werden dünne, sichtbares Licht absorbierende Schichten erwähnt, die beispielsweise aus Aluminiumoxid, Molybdän und Aluminiumoxid oder aus Silizium und Siliziumdioxid bestehen, wobei die Schichtdicken im Bereich von ¼ der Wellenlänge liegen und exakt eingehalten werden müssen.Finally, in the magazine "Metallfläche" 34 (1980), Issue 10, pages 421-423, the production possibilities of selective absorption layers for solar collectors are discussed, it being mentioned, inter alia, that the ratio of absorption capacity α to emissivity ε , ie the α / e Ratio of an absorber surface can be influenced technically. As possibilities for this, thin, visible light-absorbing layers are mentioned, which consist, for example, of aluminum oxide, molybdenum and aluminum oxide or of silicon and silicon dioxide, the layer thicknesses being in the range of ¼ of the wavelength and having to be observed exactly.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur selektiven Absorption von Sonnenenergie zu schaffen, die sich durch gute und gleichbleibende selektive Absorptionseigenschaften auszeichnet; außerdem soll ein wirtschaftliches Verfahren zur großtechnischen Herstellung solcher selektiver Absorptionsvorrichtungen für Sonnenenergie angegeben werden.It is an object of the present invention to provide a device to create selective absorption of solar energy, which is characterized by good and constant selective absorption properties honors; also a economical process for large-scale production such selective absorption devices for solar energy can be specified.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 3 erfindungsgemäß durch die in dessen jeweiligem kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.This object is achieved with a device according to the preamble of claim 1 or 3 according to the invention those contained in its respective characteristic part Features solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 4 bis 9. Advantageous further developments of the invention result from claims 2 and 4 to 9.  

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail. In detail shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Substrat, auf welchem Grate und Ausnehmungen gebildet sind; FIG. 1 is a cross-section are formed by a substrate on which ridges and recesses;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ätzung; Figure 2 is a schematic diagram for explaining an etching.

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen, aus denen sich die Beziehung zwischen der Absorptionsfähigkeit und Wellenlänge der erfindungsgemäß hergestellten selektiven Absorptionsvorrichtungen (Beispiele 1 bis 3 und 6) und einer Vergleichsvorrichtung ergeben und FIGS. 3 and 4 are graphical representations that make up the relation between the absorptivity and the wavelength selective absorption devices according to the invention (Examples 1 to 3 and 6) and a comparator result and

Fig. 5 eine graphische Darstellung, aus der sich die Beziehung der Ätzfrequenz zur Absorptionsfähigkeit und dem Emissionsgrad beim Wechselstromätzen bei verschiedenen Frequenzen ergibt. Fig. 5 is a graphical representation from which the relationship of the etching frequency to the absorption capacity and the emissivity in AC etching at different frequencies results.

Es ist bekannt, daß man einem Substrat selektive Absorptionseigenschaften verleihen kann, indem man auf der Substratoberfläche im µm-Maßstab speziell geformte Grate und Ausnehmungen erzeugt. So ist es beispielsweise bekannt, daß man eine wirksame Absorption von Sonnenenergie gewährleisten kann, wenn man die Oberfläche eines Substrats mit einem regelmäßigen Muster von Graten und Ausnehmungen, deren Querschnitte eine Sequenz geometrischer Figuren, beispielsweise die Form der Gauss'schen Verteilungsfunktion, widerspiegeln, versieht, sofern jede Ausnehmung einen durchschnittlichen Durchmesser nahe der Wellenlänge aufweist und jeder Grat scharf ist und eine ausreichende Höhe besitzt. Dies ist auf Mehrfachreflexion des Lichts innerhalb der Ausnehmungen und Streuung von den Graten zurückzuführen. Die schmalen Grate und Ausnehmungen wirken für den langwelligen Bereich der Wärmestrahlung als glatte Oberfläche, so daß man bei Verwendung eines Substrats aus Aluminium oder einem sonstigen Material hohen Reflexionsvermögens im langwelligen Bereich diesem verbesserte selektive Absorptionseigenschaften mit minimaler Strahlungsenergie verleihen kann.It is known that a substrate has selective absorption properties  can lend by the substrate surface in the µm scale specially shaped Burrs and recesses created. For example, it is known to have an effective absorption of Can guarantee solar energy if you look at the surface a substrate with a regular pattern of burrs and recesses, their cross sections a sequence of geometric figures, for example the shape of the Gaussian distribution function, provides, provided that each recess has one average diameter near the wavelength and every burr is sharp and sufficient Height. This is due to multiple reflection of light within the recesses and scatter attributed to the ridges. The narrow ridges and Recesses work for the long-wave range of Heat radiation as a smooth surface, so that one when using an aluminum or a substrate other material with high reflectivity in the long-wave Area this improved selective absorption properties with minimal radiation energy can.

