光吸收层及含该层层系统、层系统制造方法及适用溅镀靶的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光吸收层，该光吸收层在550nm的波长条件下具有大于0. 7的 kappa吸收系数，W及设及一种包含运类光吸收层的层系统。
[0002] 此外，本发明还设及一种用于制造运类层或层系统的方法W及一种在该方法中使 用的瓣锻祀。
【背景技术】
[0003] 光吸收的层系统例如通过借助于阴极瓣射（瓣锻）而叠加沉积的层产生。就此， 通过利用高能的离子（通常为稀有气体离子）轰击而从瓣锻祀提取原子或由固体组成的化 合物并且使其转变为气相。处于气相状态的原子或分子最后通过液化而沉积在位于瓣锻祀 附近的基体上并且在此形成层。在"直流电压瓣锻"或"DC瓣锻"（直流电瓣锻）中在作为 阴极连接的祀材和阳极（通常为设备壳体）之间接上直流电压。通过惰性气体原子的冲击 电离作用在抽真空的气室内形成低压等离子，其通过接通的直流电而带正电荷的组成部分 作为持续的粒子流朝祀材方向加速并在撞击中将粒子从祀材打落，运些粒子再朝基体的方 向移动并在那里沉积为层。
[0004] DC瓣锻需要能导电的祀材金属，因为否则的话，祀材由于持久电流会为带电粒子 充电并因此补偿直流电场。另一方面，运种瓣锻方法特别适合于W经济的方式提供特别高 质量的层，从而实现其应用。运也适用于相关技术的MF瓣射，其中两个瓣锻祀材在曲Z的 周期中而相互转换成为阴极和阳极。
[0005] 光吸收的层系统用于不同的应用，例如用于太阳热能应用的太阳能吸收层或者与 液晶显示屏相关的所谓"黑矩阵"层。
[0006] 从EP2 336 811Al中已知一种由侣基体、AI2O3的中间层和光吸收的层系统组成 的层序。该层系统由底层和顶层组成，底层由Ti-Al混氧化物或Ti-Al混氮化物或具有通用 的总式TiAlqOxNy的Ti-Al混氮氧化物所组成，该混氮氧化物可W含有亚化学计量含量的 氧和氮并且该底层形成了实际的吸收层，而顶层由化学计量的或亚化学计量的Si〇2组成。
[0007] 在太阳能吸收层中，该层结构通常包括陶瓷金属层和处在其下的、充当选择反 射物的金属末层。在陶瓷金属层中，在一个陶瓷基中嵌入金属的或其它可导电的颗粒， 运些颗粒通常具有5至30nm范围内的直径。运种层堆叠在太阳能光谱范围（约350至 1500nm)内具有高吸收度，而其吸收度在红外光谱范围内却很小。为了运种层系统的工业 制造常用电锻技术和物理气相沉积（PVD)法。运样的层堆叠例如是Ni/NiO+Al和Ti^/ Ti〇2+Qi。最近的综述在"Kennedy,C.E.;-Review of Mid-to Hi曲-Temperature Solar Selective Absorber Materials(中高溫太阳能选择性吸收材料的综述）；NREL Technical Import(2002年7月）"中给出。 阳00引从EP 2 116 631 Al中已知一种用于制造Zn0:Me2层或Ti0:Me2层的瓣锻祀。为 了加速并稳定瓣锻过程而使用瓣锻祀，该瓣锻祀具有由亚化学计量的氧化锋或氧化铁组成 的基质，在该基质中另外嵌入第二种金属Me2,其中Me2代表Al或Niob。
