DE4425140C1

DE4425140C1 - Radiation converter contg. quasi-crystalline material

Info

Publication number: DE4425140C1
Application number: DE4425140A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Phys Eisenhammer; Miladin P Lazarov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2014-07-16
Also published as: WO1996002798A1; AU3078495A

Abstract

The invention relates to radiation converters for converting electromagnetic radiation into heat (absorbers) or heat into electromagnetic radiation (emitters) in which the radiation converter contains at least one quasi-crystalline material. In addition, the invention relates to the use of the radiation converters as absorbers or emitters.

Description

Die Erfindung betrifft Strahlungswandler zur Umsetzung von elektromag netischer Strahlung in Wärme (Absorber) oder von Wärme in elektroma gnetische Strahlung (Emitter).The invention relates to radiation converters for implementing electromag netic radiation in heat (absorber) or heat in electroma genetic radiation (emitter).

Strahlungswandler werden in mehreren Bereichen eingesetzt. Sie werden als Absorber insbesondere in der Gewinnung thermischer Energie aus solarer Strahlung eingesetzt. Die Strahlung kann, z. B. mit Hilfe von parabolischen Spiegeln, konzentriert werden. Hohe optische Absorptions grade αs < 0,85 für den solaren Spektralbereich (d. h. Wellenlänge λ ≈ 300-2000 nm) sind notwendig. Insbesondere bei hohen Absorbertempera turen und geringer Konzentration müssen diese Absorber zusätzlich selektiv sein, d. h., der Absorber muß möglichst hohe Reflexionsgrade, also niedrige Emissionsgrade ε, im Spektralbereich der thermischen Emission aufweisen. Der niedrige hemisphärische Emissionsgrad (ε_h < 0,1) soll Verluste der gewonnenen solaren Einstrahlung durch Reemission im infraroten Spektralbereich verringern.Radiation converters are used in several areas. They are used as absorbers, particularly in the production of thermal energy from solar radiation. The radiation can e.g. B. be concentrated with the help of parabolic mirrors. High optical absorption levels αs <0.85 for the solar spectral range (ie wavelength λ ≈ 300-2000 nm) are necessary. In particular at high absorber temperatures and low concentrations, these absorbers must additionally be selective, ie the absorber must have the highest possible degrees of reflection, ie low emissivities ε, in the spectral range of the thermal emission. The low hemispherical emissivity (ε _h <0.1) is intended to reduce losses in the solar radiation obtained through re-emission in the infrared spectral range.

Andere Anwendungen betreffen Emitter, die z. B. durch elektrischen Strom oder Verbrennung von Gas beheizt werden und infrarote und sichtbare elektromagnetische Strahlung emittieren. Weiterhin kann Wärme unter Verwendung eines Emitters und einer Photozelle in elektrische Energie umgewandelt werden. Zur Maximierung des Wirkungsgrades eines solchen Systems sind hohe Emittertemperaturen und abgestimmte Emissions- und Absorptionsverhalten von Emitter und Photozelle notwendig. Von hoher Bedeutung in diesen Anwendungen ist daher thermische und chemische Stabilität bei den benötigten hohen Temperaturen des Strahlungswandlers.Other applications concern emitters, e.g. B. by electric current or combustion of gas to be heated and infrared and visible emit electromagnetic radiation. Furthermore, heat can be Use of an emitter and a photocell in electrical energy being transformed. To maximize the efficiency of such Systems are high emitter temperatures and coordinated emission and Absorption behavior of emitter and photocell necessary. Of high Thermal and chemical are therefore important in these applications Stability at the required high temperatures of the radiation converter.

Nichtselektive Absorber mit hohen solaren Absorptionsgraden und he misphärischen Emissionsgraden sind z. B. auf der Basis einfacher An striche erhältlich. Rauhe Metallschichten aus kleinen Partikeln, wie z. B. Schwarz-Chrom oder Schwarz-Kobalt, sind weit verbreitet. Diese Materia lien weisen hohe solare Absorptionsgrade auf; der hemisphärische Emis sionsgrad liegt um ca. 0,2 (J. Spitz, TV Danh, A. Aubert, Solar Energy Materials 1 (1979), 189-200) und ist damit für viele Anwendungen zu hoch.Non-selective absorbers with high levels of solar absorption and hey aspherical emissivities are e.g. B. based on simple to strokes available. Rough metal layers from small particles, such as. B. Black-chrome or black-cobalt are common. This materia lien have high levels of solar absorption; the hemispheric emis degree of efficiency is around 0.2 (J. Spitz, TV Danh, A. Aubert, Solar Energy Materials 1 (1979), 189-200) and is therefore suitable for many applications high.

Problematischer ist die Herstellung hoch selektiver (d. h. ε_h < 0,1), thermisch stabiler Absorber. Meist bestehen selektive Absorber aus sogenannten Absorber-Reflektor-Tandems. Der Reflektor ist ein im Infraroten hochreflektierendes Metall. Um die solare Absorption zu gewährleisten, wird er mit einer häufig dünnen Schicht eines absorbieren den Materials beschichtet, welche im Infraroten transparent ist. Diese Schicht erhöht somit den Emissionsgrad im Vergleich zum unbeschichte ten Metall nur gering.The production of highly selective (ie ε _h <0.1), thermally stable absorbers is more problematic. Selective absorbers usually consist of so-called absorber-reflector tandems. The reflector is a highly reflective metal in the infrared. To ensure the solar absorption, it is coated with a frequently thin layer of an absorbent material, which is transparent in the infrared. This layer thus increases the emissivity only slightly compared to the uncoated metal.

Ein Beispiel für eine solche Beschichtung ist TiN_xO_y (U.S.-Patent 4,098,956) mit ca. 50 nm Dicke. Auch amorpher; mit Wasserstoff dotier ter Kohlenstoff α-C:H wird verwendet (D.R. McKenzie et al. in Solar Energy Materials 9 (1983), 113). An example of such a coating is TiN _x O _y (US Pat. No. 4,098,956) with a thickness of approximately 50 nm. Also amorphous; Hydrogen-doped carbon α-C: H is used (DR McKenzie et al. in Solar Energy Materials 9 (1983), 113).

Schichtsysteme aus Al₂O₃/Mo/Al₂O₃ auf Molybdän-Substraten wurden ebenfalls mit guten Ergebnissen verwirklicht (J.A. Thornton, A.S. Penfold und J.L. Lamb, Thin Solid Films 72 (1980), 101-109).Layer systems made of Al₂O₃ / Mo / Al₂O₃ on molybdenum substrates were also achieved with good results (J.A. Thornton, A.S. Penfold and J.L. Lamb, Thin Solid Films 72 (1980), 101-109).