Zur Ausbildung schmaler Grate und Ausnehmungen auf einer Aluminiumoberfläche gibt es mehrere Möglichkeiten, nämlichFor the formation of narrow ridges and recesses on one Aluminum surface there are several ways namely

• 1. mechanische Möglichkeiten, z. B. Sandstrahlen,1. mechanical possibilities, e.g. B. sandblasting,
• 2. chemische Möglichkeiten, z. B. chemische Ätzung,2. chemical possibilities, e.g. B. chemical etching,
• 3. elektrochemische Möglichkeiten, z. B. elektrolytische Ätzung und3. electrochemical possibilities, e.g. B. electrolytic Etching and
• 4. sonstige Möglichkeiten, z. B. Ionenätzung und Zerstäubung.4. other possibilities, e.g. B. ion etching and Atomization.

Mit Hilfe dieser Möglichkeiten bereitet es jedoch erhebliche Schwierigkeiten, eine Oberfläche mit gleichmäßigen Graten und Ausnehmungen in großtechnischem Maßstab, insbesondere preisgünstig und mit hohem Ausstoß, herzustellen.With the help of these possibilities, however, it prepares considerable  Difficulty getting an even surface Burrs and recesses on an industrial scale Benchmark, especially inexpensive and with high output, to manufacture.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich eine elektrochemische Ätzung, insbesondere eine elektrolytische Ätzung mit Wechselstrom, in vorteilhafter Weise durchführen läßt. Eine elektrolytische Ätzung erreicht man, indem man an das in eine wäßrige Lösung eines Natriumsalzes oder von Chlorwasserstoffsäure eingetauchte Werkstück einen Strom anlegt. Diese Art von Ätzung unterteilt man in zwei Unterarten, nämlich in Gleichstromätzung und Wechselstromätzung. Bei der Wechselstromätzung sind nur einige weniger Parameter, z. B. die Zusammensetzung des Elektrolyten, seine Temperatur, die Stromdichte, die Frequenz und die Wellenform, in Betracht zu ziehen. Es hat sich nun gezeigt, daß man durch geeignete Kombination dieser Parameter ohne Schwierigkeiten ein Muster von Graten und Ausnehmungen einer für eine wirksame Absorption von Sonnenenergie bevorzugten Form erhält.It has now been shown that electrochemical etching, in particular an electrolytic etching with alternating current, can be carried out in an advantageous manner. An electrolytic Etching is achieved by placing it in an aqueous solution Solution of a sodium salt or hydrochloric acid submerged workpiece applies a current. That kind of etching is divided into two subspecies, namely DC etching and AC etching. In the AC etching are just a few parameters e.g. B. the composition of the electrolyte, its Temperature, current density, frequency and Waveform to consider. It has now demonstrated that by appropriate combination of these Parameters without difficulty a pattern of ridges and recesses one for effective absorption preferred form of solar energy.