[0009] US2007/0071985Al描述了多种材料组成成分，特别是用于瓣锻祀的组成成分。 运些组成成分特别包含基于化〇(也具有氧化锡、氧化锋、氧化侣和氧化嫁）和钢（IV)氧化 物（Mo〇2)的混氧化物。Mo〇2的含量规定在0.1至60摩尔％之间。祀材料的密度在理论密 度的77%至95%之间浮动。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 的氧化钢也是化学计量的钢的氧化物。为了优化导电性能而将该钢氧化物混入到基础氧化 物，但是事实上，像是在混氧化物系统化〇:Mo〇2中，仅对于大约为5-10摩尔％的极小含量 的Mo化的情况，该导电性达到了良好的数值。
[0010] 通过在真空下热压为石墨状或通过在空气中烧结来完成祀材的制造。
[0011] 通过在沉积气体内加入少量氧气，完成通过使用祀材的层沉积。为了补偿在层沉 积中常观察到的氧流失，氧气压力W无关于祀材的Mo〇2含量的方式调整为IOmTorr并且就 此已经足够。
[0012] 由祀材制成的层是可导电的并且表现出至少为80%的透射性。该层是常见的透明 且可传导的层（例如ITO层）的替代物。
[0013] 在CN101158028A中描述了一种用于制造一种层的瓣锻方法，该层称为"ZM0透 明导电膜"（"ZMOtransparentconductivefilm")。该革时才由锋制成，其中嵌入了Mo金 属粒狂inc-molybdenummetalinsededtarget)。其钢含量规定为关于锋重量的0. 5至 12. 5%。
[0014] 该祀材也用于制造透明且可传导的薄层。该层通过反应性的DC磁控瓣锻在瓣锻 氛围中制造，该瓣锻氛围含有氣和氧。氧含量在4至10%的范围内。
[0015] 在层系统的制造过程中并且在实施复杂的层结构过程中需要多个干刻工序和湿 刻工序。金属陶瓷层系统通常却很难蚀刻，因为由金属相组成的区域需要不同于氧化基质 所需的蚀刻剂。等离子蚀刻也证实为困难的。因此例如在由氧化物和稀有金属组成的组合 的情况下，主要会蚀刻氧化物，从而使金属颗粒残留并可能污染瓣锻设备W及随后的基体。
[0016] 为了对氧化成分的湿化学蚀刻通常需要氨氣酸，其对健康有害并且仅能通过高成 本而实施。特别一直到基体5代都使用到的基于化的"黑矩阵层"此外还具有的缺点在于， 在湿化学蚀刻中可能产生有毒的化-VI化合物。
[0017] 由于上述理由，希望得到运样的层结构，其表现出在可见光谱范围内的高吸收且 低反射的作用，并且能够运样地蚀刻，即，不会产生有毒物质并且在使用简单的稀释酸的条 件下不会有颗粒残留。金属的层或层结构由于上述原因并不满足该条件。
[0018] 另一方面，出于质量考虑W及经济原因，运些层能够优选通过DC瓣射或MF瓣射来 制造，运一点W可导电的祀材为前提。
【发明内容】
[0019] 由此，本发明的目的是提供一种光吸收层W及一种包含该层的层系统，该层系统 满足了上述需求。
[0020] 此外，本发明的目的还在于，提供一种制造根据本发明的层系统的方法W及一种 为此适用的祀材。
[0021] 报据本发巧的化吸收房
[0022] 鉴于光吸收层方面，由上述那类的层出发，该目的根据本发明通过一种层而达到， 所述层
[0023] -具有氧化基质，所述氧化基质基于基础成分KlW及附加成分K3,其中基础成分 从氧化锋、氧化锡和/或氧化铜组成的群组中选择，而附加成分W0至75重量％间的份额 "y"替代基础成分Kl并从由氧化妮、氧化给、氧化铁、氧化粗、氧化饥、氧化锭、氧化错、氧化 侣及其混合物组成的群组中选择，