Weiterhin werden auch inhomogene Materialien, insbesondere Cermets als absorbierende Schicht verwendet. Unter Cermets versteht man kleine metallische Partikel mit Durchmessern von ca. 2-40 nm, die in eine dielektrische Matrix eingebettet sind. Viele verschiedene Materialkom binationen wurden diskutiert und untersucht, z. B. Au-SiO₂, Edelstahl in α-C:H etc. (z. B. L.K. Thomas und T Chunhe, Solar Energy Materials 18 (1989), 117-126). Auch das kommerziell benutzte Nickel-pigmentierte Aluminiumoxid gehört zu den Cermets. Solche Schichten werden zum Teil mit zusätzlichen dielektrischen Antireflexionsschichten versehen (A. Anderson et al., J. Appl. Phys. 51 (1980), 754). Auch kann der Volu menanteil der metallischen Partikel, der sogenannte Füllfaktor; als Funk tion des Ortes innerhalb der Dicke der Schicht variiert werden. Mit diesem variablen Füllfaktor sind auch die optischen Konstanten des Cermets variabel und erlauben eine Steigerung des solaren Absorptions grads (G.L. Harding et al., J. Vac. Sci. Technol. 16 (1979), 2105).Inhomogeneous materials, especially cermets, are also used used as an absorbent layer. Cermets are small ones metallic particles with diameters of approx. 2-40 nm, which are in a dielectric matrix are embedded. Many different material comm binations were discussed and examined, e.g. B. Au-SiO₂, stainless steel in α-C: H etc. (e.g. L.K. Thomas and T Chunhe, Solar Energy Materials 18 (1989) 117-126). Also the commercially used nickel pigmented one Alumina is one of the cermets. Such layers become Provide part with additional dielectric anti-reflection layers (A. Anderson et al., J. Appl. Phys. 51: 754 (1980). The Volu proportion of metallic particles, the so-called fill factor; as a radio tion of the location can be varied within the thickness of the layer. With this variable fill factor are also the optical constants of the Cermets are variable and allow an increase in solar absorption grads (Harding, G.L. et al., J. Vac. Sci. Technol. 16 (1979), 2105).

Selektive Materialien werden z. B. in der Thermophotovoltaik als Emitter benötigt (R.M. Swanson, Proc. IEEE 67 (1979), 446). Wärme wird in elektromagnetische Strahlung umgewandelt und danach mit Hilfe einer Photozelle in Elektrizität. Ein Körper wird auf Temperaturen im Bereich von 600-900°C erwärmt. Um eine maximale Umwandlung der vom Körper emittierten thermischen Strahlung zu erreichen, muß die Band lücke des Materials der Photozelle geeignet eingestellt werden. Von großer Bedeutung ist es, daß die Wellenlängencharakteristika von Emitter und Photozelle aufeinander abgestimmt sind, und daß möglichst wenig Strahlung in Wellenlängenbereichen fern von der Bandlücke abgestrahlt wird. Daher ist es notwendig, den Emitter geeignet selektiv zu beschich ten.Selective materials are e.g. B. in thermophotovoltaics as an emitter (R.M. Swanson, Proc. IEEE 67 (1979), 446). Heat becomes in converted electromagnetic radiation and then using a Photocell in electricity. A body is at temperatures in the area heated from 600-900 ° C. To achieve a maximum conversion from the To achieve body emitted thermal radiation, the band must gap of the material of the photocell can be set appropriately. Of It is of great importance that the wavelength characteristics of emitters and photocell are matched to each other, and that as little as possible Radiation in wavelength ranges radiated far from the band gap becomes. It is therefore necessary to selectively coat the emitter in a suitable manner ten.

Die Klasse der quasikristallinen Materialien wurde erst 1984 entdeckt (D. Shechtmann, I. Blech, D. Gratias und J.W. Cahn, Phys. Rev. Lett. 58 (1984), 1951). Kennzeichnend für quasikristalline Materialien ist, daß Beugungsaufnahmen (z. B. Röntgenstrukturanalyse, Elektronenbeugung) Rotationssymmetrien zeigen, die nach kristallographischen Gesetzen für Kristalle im engeren Sinne (d. h. Periodizität oder Translationssymmetrie über große Raumbereiche) nicht möglich sind (z. B. icosaedrische und dekagonale Symmetrie). Ideale quasikristalline Materialien weisen eine langreichweitige Ordnung auf, die nicht einer Translationssymmetrie entspricht, sondern durch andere wohl definierte mathematische Metho den beschrieben werden kann (siehe z. B. "Quasicristals", C. Janot, Oxford University Press, Oxford, 1992, Kap. 1, Kap. 2.4). Unter quasikristallinen Materialien werden jedoch auch Materialien verstanden, die eine ideale quasikristalline Ordnung nur approximieren. Sie bestehen aus mikrokristal linen Bereichen, wobei die Mikrokristalle in einer quasikristallinen Form angeordnet sind (C. Janot, ebenda, Kap. 2.5). Diese Materialien zeigen ebenso wie ideale Quasikristalle, Beugungsbilder mit "verbotenen" Sym metrien, d. h. solchen, die für Kristalle eigentlich unmöglich sind.The class of quasi-crystalline materials was only discovered in 1984 (D. Shechtmann, I. Blech, D. Gratias and J.W. Cahn, Phys. Rev. Lett. 58 (1984), 1951). It is characteristic of quasi-crystalline materials that Diffraction images (e.g. X-ray structure analysis, electron diffraction) Show rotational symmetries that according to crystallographic laws for Crystals in the narrower sense (i.e. periodicity or translation symmetry over large areas) are not possible (e.g. icosahedral and decagonal symmetry). Ideal quasi-crystalline materials have one long-range order that is not a translation symmetry corresponds, but by other well-defined mathematical method which can be described (see, for example, "Quasicristals", C. Janot, Oxford University Press, Oxford, 1992, chap. 1, chap. 2.4). Under quasi-crystalline However, materials are also understood as materials that are ideal only approximate quasi-crystalline order. They consist of microcrystals areas, the microcrystals in a quasi-crystalline form are arranged (C. Janot, ibid., chapter 2.5). These materials show as well as ideal quasicrystals, diffraction patterns with "forbidden" sym metrics, d. H. Those that are actually impossible for crystals.