Bei der Gleichstromätzung wird das Potential des zu bearbeitenden Werkstücks, d. h. des Aluminiums, positiv gehalten, so daß die bevorzugte Schmelzrichtung durch die Struktur bzw. Kristallorientierung des Aluminiumkristalls bestimmt wird. Bei der Ätzung werden durch das Substrat Löcher bzw. Tunnels gefressen, während ein Teil der Oberfläche ungeätzt bleibt. Die Folge davon ist, daß in verschiedenen Teilen der Aluminiumoberfläche tiefe Löcher entstehen, so daß man keine Oberfläche mit gleichmäßigen Graten und Ausnehmungen einer benötigten Form erhält. Andererseits wechselt bei der Wechselstromätzung das Potential des zu bearbeitenden Werkstücks, d. h. des Aluminiums, ständig zwischen positiv und negativ. Der erste Ätzzyklus beginnt, wenn das Werkstück ein positives Potential aufweist. Wenn sein Potential negativ wird, kommt es infolge steigender Stromdichte zu einer lokalen Erhöhung des pH-Wertes, so daß sich auf der Oberfläche des Werkstücks ein dünner Oxid- oder Hydroxidfilm bildet. Wenn nun das Werkstück wieder ein positives Potential annimmt, beginnt der nächste Ätzzyklus an einer schwachen Stelle des dünnen Films. Durch Wiederholen dieser Zyklen bilden sich auf der gesamten Oberfläche des Aluminiumsubstrats 1 (vgl. Fig. 1) Grate und Ausnehmungen in Form einer Kette aus in der Regel kubischen Ätzlöchern 2 (im Rahmen eines einzigen Ätzzyklus). Die Form der Einzelgrate und Ausnehmungen entspricht genau der benötigten Form. Ein weiterer Vorteil der Wechselstromätzung besteht darin, daß sich die Größe jedes in einem Ätzzyklus gebildeten Ätzlochs 2 durch Ändern der Frequenz des angelegten Wechselstroms steuern läßt. Die Größe der Ätzlöcher 2 läßt sich durch Ändern der Ätzfrequenz frei steuern, so daß man bei Wahl geeigneter Ätzfrequenzen eine Oberfläche mit Graten und Ausnehmungen optimaler Form für eine hochselektive Sonnenenergieabsorption erhält.With the direct current etching, the potential of the workpiece to be machined, ie of the aluminum, is kept positive, so that the preferred melting direction is determined by the structure or crystal orientation of the aluminum crystal. During the etching, holes or tunnels are eaten through the substrate, while part of the surface remains unetched. The result of this is that deep holes are formed in different parts of the aluminum surface, so that no surface with uniform burrs and recesses of a required shape is obtained. On the other hand, with AC etching, the potential of the workpiece to be machined, ie the aluminum, constantly changes between positive and negative. The first etching cycle begins when the workpiece has a positive potential. If its potential becomes negative, the pH increases locally due to the increasing current density, so that a thin oxide or hydroxide film forms on the surface of the workpiece. If the workpiece now has a positive potential again, the next etching cycle begins at a weak point in the thin film. By repeating these cycles, burrs and recesses in the form of a chain of generally cubic etching holes 2 (as part of a single etching cycle) are formed on the entire surface of the aluminum substrate 1 (cf. FIG. 1). The shape of the individual burrs and recesses corresponds exactly to the shape required. Another advantage of alternating current etching is that the size of each etching hole 2 formed in an etching cycle can be controlled by changing the frequency of the applied alternating current. The size of the etching holes 2 can be freely controlled by changing the etching frequency, so that a surface with ridges and recesses of optimal shape for highly selective solar energy absorption is obtained when suitable etching frequencies are selected.

Eine Gleichstromätzung ist mit einem für die technische Durchführung sehr schwerwiegenden Nachteil behaftet. Da das Werkstück während der Dauer des Stromflusses auf einem positiven Potential gehalten werden muß, verringert der Kontaktwiderstand zwischen dem Werkstück und den Anschlüssen bzw. der Widerstand des Werkstücks selbst den zum Ätzen ausnutzbaren Strom in erheblichem Maße. Andererseits kann man durch Wechselstromätzung in Massenproduktion Werkstücke mit großem Stromfluß durch kontaktfreie indirekte Energiezufuhr bearbeiten (vgl. die schematische Darstellung in Fig. 2). Gemäß Fig. 2 wird ein Aluminiumsubstrat 12 in ein mit einem Ätzmittel 10 gefülltes Ätzgefäß 11 getaucht. Die Stromzufuhr erfolgt mit Hilfe einer Wechselstromquelle 14 zu in typischer Weise aus Kohle bestehenden Elektroden 13 a und 13 b, die auf beiden Seiten des Aluminiumsubstrats 12 angeordnet sind.A direct current etching has a very serious disadvantage for the technical implementation. Since the workpiece must be kept at a positive potential during the duration of the current flow, the contact resistance between the workpiece and the connections or the resistance of the workpiece itself considerably reduces the current that can be used for the etching. On the other hand, one can process workpieces with a large current flow through contact-free indirect energy supply by means of alternating current etching in mass production (cf. the schematic representation in FIG. 2). Referring to FIG. 2, an aluminum substrate is immersed in a filled with an etchant etching vessel 10 11 12. The power is supplied by means of an alternating current source 14 to electrodes 13 a and 13 b , which are typically made of carbon and are arranged on both sides of the aluminum substrate 12 .

Eine weitere Verbesserung der selektiven Absorptionsfähigkeit wird durch Ausbilden einer selektiven geschwärzten Schicht auf der geätzten Substratoberfläche erreicht. Ein Oxidfilm trägt dazu bei, zahlreiche gewünschte Effekte zu schaffen. Verwiesen sei auf die Grundabsorption durch Übergang des Bandabstands, eine Lichtinterferenz und eine Resonanzabsorption infolge Plasmavibrationen feiner Metallteilchen während einer chemischen oder elektrolytischen Färbung. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß die Bildung eines Oxidfilms, der die erreichten guten selektiven Absorptionseigenschaften durch Lösen oder Beschädigen der durch die Gleichstromätzung erzeugten Grate und Ausnehmungen beeinträchtigt, vermieden wird.Another improvement the selective absorbency is achieved by training achieved a selective blackened layer on the etched substrate surface. An oxide film helps to create numerous desired ones To create effects. Please refer to the basic absorption by transition of the band gap, a Light interference and resonance absorption as a result Plasma vibrations of fine metal particles during a chemical or electrolytic coloring. It has to be for that Care is taken that the formation of an oxide film, the good selective absorption properties achieved by loosening or damaging the DC burrs and ridges and recesses are impaired, is avoided.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.The following examples are intended to illustrate the invention illustrate.

Beispiele 1 bis 3Examples 1 to 3

Drei verschiedene Prüflinge aus 1 mm starken Hartaluminiumblechen einer Reinheit von 99,5% werden in 2,0 Mol/l wäßriger Salzsäure mittels Wechselstrom geätzt. Bezüglich der Badtemperaturen, Stromdichten, Frequenzen und Ladungsdichten wird auf die folgende Tabelle I verwiesen. Zu Vergleichszwecken wird ein identischer Prüfling bzw. ein identisches Werkstück in einem Ätzbad derselben Zusammensetzung unter den ebenfalls in Tabelle I angegebenen Bedingungen mittels Gleichstrom geätzt. Die Eigenschaften der geätzten Prüflinge werden durch Bestimmen der Absorptionsfähigkeit α im sichtbaren Bereich und des Emissionsfaktors ε im langwelligen Bereich mittels eines Spektralphotometers ermittelt. Das Absorptionsprofil der vier Prüflinge in einem Spektrum vom sichtbaren Bereich bis zum langwelligen Bereich ist in Fig. 3 dargestellt. Three different test specimens made of 1 mm thick hard aluminum sheets with a purity of 99.5% are etched in 2.0 mol / l aqueous hydrochloric acid using an alternating current. With regard to the bath temperatures, current densities, frequencies and charge densities, reference is made to the following Table I. For comparison purposes, an identical test specimen or an identical workpiece is etched by means of direct current in an etching bath of the same composition under the conditions also given in Table I. The properties of the etched test specimens are determined by determining the absorption capacity α in the visible range and the emission factor ε in the long-wave range using a spectrophotometer. The absorption profile of the four test specimens in a spectrum from the visible range to the long-wave range is shown in FIG. 3.

Tabelle I Table I

Die Ergebnisse der Tabelle I und die Fig. 3 zeigen, daß durch Wechselstromätzung mit feinen Graten und Ausnehmungen versehene Aluminiumsubstratprüflinge eine höhere Absorptionsfähigkeit α und einen niedrigeren Emissionsfaktor ε aufweisen als der durch Gleichstromätzung geätzte Vergleichsprüfling. Folglich erhält man selektive Absorptionsvorrichtungen für Sonnenenergie hervorragender selektiver Absorptionseigenschaften.The results of Table I and FIG. 3 show that aluminum substrate specimens provided with fine burrs and recesses by AC etching have a higher absorption capacity α and a lower emission factor ε than the comparison specimen etched by DC etching. As a result, selective absorption devices for solar energy having excellent selective absorption properties are obtained.

Beispiele 4 und 5Examples 4 and 5

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Frequenz einen der wichtigen Ätzparameter, der die Größe der Ätzlöcher 2 bestimmt, darstellt. Somit wird im Rahmen des im folgenden beschriebenen Versuchs die Beziehung zwischen der Ätzfrequenz und den selektiven Absorptionseigenschaften bestimmt.It has already been pointed out that the frequency is one of the important etching parameters which determines the size of the etching holes 2 . The relationship between the etching frequency and the selective absorption properties is thus determined in the course of the experiment described below.

Hartaluminiumsubstrate derselben Reinheit und Stärke, wie sie die in Beispielen 1 bis 3 verwendeten Substrate aufweisen, werden in einem wäßrigen Salzsäurebad (2,0 Mol/l, 50°C, 250 mA/cm²) mittels Wechselstrom verschiedener Frequenzen geätzt. In Beispiel 4 beträgt die Ladungsdichte 5 C/cm², in Beispiel 5 10 C/cm². Die Ergebnisse sind in Fig. 5 graphisch dargestellt. Aus der graphischen Darstellung ergibt sich die Beziehung zwischen der Ätzfrequenz, der Absorptionsfähigkeit α und dem Emissionsfaktor ε der behandelten Prüflinge.Hard aluminum substrates of the same purity and strength as the substrates used in Examples 1 to 3 are etched in an aqueous hydrochloric acid bath (2.0 mol / l, 50 ° C., 250 mA / cm²) using an alternating current of different frequencies. In Example 4 the charge density is 5 C / cm², in Example 5 10 C / cm². The results are shown graphically in FIG. 5. The graph shows the relationship between the etching frequency, the absorption capacity α and the emission factor ε of the test specimens treated.

Wie Fig. 5 zeigt, sinkt die Absorptionsfähigkeit α bei 10 Hz oder weniger. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei 10 Hz oder weniger die Dauer des Stromflusses in derselben Richtung in einem Zyklus so lang wird, daß ein Teil der Oberfläche ungeätzt bleibt und sich somit die Ätzung nicht mehr besonders stark von einer Gleichstromätzung unterscheidet. Die Absorptionsfähigkeit sinkt auch deutlich bei 200 Hz oder höher. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Bildung sehr feiner Ätzlöcher und eine unzureichende Ätzung infolge rascher Änderung zwischen positiven und negativen Potentialen die Oberfläche des Werkstücks immer mehr glätten. Bessere Ergebnisse bezüglich des Emissionsfaktors ε (niedrigere Emissionsfaktoren) erreicht man mit zunehmender Frequenz. Gute selektive Absorptionseigenschaften müssen jedoch beiden Erfordernissen, d. h. einer hohen Absorptionsfähigkeit α und einem niedrigen Emissionsfaktor ε genügen, so daß man vorzugsweise bei einer Frequenz von 100 bis 300 Hz ätzt.As shown in Fig. 5, the absorbency α drops at 10 Hz or less. This is due to the fact that at 10 Hz or less, the duration of the current flow in the same direction in one cycle becomes so long that part of the surface remains unetched and the etching therefore no longer differs very much from a direct current etching. The absorbency also drops significantly at 200 Hz or higher. This is due to the fact that the formation of very fine etching holes and inadequate etching due to rapid changes between positive and negative potentials smooth the surface of the workpiece more and more. Better results with regard to the emission factor ε (lower emission factors) can be achieved with increasing frequency. However, good selective absorption properties must meet both requirements, ie a high absorption capacity α and a low emission factor ε , so that etching is preferably carried out at a frequency of 100 to 300 Hz.

Die Eigenschaften des einer Wechselstromätzung unterworfenen Werkstücks hängen in der Regel nicht nur von der Frequenz, sondern auch von anderen Ätzparametern ab. Versuche haben gezeigt, daß der angegebene bevorzugte Frequenzbereich auch bei Änderung anderer Ätzparameter im wesentlichen gleich bleibt.The properties of the one subjected to AC etching Workpiece usually don't just depend on the frequency, but also from other etching parameters from. Experiments have shown that the given preferred Frequency range even when changing others Etching parameter remains essentially the same.

Im folgenden Beispiel wird die Ausbildung einer selektiven geschwärzten Schicht auf der glatten Oberfläche des Substrats erläutert.The following example shows the formation of a selective one blackened layer on the smooth surface of the substrate explained.

Beispiel 6Example 6

Ein Hartaluminiumsubstrat derselben Reinheit und Stärke, wie sie die in Beispielen 1 bis 3 verwendeten Substrate aufweisen, wird entsprechend Beispiel 1 einer Wechselstromätzung unterworfen. Danach wird das Substrat zur Ausbildung eines schwarzen Überzugs auf der geätzten Oberfläche in einem 15°C warmen Bad eines Nickelsalzes bei einer Wechselstromspannung von 15 V 15 min lang anodisiert. Das erhaltene Produkt besitzt eine Absorptionsfähigkeit α von 0,95 und einen Emissionsfaktor ε von 0,20 (vgl. Fig. 4). Seine selektiven Absorptionseigenschaften zur Verwendung als selektive Absorptionsvorrichtung für Sonnenenergie sind gut.A hard aluminum substrate of the same purity and strength as the substrates used in Examples 1 to 3 are subjected to an AC etching as in Example 1. The substrate is then anodized to form a black coating on the etched surface in a 15 ° C bath of nickel salt at an AC voltage of 15 V for 15 minutes. The product obtained has an absorption capacity α of 0.95 and an emission factor ε of 0.20 (cf. FIG. 4). Its selective absorption properties for use as a selective absorption device for solar energy are good.

In den Beispielen 1 bis 4 werden als Ätzsubstrate hochreine Hartaluminiumbleche verwendet. Die elektrolytische Ätzung erfolgt in wäßriger Salzsäure. Die Erfindung ist jedoch weder auf die angegebenen Substrate noch eine Ätzung in Salzsäure beschränkt. Wie bereits erwähnt, müssen bei einer elektrolytischen Wechselstromätzung zahlreiche Parameter in Betracht gezogen werden, wobei man bei geeigneter Kombination dieser Parameter Grate und Ausnehmungen der gewünschten Form erhält. Demzufolge lassen sich die verschiedensten Substrate, z. B. Substrate aus extrem hochreinem Aluminium oder aus einen niedrigen Aluminiumgehalt aufweisenden Legierungen sowie aus Hart- bis Weichaluminium oder -aluminiumlegierung verwenden.Examples 1 to 4 are used as etching substrates high-purity hard aluminum sheets are used. The electrolytic Etching takes place in aqueous hydrochloric acid. The However, the invention is not based on the specified substrates limited etching in hydrochloric acid. How already mentioned, need an electrolytic AC etching considers numerous parameters be pulled, with a suitable combination this parameter ridges and recesses of the desired Takes shape. As a result, the most diverse substrates, e.g. B. substrates made from extremely high-purity aluminum or from a low one Alloys with aluminum content as well Hard to soft aluminum or aluminum alloy use.

Grate und Ausnehmungen noch besserer Formen erhält man, indem man zwei oder mehrere Wechselstromätzungen unter verschiedenen Bedingungen durchführt.Burrs and recesses of even better shapes one by using two or more AC etchings performed under different conditions.

Zur Ausbildung einer selektiven geschwärzten Schicht auf der geätzten Oberfläche unter Verwendung verschiedener Metallsalzbäder kann man sich der verschiedensten Maßnahmen, z. B. einer Wechselstromanodisierung, der Bildung von Oxidfilmen, einer chemischen Färbung und Metallisierung beispielsweise durch Zerstäubung, bedienen.To form a selective blackened layer on the etched Surface using different metal salt baths you can take a variety of measures, e.g. B. AC anodization, the formation of Oxide films, chemical coloring and metallization for example by atomization.

Die gewünschten Grate und Ausnehmungen guter selektiver Absorptionseigenschaften in bzw. auf der Oberfläche eines Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erhält man durch Steuern elektrochemischer Parameter. Da man den angestrebten Erfolg durch Wechselstromätzung erreicht, kann man anstelle kostspieliger Gleichstromquellen handelsübliche Stromquellen verwenden. Darüber hinaus ermöglicht die Wechselstromätzung eine indirekte Stromzufuhr, so daß zahlreiche Substrate mit hohem Strom einer Schnellbehandlung unterworfen werden können. Wenn das zu bearbeitende Werkstück aus einer streifenförmigen oder langgestreckten Folie besteht, kann diese in höchst wirksamer Weise mittels Walzen u. dgl. einem Ätzbad zugeführt werden. Da lediglich eine Seite des Werkstücks eine selektiv absorbierende Oberfläche erhalten soll, können gleichzeitig zwei Substrate behandelt werden, indem sie als ein Substrat Rücken an Rücken dem Ätzbad zugeführt werden.The desired burrs and  Recesses of good selective absorption properties in or on the surface of a substrate Aluminum or an aluminum alloy is obtained by taxes electrochemical parameters. Since the desired success through AC etching can be achieved instead of expensive direct current sources Use commercially available power sources. In addition, AC etching enables indirect power supply, so that numerous substrates subjected to rapid treatment with high current can be. When the workpiece to be machined out a strip-shaped or elongated film, it can in a highly effective manner by means of rollers u. Like one Etching bath are supplied. Since only one side of the Get a workpiece selectively absorbing surface two substrates can be treated at the same time by backing up as a substrate Back to the etching bath.

Man erhält somit bei hohem Ausstoßgrad preisgünstig selektive Absorptionsvorrichtungen für Sonnenenergie guter selektiver Absorptionseigenschaften.This gives you a high output inexpensive selective absorption devices for solar energy with good selective absorption properties.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur selektiven Absorption von Sonnenenergie, mit einem aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Substrat, dessen Oberfläche mittels elektrolytischer Ätzung durch Bildung von Ausnehmungen fein aufgerauht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen der Oberfläche mittels Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 10 und 300 Hz durchgeführt ist.1. Device for the selective absorption of solar energy, with a substrate made of aluminum or an aluminum alloy, the surface of which is finely roughened by means of electrolytic etching by forming recesses, characterized in that the etching of the surface by means of alternating current with a frequency between 10 and 300 Hz is carried out. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Oberfläche mit einer darüberliegenden selektiven geschwärzten Schicht versehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the roughened surface with an overlying one selective blackened layer is provided. 3. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch elektrolytische Ätzung mittels Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 10 und 300 Hz fein aufgerauht wird.3. Method of manufacturing the device according to a of claims 1 to 2, characterized in that the surface of the aluminum or aluminum substrate Aluminum alloy by means of electrolytic etching AC current with a frequency between 10 and 300 Hz is roughened. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgerauhte Oberfläche mit einer selektiven geschwärzten Schicht versehen wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the roughened surface with a selective blackened Layer is provided. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als selektive geschwärzte Schicht eine auf die Oberfläche aufgebrachte Oxidschicht verwendet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that  as a selective blackened layer on the surface applied oxide layer is used. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive geschwärzte Schicht durch Anodisieren erzeugt wird.6. The method according to claim 4, characterized in that the selective blackened layer by anodizing is produced. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive geschwärzte Schicht durch Zerstäubung erzeugt wird.7. The method according to claim 4, characterized in that the selective blackened layer is produced by sputtering becomes. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Substrat in Form einer streifenförmigen Folie verwendet wird, die zum Aufrauhen kontinuierlich durch ein elektrolytisches Ätzbad hindurchgeleitet wird.8. The method according to any one of claims 3 to 7, characterized characterized in that the aluminum or one Aluminum alloy existing substrate in the form of a strip-shaped film is used for roughening continuously through an electrolytic etching bath is passed through. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats dadurch aufgerauht wird, daß zwei oder mehrere elektrolytische Ätzvorgänge unter verschiedenen Ätzbedingungen durchgeführt werden.9. The method according to any one of claims 3 to 8, characterized characterized in that the surface of the substrate is roughened by two or more electrolytic etching processes under different etching conditions be performed.