[0024] -其中，黑化成分K2分布在基质中，该黑化成分从由钢、鹤及其混合物W及其合金 组成的群组中选择，其中黑化成分K2作为金属或作为金属的亚化学计量氧化的化合物或 者作为金属的亚化学计量氮氧化的化合物而运样存在，即，层材料具有通过最多为化学计 量的最大氧含量的65%所限定的还原度，并且黑化成分K2的含量"X"(由其元素含量重量 与层材料重量的比得出）在20至50重量％之间的范围内。
[00巧]光吸收层应该对于观察者而言在光学上并不透明，即，看起来看不透的。可W通过 光散射或吸收的颗粒嵌入或者通过在原本透明的层基质中的沉积而获得光吸收作用。如果 在进一步的制造过程中使运类层经受蚀刻过程，颗粒或沉积物却可能显示出与层基质不同 的蚀刻行为并且在对层系统的蚀刻中导致不期望的颗粒形成。特别对于难W蚀刻的金属颗 粒（例如对于稀有金属颗粒）是运种情况。
[00%] 为了避免运点，在根据本发明的层中运样设置，即，该层由至少两种成分Kl和K2 组成，其中成分K2作为"黑化成分"W运样的意义而起作用，即，该成分W亚化学计量的氧 化物的形式（具有氧缺陷）或W亚化学计量的氮氧化物的形式（具有氧缺陷或氮缺陷）或 者W金属的形式而存在，并由此具有引起所期望的光吸收作用的、带自由价的电子组态。如 果成分K2W通过化学计量而确定的氧化状态而存在，例如作为Mo〇2或作为WO2，即使是当 运并不是其相应的最大可能氧化程度的情况下，都不会实现所期望的光吸收作用。作为化 学总式可W通过K2-02其中0<W《2)来描述还原度。
[0027] 根据本发明，由此总体上并不存在完全氧化的层材料，而是存在具有亚化学计量 的氧含量的、氧化的或氮氧化的层材料，该氧含量根据定义通过理论最大可能的、化学计量 的氧含量的最多65%而限定。在最佳吸收的方面而言，氧含量在理论最大可能氧含量的30 至65%之间、特别优选理论最大可能氧含量的40至60%之间。
[0028] 基础成分Kl从群组：锡、铜和/或锋选择。该成分在层材料中通常W氧化的形式 存在。黑化成分K2或者W具有亚化学计量的氧含量的、可轻度蚀刻的氧化金属化合物或氮 氧化金属化合物的形式而存在，或者W金属的形式而存在，其中为此考虑W下金属中的一 种或多种，即，鹤、钢及其混合物W及运些物质的合金。包含WCAS族IVb、Vb和V扣的元素 灯;[、￥、化、21'、佩、册、化）的形式的添加物的、基于齡和/或￥的合金显示出最佳的特性， 该特性与纯金属W和Mo或运些纯金属的混合物的相应特性相同。
[0029] 因此，光吸收层含有带有空的0化合价或N化合价的亚化学计量的氧化物或者亚 化学计量的氮氧化物。在亚化学计量的氮氧化的黑化成分的情况下，氧位的一小部分（优 选最多15% )由氮来替代。
[0030] W非化学计量的组成而存在的物质显示出一定的缺氧缺陷，在显微镜下参照在可 见波长范围内的特定吸收作用或模糊的吸收作用而表现出该缺氧缺陷。由此光吸收层通过 氧缺陷而显示出在380nm-780皿的可见的光谱范围内（但却不能像是通过金属层而能达到 的在最多1500nm)较强的吸收作用，并且为此不需要晶体颗粒或沉积。
[0031] 因此，由ZnO基质和其中嵌入亚化学计量的氧化钢区域的亚化学计量材料显示出 在可见波长范围内的显著的吸收作用。
[0032] 吸收层的还原度通过最大为化学计量最大氧含量的65%的氧含量而限定。就此可 看出，所述还原度设及到吸收层整体，却并不能单独归因于基础成分Kl或单独归因于黑化 成分K2。相反地预料到的是，该层的所有成分或多或少地W还原状态而存在。由于重量的 增加而算出该吸收层的还原度，如果将层材料在惰性气体条件下