Inzwischen sind einige thermisch und chemisch sehr stabile quasikristalli ne Materialien entdeckt worden (A.P. Tsai und Mitarbeiter; Jpn. J. Appl. Phys. 26 (1987), L1505 sowie Phil. Mag. Lett. 63 (1991), 87). Diese Materialien wurden bisher als Beschichtungen für Bratpfannen sowie als Schutzschichten gegen Oxidation und Abrieb benutzt (U.S.-Patent 5,204,191; WO 93/13237; J.M. Dubois, S.S. Kang and Y. Massiani, J. Non-Ciyst. Solids 153/154 (1993), 443). In US-Patent 5,204,191 wird auch demonstriert, daß Materialien mit derselben Atomzusammensetzung, aber herstellungsbedingt geringem oder verschwindendem Anteil quasikristalli ner Phasen thermisch und chemisch wesentlich instabiler sind als Mate rialien mit hohem quasikristallinem Volumenanteil. Die Stabilität der quasikristallinen Materialien wird auch dadurch demonstriert, daß sie i.a. bei Temperaturen um 800°C getempert werden, um rein quasikristalline Phasen zu erzeugen. Quasikristalline Materialien können auch bei niedri geren Substrat-Temperaturen in Form dünner Schichten, z. B. mit Zer stäubungsverfahren, abgeschieden werden (U.S.-Patent 4,772,370). Weiter hin zeichnen sie sich durch ungewöhnliche optische Eigenschaften aus. Es handelt sich zwar um Metalle, die Leitfähigkeit ist jedoch gering, so daß die optischen Eigenschaften insbesondere im Infraroten sehr stark von den Eigenschaften bekannter Metalle abweichen (L. Degiorgi und Mit arbeiter; Solid State Communications 87 (1993) 721). Der Reflexionsgrad ist im Wellenlängenbereich von 300 nm-20 µm nahezu wellenlängenunab hängig ≈ 55%.In the meantime, some thermally and chemically very stable quasicrystals ne materials have been discovered (A.P. Tsai and co-workers; Jpn. J. Appl. Phys. 26 (1987), L1505 and Phil. Mag. Lett. 63: 87 (1991). These So far, materials have been used as coatings for frying pans as well as Protective layers against oxidation and abrasion used (U.S. patent 5,204,191; WO 93/13237; J.M. Dubois, S.S. Kang and Y. Massiani, J. Non-Ciyst. Solids 153/154 (1993), 443). In U.S. Patent 5,204,191, too demonstrates that materials with the same atomic composition, but low or vanishing quasi-crystalline content due to manufacturing phases are thermally and chemically much less stable than mate materials with a high quasi-crystalline volume fraction. The stability of the quasi-crystalline materials are also demonstrated by the fact that they generally are annealed at temperatures around 800 ° C to purely quasi-crystalline To generate phases. Quasicrystalline materials can also be used at low General substrate temperatures in the form of thin layers, e.g. B. with cer dusting processes can be deposited (U.S. Patent 4,772,370). Next they are characterized by unusual optical properties. It Although they are metals, the conductivity is low, so that the optical properties, especially in the infrared, vary greatly the properties of known metals differ (L. Degiorgi and Mit worker; Solid State Communications 87 (1993) 721). The reflectance is almost wavelength independent in the wavelength range of 300 nm-20 µm pending ≈ 55%.

Strahlungswandler müssen gleichzeitig eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Beispielsweise müssen sie als selektive Absorber hohe solare Absorptionsgrade aufweisen. Ihr Emissionsgrad muß, insbesondere bei hohen Absorbertemperaturen, sehr niedrig sein. Sie müssen bei hohen Absorbertemperaturen chemisch stabil sein und dürfen auch sonst keine Alterungserscheinungen zeigen, z. B. durch Diffusion von Substratmaterial in die Schichten oder durch Diffusion innerhalb der verschiedenen Schichten. Die heute benutzten und bekannten selektiven Absorber erfüllen nicht in ausreichendem Maße alle Anforderungen.Radiation converters must meet a number of requirements at the same time fulfill. For example, as a selective absorber, they need high solar Have degrees of absorption. Your emissivity must, especially at high absorber temperatures, very low. You have to go at high Absorber temperatures must be chemically stable and must not be otherwise Show signs of aging, e.g. B. by diffusion of substrate material in the layers or by diffusion within the different Layers. The selective absorbers used and known today do not sufficiently meet all requirements.

Als Emitter werden hohe Anforderungen an chemische und thermische Stabilität bei Temperaturen in Bereichen bis über 800°C gestellt. Selek tive Emitter auf der Basis von Molybdän sind als temperaturstabil bis ca. The requirements for chemical and thermal emitters are high Stability at temperatures in excess of 800 ° C. Selek Tive emitters based on molybdenum are temperature stable up to approx.

800°C bekannt. Die Herstellung dünner Molybdänschichten ist problema tisch, und die Materialkosten sind sehr hoch.800 ° C known. The production of thin molybdenum layers is problematic table, and the material costs are very high.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungs wandler bereitzustellen, der den Anforderungen an die thermische und chemische Stabilität in vollem Umfang genügt und dessen spektrale optische Eigenschaften in der für die jeweilige Anwendung gewünschten Form eingestellt werden können.The invention is therefore based on the object of a radiation to provide converters that meet the requirements for thermal and chemical stability is sufficient and its spectral optical properties in the desired for the respective application Shape can be adjusted.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, daß der Strahlungswand ler mindestens ein quasikristallines Material enthält bzw. mindestens ein quasikristallines Material als Bestandteil eines inhomogenen Materials benutzt wird.The object is achieved in particular in that the radiation wall It contains at least one quasi-crystalline material or at least one quasi-crystalline material as part of an inhomogeneous material is used.

Es ist ausreichend, daß in einer ansonsten amorphen oder kristallen Umgebung (Phase) quasikristalline Regionen vorkommen. Das Material, welches eine quasikristalline Phase ausbildet, kann auch amorphe oder kristalline Phasen enthalten. Für die thermische und chemische Stabilität ist es ausreichend, daß die quasikristalline Phase dieses Materials einen Volumenanteil von 30%, bevorzugt 50%, ganz bevorzugt 80% überschrei tet.It is sufficient that in an otherwise amorphous or crystal Environment (phase) quasi-crystalline regions occur. The material, which forms a quasi-crystalline phase can also be amorphous or contain crystalline phases. For thermal and chemical stability it is sufficient that the quasi-crystalline phase of this material unites Volume fraction of 30%, preferably 50%, very preferably 80% tet.

Um chemische und thermische Stabilität zu erreichen, wird vorzugsweise ein thermodynamisch stabiles quasikristallines Material verwendet, d. h. ein Material, dessen thermodynamisch stabile Struktur nicht kristallin ist. Hierzu sind vorzugsweise quasikristalline Materialien aus zwei oder mehr Elementen, wobei diese ausgewählt sind aus Aluminium, Bor; Chrom, Eisen, Gallium, Germanium, Hafnium, Kohlenstoff, Kupfer; Magnesium, Molybdän, Mangan, Nickel, Niob, Osmium, Palladium, Rhenium, Ru thenium, Silizium, Tantal, Titan, Vanadium, Wismut, Wolfram, Yttrium, Zink oder Zirkon brauchbar. Besonders bevorzugt werden Materialien benutzt, die die folgenden Formeln erfüllen:To achieve chemical and thermal stability is preferred uses a thermodynamically stable quasi-crystalline material, d. H. a Material whose thermodynamically stable structure is not crystalline. For this purpose, quasi-crystalline materials are preferably made of two or more Elements, these being selected from aluminum, boron; Chrome, Iron, gallium, germanium, hafnium, carbon, copper; Magnesium, Molybdenum, manganese, nickel, niobium, osmium, palladium, rhenium, Ru thenium, silicon, tantalum, titanium, vanadium, bismuth, tungsten, yttrium, Zinc or zircon can be used. Materials are particularly preferred used that meet the following formulas:

Al_aCu_bFe_cX_d mit 8 b 30, 8 c 20, d 12 und a+b+c+d=100
Al_aCu_bCo_cX_d mit 8 b 25, 10 c 20, d 12 und a+b+c+d=100
Al_aPd_bMn_cX_d mit 15 b 30, 7 c 17, d 5 und a+b+c+d=100
Ga_aMg_bZn_cX_d mit 30 b 35, 50 c 55, d 5 und a+b+c+d= 100
Al_aCu_bLi_cX_d mit 10 b 15, 25 c 35, d 5 und a+b+c+d=100
Al_aCu_bRu_cX_d mit 8 b 25, 10 c 20, d 12 und a+b+c+d=100Al _a Cu _b Fe _c X _d with 8 b 30, 8 c 20, d 12 and a + b + c + d = 100
Al _a Cu _b Co _c X _d with 8 b 25, 10 c 20, d 12 and a + b + c + d = 100
Al _a Pd _b Mn _c X _d with 15 b 30, 7 c 17, d 5 and a + b + c + d = 100
Ga _a Mg _b Zn _c X _d with 30 b 35, 50 c 55, d 5 and a + b + c + d = 100
Al _a Cu _b Li _c X _d with 10 b 15, 25 c 35, d 5 and a + b + c + d = 100
Al _a Cu _b Ru _c X _d with 8 b 25, 10 c 20, d 12 and a + b + c + d = 100

In den obigen Formeln bedeutet X eine Verunreinigung, wie z. B. Na, O oder N oder ein oder mehrere der im Absatz vorher aufgelisteten Elemente.In the above formulas, X means an impurity such as e.g. B. Well, O or N or one or more of those previously listed in the paragraph Elements.

Ganz bevorzugt hat das quasikristalline Material die folgenden Summen formeln: Al₆₅Cu₂₀Ru₁₅, Al₆₂Cu₂₀Co₁₅Si₃, Al_63,5Cu_24,5Fe₁₂, Al₆₄Cu₂₄Fe₁₂, Al₆₄Cu₂₂Fe₁₄, Al₆₀Cu₁₀Li₃₀, Al₆₅Cu₂₀Co₁₅, Ga₁₆Mg₃₂Zn₅₂ oder Al₇₀Mn₉Pd₂₁.The quasi-crystalline material very preferably has the following formulas: Al₆₅Cu₂₀Ru₁₅, Al₆₂Cu₂₀Co₁₅Si₃, Al _63.5 Cu _24.5 Fe₁₂, Al₆₄Cu₂₄Fe₁₂, Al₆₄Cu₂₂Fe₁₄, Al₆₀Cu₁₀Li₃₀, Al₆₅Cu₂₁₀n₅M₅Al₅M₅

Die geforderten optischen Eigenschaften werden für die unterschiedlichen Anwendungen durch verschiedene Techniken und Maßnahmen im Sinne der Erfindung erreicht. Das quasikristalline Material hat als homogenes Material schon ungewöhnlich gute optische Eigenschaften, die man sich für einen Strahlungswandler zunutze machen kann. Diese optischen Eigenschaften lassen sich durch die Verwendung inhomogener Materialien zusätzlich erweitern. Dabei sind folgende Fälle zu unterscheiden:The required optical properties are different for the Applications through various techniques and measures in the sense achieved the invention. The quasi-crystalline material has as a homogeneous Material already unusually good optical properties that you look at for a radiation converter. This optical Properties can be achieved by using inhomogeneous materials expand additionally. A distinction must be made between the following cases:

(a) The quasi-crystalline material is in the form of small particles in one Matrix of other, especially dielectric materials. In the case the matrix of dielectric materials can then be made from a cermet be spoken. Preferred dielectric materials are amorphous Carbon; dielectric oxides, dielectric nitrides, dielectric halo genide or dielectric sulfur compounds of any main group and sub-group elements or a mixture of these materials, very preferably Al₂O₃, Y₂O₃, HfO₂, SnO₂, In₂O₃, Bi₂O₃, Ta₂O₅, Si₃N₄ or ZnS. Other useful matrix materials are semiconductors; as doped silicon or germanium, and metals such as iron or copper.
(b) Small particles are made in the quasi-crystalline material (matrix) other materials, preferably from the matrix material mentioned above rialien, embedded.
(c) There are small voids in the quasi-crystalline material (matrix) embedded.

Als Matrix im oben verwendeten Sinn wird die Material-Komponente bezeichnet, die eine weitgehend zusammenhängende Struktur ausbildet. Im Gegensatz dazu sind die eingebetteten Partikel weitgehend vonein ander getrennt.The material component becomes the matrix in the sense used above referred to, which forms a largely coherent structure. In contrast, the embedded particles are largely one other separated.

Die optischen Eigenschaften solcher inhomogener Materialien lassen sich häufig mit Effektiv-Medien-Theorien beschreiben. Bei großen Wellen längen bestimmen die Eigenschaften des Matrixmaterials die optischen Eigenschaften. Dies gilt sowohl für den Fall, in dem das quasikristalline Material die Matrix darstellt, wie auch für den Fall, in dem das quasikri stalline Material in Form von Partikeln in eine andersartige Matrix eingebettet ist. Bei kürzeren Wellenlängen tritt durch sogenannte geom etrische Resonanzen Absorption auf, die in homogenen Materialien nicht auftritt. Der Füllfaktor; d. h. der Volumenanteil der Partikel in einem inhomogenen Material, bestimmt die spektrale Form und die Stärke dieser Resonanzen. Der Füllfaktor liegt im Bereich von 2-80%, bevorzugt im Bereich von 5-40%. Dies bedeutet, daß die Matrix die Zwischenräu me zwischen den voneinander getrennten Partikel ausfüllt. Es dürfen allerdings Berührungen zwischen den Partikeln stattfinden. Wie oben unter (a) und (b) ausgeführt, kann die Matrix quasikristallin oder aus einem anderen Material sein. Der Füllfaktor kann räumlich variiert wer den, um Reflexionsverluste an der Oberfläche zu verringern und um z. B. den solaren Absorptionsgrad zu erhöhen.The optical properties of such inhomogeneous materials can be often describe with effective media theories. With big waves length, the properties of the matrix material determine the optical Properties. This applies both to the case where the quasi-crystalline Material represents the matrix, as well as in the case where the quasikri stalline material in the form of particles in a different matrix is embedded. At shorter wavelengths, so-called geom etrical resonance absorption that is not in homogeneous materials occurs. The fill factor; d. H. the volume fraction of the particles in one inhomogeneous material, determines the spectral shape and strength of these resonances. The fill factor is in the range of 2-80%, preferably in the range of 5-40%. This means that the matrix is the intermediate space fills me between the separated particles. It may however, there is contact between the particles. As above Under (a) and (b), the matrix can be quasi-crystalline or another material. The fill factor can be varied spatially the to reduce reflection losses on the surface and z. B. to increase the degree of solar absorption.

Die Partikel oder Hohlräume in der Matrix sind regelmäßig oder unre gelmäßig geformt und weisen vorzugsweise Volumina im Bereich von 0,2 nm³ bis 10 µm³, bevorzugt im Bereich von 2 nm³ bis 1 µm³, ganz bevorzugt im Bereich von 5 nm³ bis 30000 nm³ auf. Dabei liegen die Durchmesser der Partikel im Bereich von 0,5-2000 nm, bevorzugt 1-500 nm und ganz bevorzugt 2-30 nm.The particles or voids in the matrix are regular or unclean gel-shaped and preferably have volumes in the range of 0.2 nm³ to 10 µm³, preferably in the range of 2 nm³ to 1 µm³, whole preferably in the range from 5 nm³ to 30000 nm³. Here are the Diameter of the particles in the range of 0.5-2000 nm, preferably 1-500 nm and most preferably 2-30 nm.

Das quasikristalline Material, homogen oder in einem inhomogenen Material, kann neben der quasikristallinen Phase auch amorphe oder kristalline Phasen enthalten, deren Volumenanteil insgesamt unter 70% liegt. Dies bedeutet, daß die quasikristalline Phase 30% des Volumen anteils, bevorzugt 50%, ganz bevorzugt 80% übersteigen muß.The quasi-crystalline material, homogeneous or in an inhomogeneous Material, in addition to the quasi-crystalline phase, can also be amorphous or contain crystalline phases, the total volume of which is below 70% lies. This means that the quasi-crystalline phase is 30% of the volume proportion, preferably 50%, very preferably 80%.

Bevorzugt wird das quasikristalline Material oder das inhomogene Materi al enthaltend das quasikristalline Material in Form einer oder mehrerer Schichten einer Dicke von 1 nm bis 1 mm, bevorzugt 5-5000 nm, ganz bevorzugt 10-500 nm, auf einem Substrat aufgebracht. Bei dem Sub strat handelt es sich um ein hochreflektierendes Metall, wie Aluminium, Kupfer; Silber; Gold, Molybdän, Titan, Eisen oder eine Legierung dieser Materialien, wie Stahl oder Messing. Als Substrat kann aber auch eine dünne Schicht der vorgenannten Metalle oder Legierungen auf einem anderen in der Technik üblichen Substrat dienen. Hierbei handelt es sich um temperaturstabile Materialien, bevorzugt Keramiken. Das Substrat kann auch eine Rauheit aufweisen, um die kurzwellige Reflexion zu verringern. Die Rauheit der Substratoberfläche ist durch eine statistische Verteilung der Abweichungen von einem mittleren Niveau gekennzeichnet und die Standardabweichung dieser Verteilung (RMS-Rauheit) liegt im Bereich von 0 bis 1500 nm, mit einer lateralen Korrelationslänge von 10- 1000 nm. Die Ausgestaltung als dünne Schichten ermöglicht die Ver wirklichung von optischen Interferenzfiltern mit bestimmten Eigenschaften, z. B. den Eigenschaften eines selektiven Absorbers.The quasi-crystalline material or the inhomogeneous material is preferred al containing the quasi-crystalline material in the form of one or more Layers with a thickness of 1 nm to 1 mm, preferably 5-5000 nm, entirely preferably 10-500 nm, applied to a substrate. With the sub strat is a highly reflective metal, such as aluminum, Copper; Silver; Gold, molybdenum, titanium, iron or an alloy of these Materials such as steel or brass. However, a thin layer of the aforementioned metals or alloys on one serve other substrates customary in the art. This is it around temperature-stable materials, preferably ceramics. The substrate can also have a roughness to the short-wave reflection to decrease. The roughness of the substrate surface is due to a statistical Distribution of the deviations characterized by a medium level and the standard deviation of this distribution (RMS roughness) is in Range from 0 to 1500 nm, with a lateral correlation length of 10- 1000 nm. The design as thin layers enables Ver implementation of optical interference filters with certain properties, e.g. B. the properties of a selective absorber.

Um einen selektiven Absorber zu realisieren, müssen homogene quasikri stalline Schichten relativ dünn (1 nm-200 nm) sein, da der Emissions grad eines massiven quasikristallinen Materials zu hoch ist, ca. 40%. Nur dünne quasikristalline Schichten sind ausreichend transparent im infraro ten Spektralbereich, so daß der Emissionsgrad durch das darunterliegende hochreflektierende metallische Substrat bestimmt wird.In order to implement a selective absorber, homogeneous quasikri stalline layers be relatively thin (1 nm-200 nm) because of the emission degree of a solid quasi-crystalline material is too high, approx. 40%. Just thin quasi-crystalline layers are sufficiently transparent in the infrared th spectral range, so that the emissivity by the underlying highly reflective metallic substrate is determined.

Der solare Absorptionsgrad dieser Absorber-Reflektor-Tandems ist jedoch nicht ausreichend. Um den solaren Absorptionsgrad zu erhöhen, werden dielektrische Antireflexionsschichten (Interferenzschichten) mit Dicken von 10-1000 nm benutzt. Es können beliebige Schichtsysteme aus dielek trischen Schichten und Schichten mit quasikristallinen Materialien gebildet werden. Eine bevorzugte Schichtfolge besteht aus Substrat/dielektrische Schicht/quasikristalline Schicht/dielektrische Schicht. Eine weitere bevor zugte Schichtfolge besteht aus Substrat/inhomogenes Material enthaltend quasikristalline Partikel (Cermet)/dielektrische Schicht. Die Wahl des Dielektrikums hängt hierbei von der gewählten Schichtfolge, als auch von der Art der das quasikristalline Material enthaltenden Schicht ab. Es werden sowohl hochbrechende Dielektrika, bevorzugt SnO₂, In₂O₃, Bi₂O₃, Ta₂O₅, ZnS, ZnO, TiO₂, als auch niedrigbrechende Materialien, bevor zugt Al₂O₃, SiO₂, oder Materialien mit mittlerem Brechungsindex, bevor zugt Y₂O₃, HfO₂, Si₃N₄, eingesetzt. Die Schichtfolge und die Schichtdic ken können für die jeweilige Anwendung numerisch optimiert werden, bevorzugt mit genetischen Algorithmen (T. Eisenhammer et al., Appl. Opt. 32 (1993), 6310-6315). Es ist jedoch auch jede andere Schicht mit antireflektierenden Eigenschaften, die dem Fachmann bekannt ist, mög lich. Diese Schichten können zugleich als Diffusionsbarriere dienen.The degree of solar absorption of these absorber-reflector tandems is, however unsatisfactory. To increase the degree of solar absorption, dielectric antireflection layers (interference layers) with thicknesses of 10-1000 nm used. Any layer systems from dielek trical layers and layers formed with quasi-crystalline materials become. A preferred layer sequence consists of substrate / dielectric Layer / quasi-crystalline layer / dielectric layer. Another before pulled layer sequence consists of substrate / containing inhomogeneous material quasi-crystalline particles (cermet) / dielectric layer. The choice of Dielectric depends on the selected layer sequence, as well as on the type of layer containing the quasi-crystalline material. It both high-index dielectrics, preferably SnO₂, In₂O₃, Bi₂O₃, Ta₂O₅, ZnS, ZnO, TiO₂, as well as low-index materials before pulls Al₂O₃, SiO₂, or materials with a medium refractive index before moves Y₂O₃, HfO₂, Si₃N₄, used. The shift sequence and the shift thickness ken can be numerically optimized for the respective application, preferably with genetic algorithms (T. Eisenhammer et al., Appl. Opt. 32 (1993), 6310-6315). However, every other layer is included antireflective properties, which is known to the person skilled in the art Lich. These layers can also serve as a diffusion barrier.

Zur Herstellung der quasikristallinen Schichten können verschiedene bekannte Techniken, wie Aufdampfen, Zerstäuben oder CVD-Verfahren, angewendet werden.Various can be used to produce the quasi-crystalline layers known techniques, such as vapor deposition, atomization or CVD processes, be applied.

Um die Stabilität der quasikristallinen Materialien zu gewährleisten und um den Anteil nicht-quasikristalliner Phasen zu verringern, ist es möglich, das Material im Sinne der Erfindung bei hohen Temperaturen, vorzugs weise im Bereich von 200-900°C, zu tempern.To ensure the stability of the quasi-crystalline materials and in order to reduce the proportion of non-quasi-crystalline phases, it is possible to the material in the sense of the invention at high temperatures, preferably annealing in the range of 200-900 ° C.

Auf Grund der hohen thermischen Stabilität können die erfindungsgemä ßen Strahlungswandler als selektive Absorber in konzentrierenden Syste men, z. B. mit Parabolrinnenspiegeln, eingesetzt werden. Die Absorber schichten werden in diesem Fall auf eine zylinderförmige Röhre aufgetra gen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit liegt in Flach- und Röhrenkol lektoren, die zur Vermeidung von Wärmetransport häufig, aber nicht notwendigerweise, evakuiert sind. Die niedrigen Emissionsgrade lassen die Verwendung von relativ hohen Absorbertemperaturen (200°C und höher) zu. Der Strahlungswandler weist vorzugsweise zur Umwandlung von solarer Einstrahlung in thermische Energie hohe Absorptionsgrade für elektromagnetische Strahlung im solaren Wellenlängenbereich (λ ca. 300- 1200 nm) und hohe Reflexionsgrade für elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich der thermischen Emission (λ < ca. 2000 nm) auf.Due to the high thermal stability, the invention Radiation converters act as selective absorbers in concentrating systems men, e.g. B. with parabolic trough mirrors can be used. The absorbers In this case, layers are applied to a cylindrical tube Another application is in flat and tubular columns proofreaders used to avoid heat transfer frequently, but not necessarily, are evacuated. The low emissivities leave the Use of relatively high absorber temperatures (200 ° C and higher) to. The radiation converter preferably has for converting solar radiation in thermal energy high absorption levels for electromagnetic radiation in the solar wavelength range (λ approx. 300- 1200 nm) and high reflectance for electromagnetic radiation in the Spectral range of the thermal emission (λ <approx. 2000 nm).

Die Verwendung von quasikristallinen Materialien in Form dünner Schichten oder als Bestandteil inhomogener Materialien mit dielektrischer Matrix (Cermet) erlaubt die Herstellung thermisch und chemisch äußerst stabiler; hochselektiver Absorber mit sehr niedrigen hemisphärischen Emissionsgraden. Die Materialkosten sind, da relativ billige Elemente verwendet werden können, niedrig. Bevorzugt sind dies Al-Cu-Fe.The use of quasi-crystalline materials in the form of thinner Layers or as a component of inhomogeneous materials with dielectric Matrix (cermet) allows the production thermally and chemically extremely more stable; highly selective absorber with very low hemispherical Emissivities. The material costs are relatively cheap because of the elements can be used low. These are preferably Al-Cu-Fe.

Die Ausgestaltung des Strahlungswandlers als Emitter in Kombination mit einer Photozelle erlaubt die Konversion von Wärme in Elektrizität ohne Verwendung beweglicher Teile. Interessante Anwendungen in der Kraft werkstechnik und der Automobilindustrie setzen hohe Temperaturen (ca. 900°C) und selektive Eigenschaften des Emitters voraus. Vorzugsweise wird der Strahlungswandler zur Erzeugung infraroter oder sichtbarer elektromagnetischer Strahlung mit elektrischem Strom, durch Verbrennen fossiler Brennstoffe oder durch thermische Ankopplung an heiße gasför mige, flüssige oder feste Medien aufgeheizt.The configuration of the radiation converter as an emitter in combination with a photocell allows the conversion of heat into electricity without Use of moving parts. Interesting applications in power mechanical engineering and the automotive industry set high temperatures (approx. 900 ° C) and selective properties of the emitter. Preferably the radiation converter becomes infrared or more visible electromagnetic radiation with electric current, by burning fossil fuels or by thermal coupling to hot gas heated, liquid or solid media.

Die Erfindung wird nun anhand der Beispiele und den dazu gehörigen Abbildungen erläutert:The invention is now based on the examples and the associated Illustrations explained:

Abb. 1 Darstellung des spektralen Reflexionsgrads eines Strahlungswand lers aus einer einfachen Schicht von Al₇₀Mn₉Pd₂₁ (quasikristalli nes Material) auf einem Kupfer-Substrat. Fig. 1 representation of the spectral reflectance of a radiation wall lers from a simple layer of Al₇₀Mn₉Pd₂₁ (quasi-crystalline material) on a copper substrate.

Abb. 2 Darstellung des Reflexionsgrads eines Strahlungswandlers, der aus einem Schichtsystem aus TiO₂/Al₇₀Mn₉Pd₂₁/Y₂O₃ auf einem Kupfer-Substrat besteht. Fig. 2 shows the reflectance of a radiation converter, which consists of a layer system made of TiO₂ / Al₇₀Mn₉Pd₂₁ / Y₂O₃ on a copper substrate.

Abb. 3 Darstellung des Reflexionsgrads eines Strahlungswandlers, der aus einem Schichtsystem aus Y₂O₃/Al₇₀Mn₉Pd₂₁/Y₂O₃ auf einem Kupfersubstrat besteht. Fig. 3 representation of the reflectance of a radiation converter, which consists of a layer system of Y₂O₃ / Al₇₀Mn₉Pd₂₁ / Y₂O₃ on a copper substrate.

Abb. 4 Darstellung des Reflexionsgrads eines Strahlungswandlers aus einem Cermet, das ein quasikristallines Material (Al₇₀Mn₉Pd₂₁) und HfO₂ als Dielektrikum aufweist, sowie einer zusätzlichen Antireflexionsschicht (AlF_xO_y) auf einem Kupfersubstrat. Fig. 4 shows the reflectance of a radiation converter from a cermet, which has a quasi-crystalline material (Al₇₀Mn₉Pd₂₁) and HfO₂ as a dielectric, and an additional anti-reflection layer (AlF _x O _y ) on a copper substrate.

Abb. 5 Darstellung des Reflexionsgrads eines Strahlungswandlers aus einem Cermet, das Al₇₀Mn₉Pd₂₁ als quasikristallines Material und Y₂O₃ als Dielektrikum aufweist sowie AlF_xO_y als zusätzli che Antireflexionsschicht auf einem Kupfersubstrat. Fig. 5 shows the reflectance of a radiation transducer from a cermet, which has Al₇₀Mn₉Pd₂₁ as a quasi-crystalline material and Y₂O₃ as a dielectric, and AlF _x O _y as an additional anti-reflection layer on a copper substrate.

Abb. 6 Darstellung des Reflexionsgrads eines Strahlungswandlers aus einem Cermet, das Al₇₀Mn₉Pd₂₁ als quasikristallines Material und Al₂O₃ als Dielektrikum aufweist sowie AlF_xO_y als zusätzli che Antireflexionsschicht auf einem Kupfersubstrat. Fig. 6 representation of the reflectance of a radiation converter from a cermet, the Al₇₀Mn₉Pd₂₁ as quasi-crystalline material and Al₂O₃ as a dielectric, and AlF _x O _y as an additional anti-reflective layer on a copper substrate.

Die folgenden Beispielen sollen die Erfindung erläutern, aber keine Beschränkung z. B. bezüglich der Wahl des quasikristallinen Materials, der Dielektrika und Schichtdicken darstellen.The following examples are intended to illustrate the invention, but none Restriction e.g. B. regarding the choice of quasi-crystalline material that Represent dielectrics and layer thicknesses.

Examples

Mit einigen Beispielen werden die der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnisse verdeutlicht. Beispiel 1 zeigt die optischen Eigenschaften einer dünnen quasikristallinen Schicht auf einem hochreflektierenden Metallsubstrat. Die Beispiele 2 bis 6 zeigen selektive Absorber auf der Basis quasikristalliner Materialien.With some examples, those on which the invention is based Insights clarified. Example 1 shows the optical properties a thin quasi-crystalline layer on a highly reflective Metal substrate. Examples 2 to 6 show selective absorbers on the Basis of quasi-crystalline materials.

In der zugehörigen Tabelle sind die solaren Absorptionsgrade für ein AM1.5-Spektrum bei senkrechtem Einfall sowie hemisphärische Emissions grade bei 250°C und 400°C angegeben. Die in der Spalte "Schicht system" in Klammern angegebenen Zahlen sind die jeweiligen Schicht dicken in nm. Für verschiedene Schichtsysteme und Materialkombinatio nen lassen sich solare Absorptionsgrade um 90% bei hemisphärischen Emissionsgraden von ca. 4% (Temperatur 250°C) erreichen.The corresponding table shows the solar absorption levels for a AM1.5 spectrum with vertical incidence and hemispherical emissions specified at 250 ° C and 400 ° C. The column "Layer system "numbers in brackets are the respective layer thicknesses in nm. For different layer systems and material combinations Solar absorption levels can be reduced by 90% in hemispherical Achieve emissivities of approx. 4% (temperature 250 ° C).

example 1

Eine einfache Schicht eines quasikristallinen Materials aus Al₇₀Mn₉Pd₂₁ auf einem Kupfersubstrat weist, bei einer Dicke der Schicht von z. B. 40 nm, einen im Wellenlängenbereich 300 nm bis knapp 2 µm nahezu kon stanten Absorptionsgrad von etwa 55% auf. Für größere Wellenlängen wird das quasikristalline Material transparent, und der Reflexionsgrad steigt durch das unter dem quasikristallinen Material liegende Kupfersub strat stark an, d. h. der Absorptionsgrad nimmt stark ab.A simple layer of a quasi-crystalline material made of Al₇₀Mn₉Pd₂₁ on a copper substrate, with a thickness of the layer of e.g. B. 40 nm, an almost con in the wavelength range 300 nm to almost 2 µm constant absorption of about 55%. For longer wavelengths the quasi-crystalline material becomes transparent, and the degree of reflection rises through the copper sub lying under the quasi-crystalline material was strong, d. H. the degree of absorption decreases sharply.

Der spektrale Reflexionsgrad wird in Abb. 1 gezeigt. Das optische Verhalten anderer quasikristalliner Materialien, wie z. B. Al₆₄Cu₂₂Fe₁₄, ist vergleichbar.The spectral reflectance is shown in Fig. 1. The optical behavior of other quasi-crystalline materials, such as. B. Al₆₄Cu₂₂Fe₁₄, is comparable.

Eine Anwendung besteht in der Erzeugung eines thermischen Emissions spektrums mit reduziertem Infrarotanteil. Bei der Simulation von Sonnen strahlung mit konventionellen, weitgehend grauen Emittern stört der zu hohe Anteil der Emission im infraroten Spektralbereich, der im hier beschriebenen Beispiel weitgehend unterdrückt wird.One application is the generation of thermal emissions spectrum with a reduced infrared component. When simulating suns Radiation with conventional, largely gray emitters bothers high proportion of the emission in the infrared spectral range, which in the here described example is largely suppressed.

Example 2

Der solare Absorptionsgrad einer einzelnen quasikristallinen Schicht ist für solarthermische Anwendungen nicht ausreichend. Der solare Absorp tionsgrad kann z. B. mit einem Schichtsystem aus TiO₂/quasikristallines Material/Y₂O₃ auf einem Kupfersubstrat deutlich erhöht werden.The degree of solar absorption of a single quasi-crystalline layer is not sufficient for solar thermal applications. The solar absorber degree of z. B. with a layer system of TiO₂ / quasi-crystalline Material / Y₂O₃ can be increased significantly on a copper substrate.

Die Abb. 2 zeigt den spektralen Reflexionsgrad eines solchen Schichtsystems (TiO₂/Al₇₀Mn₉Pd₂₁/Y₂O₃). Der solare Absorptionsgrad liegt bei 0,86, während der hemisphärische Emissionsgrad für eine Tem peratur von 250°C bei 0,043 liegt (vgl. Tabelle, Zeile 1). Fig. 2 shows the spectral reflectance of such a layer system (TiO₂ / Al₇₀Mn₉Pd₂₁ / Y₂O₃). The solar degree of absorption is 0.86, while the hemispherical emissivity for a temperature of 250 ° C is 0.043 (see table, line 1).

Example 3

Die optimalen Eigenschaften können auch für Anwendungen bei niedri gen Absorbertemperaturen optimiert werden. Hier ist ein höherer solarer Absorptionsgrad notwendig, während der hemisphärische Emissionsgrad von geringerer Bedeutung ist. Ein Schichtsystem Y₂O₃/Al₇₀Mn₉Pd₂₁/Y₂O₃ auf Kupfer mit den Schichtdicken 60/14/55 nm weist einen solaren Absorptionsgrad von 0,92 auf, der hemisphärische Emissionsgrad bei 100°C ist 0,045. Die Abb. 3 zeigt den spektralen Reflexionsgrad dieses Schichtsystems. The optimal properties can also be optimized for applications at low absorber temperatures. A higher degree of solar absorption is necessary here, while the hemispherical emissivity is of less importance. A layer system Y₂O₃ / Al₇₀Mn₉Pd₂₁ / Y₂O₃ on copper with the layer thicknesses 60/14/55 nm has a solar absorption level of 0.92, the hemispherical emissivity at 100 ° C is 0.045. Fig. 3 shows the spectral reflectance of this layer system.

Example 4

Die optischen Eigenschaften von Cermets aus einem quasikristallinen Material und verschiedenen dielektrischen Materialien sind sehr gut für die Anwendung als selektiver Absorber geeignet.The optical properties of cermets from a quasi-crystalline Material and various dielectric materials are very good for suitable as a selective absorber.

Die Tabelle (Zeilen 2 bis 4) zeigt einige Beispiele für Schichten mit einem Füllfaktor von 30% und einer zusätzlichen dielektrischen Antirefle xionsschicht mit niedrigem Brechungsindex (AlF_xO_y; G.L. Harding, Solar Energy Materials 12 (1985), 169-186). Ein solarer Absorptionsgrad von 0,89 bei einem hemisphärischen Emissionsgrad von 0,037 wird mit einem Cermet mit HfO₂ als Dielektrikum erreicht.The table (lines 2 to 4) shows some examples of layers with a fill factor of 30% and an additional dielectric antireflection layer with a low refractive index (AlF _x O _y ; GL Harding, Solar Energy Materials 12 (1985), 169-186). A solar absorption of 0.89 with a hemispherical emissivity of 0.037 is achieved with a cermet with HfO₂ as a dielectric.

Der spektrale Reflexionsgrad ist in Abb. 4 gezeigt.The spectral reflectance is shown in Fig. 4.

Example 5

Ein solarer Absorptionsgrad von 0,92 bei einem hemisphärischen Emis sionssgrad von 0,042 wird mit einem Cermet mit Y₂O₃ als Dielektrikum erreicht.A solar absorption level of 0.92 with a hemispherical emis Sionssgrad of 0.042 is with a cermet with Y₂O₃ as a dielectric reached.

Der spektrale Reflexionsgrad ist in Abb. 5 gezeigt.The spectral reflectance is shown in Fig. 5.

Example 6

Ein solarer Absorptionsgrad von 0,91 bei einem hemisphärischen Emis sionsgrad von 0,043 wird mit einem Cermet mit Al₂O₃ als Dielektrikum erreicht. A solar absorption of 0.91 with a hemispherical emis Sionsgrad of 0.043 is with a cermet with Al₂O₃ as a dielectric reached.

Der spektrale Reflexionsgrad ist in Abb. 6 dargestellt.The spectral reflectance is shown in Fig. 6.

Tabelle table

Claims

1. Radiation converter for converting electromagnetic radiation into heat (absorber) or heat into electromagnetic radiation (emitter), characterized in that the radiation converter contains at least one quasi-crystalline material.

2. Radiation converter according to claim 1, characterized in that the quasi-crystalline material is thermodynamically stable.

3. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that the quasi-crystalline material two or includes several of the following: aluminum, boron; Chrome, Iron, gallium, germanium, hafnium, carbon, cobalt, copper; Lithium, magnesium, manganese, molybdenum, nickel, niobium, osmium, Palladium, phosphorus; Rhenium, ruthenium, sulfur, silicon, tan Tal, titanium, vanadium, bismuth, tungsten, yttrium, zinc, zircon.

4. Radiation converter according to one of the preceding claims, characterized in that the quasi-crystalline material fulfills one of the following empirical formulas: Al _a Cu _b Fe _c X _d with 8 b 30, 8 c 20, d 12 and a + b + c + d = 100
Al _a Cu _b Co _c X _d with 8 b 25, 10 c 20, d 12 and a + b + c + d = 100
Al _a Pd _b Mn _c X _d with 15 b 30, 7 c 17, d 5 and a + b + c + d = 100
Ga _a Mg _b Zn _c X _d with 30 b 35, 50 c 55, d 5 and a + b + c + d = 100
Al _a Cu _b Li _c X _d with 10 b 15, 25 c 35, d 5 and a + b + c + d = 100
Al _a Cu _b Ru _c X _d with 8 b 25, 10 c 20, d 12 and a + b + c + d = 100

5. Radiation converter according to one of the preceding claims, characterized in that the quasi-crystalline material has the following empirical formula: Al₆₅Cu₂₀Ru₁₅, Al₆₂Cu₂₀Co₁₅Si₃, Al _63.5 Cu _24.5 Fe₁₂, Al₆₄Cu₂₄Fe₁₂, Al₆₄Cu₂₂Fe₁₄, Al₆₀Cu₁₆₅₆₅₆₆gggg₆₀

6. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that an inhomogeneous material is used (a) from quasicrystalline particles in any of any other Materials existing matrix or (b) from particles any other materials in a quasi-crystalline matrix or (c) Cavities in a quasi-crystalline matrix.

7. Radiation converter according to claim 6, characterized in that the Particles or voids in the matrix regularly or irregularly are shaped and volumes in the range of 0.2 nm³ to 10 µm³ exhibit.

8. Radiation converter according to claim 6 or 7, characterized in that the non-quasi-crystalline particles or the non-quasi-crystalline Matrix are or is a dielectric.

9. Radiation converter according to claim 8, characterized in that the Dielectric amorphous carbon; a dielectric oxide, dielek trical nitride, dielectric halide or a dielectric Sulfur compound of any main or sub-group elements; or a mixture thereof.

10. Radiation converter according to one of claims 6-9, characterized records that the particles within the matrix have a fill factor (Volume fraction) in the range of 2-80%.

11. Radiation converter according to one of claims 6-10, characterized records that the fill factor of the particles within the matrix space is varied.

12. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that the quasi-crystalline material or quasi-crystalline particles in the matrix or the quasi-crystalline In addition to the quasi-crystalline phase, the matrix is also amorphous or crystalline line phases contain, whose volume share overall less than 70% lies.

13. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that the quasi-crystalline material or inhomogeneous material containing the quasi-crystalline material in Form of one or more layers with a thickness of 1 nm 1 mm on a substrate.

14. Radiation converter according to claim 13, characterized in that the substrate is a highly reflective metal or an alloy or a thin layer of metal or alloy with a thickness Is 1 nm-1 mm on another substrate.

15. Radiation converter according to claim 14, characterized in that the highly reflective metal aluminum, copper; Silver; Gold, mo is lybdenum, titanium or iron and the alloy is steel or brass is.

16. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that one or more dielectric layers with layers containing quasi-crystalline material one layer form a system.

17. Radiation converter according to claim 16, characterized in that the dielectric layers have thicknesses in the range of 10-1000 nm exhibit.

18. Radiation converter according to claim 16 or 17, characterized net that the dielectric layers of amorphous carbon; a dielectric oxide, dielectric nitride, a dielectric Halide, a dielectric sulfur compound of any major or sub-group elements, or a mixture thereof.

19. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that the layers by evaporation, