Kernkomponente solarthermischer Kraftwerke ist der Receiver mit einem selektiv beschichteten Absorberrohr, auf das die Solarstrahlung fokussiert wird. Am Fraunhofer ISE entwickeln wir Absorberschichtsysteme mittels Magnetron-Sputterprozessen, die den hohen Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit im Kollektor gerecht werden.
So haben wir gemeinsam mit der Firma Schott eine hochselektive Absorberschicht für Vakuum-Receiver in Parabolrinnenkraftwerken entwickelt. Weiterhin konnten wir auch ein an Luft und bis 450°C stabiles Schichtsystem herstellen. Auf unserer produktionsnahen Anlage können wir auch Kleinserien für Kollektorprototypen produzieren. Beispielsweise haben wir so das 100 m lange Absorberrohr des Fresnel-Demonstrationskollektor auf der Plataforma Solar de Almería beschichtet, das seit 2007 den Praxistest durchläuft.
Bei gesputterten selektiven Cermet-Absorberschichten bewirkt ein Metallspiegel eine geringe Emission im Bereich der IR-Strahlung und damit geringe Wärmeverluste des Receivers, während ein Cermet (Keramik-Metall-Verbund) zusammen mit einer Anti-Reflex-Schicht für eine hohe Absorption der Solarstrahlung sorgt.
In optischen Simulationen dieser Dünnschichtsysteme untersuchen wir das Potenzial verschiedener Materialien bezüglich Absorption und Emission. Genauso wichtig ist jedoch die Beständigkeit der einzelnen Schichten bei den hohen Arbeitstemperaturen. Neben Diffusionsprozessen zwischen Substratmaterial und Absorberschichten kann auch die Oxidation einzelner Schichten oder Schichtkomponenten zu einer Degradation des selektiven Absorbers führen.
Mittels Beständigkeitstests und begleitender optischer Messungen können wir Degradationsprozesse sehr gut verfolgen. Näheren Aufschluss über die Art der Degradation geben Oberflächen- und Materialanalysen im REM (Raster-Elektronen-Mikroskop) oder AES (Auger-Elektronen-Spektroskop). Diese Informationen sind wichtig, um die jeweils nächsten Schritte im Entwicklungsprozess ableiten zu können und gegebenenfalls mit zusätzlichen Barriereschichten den Degradationsprozessen entgegenwirken zu können.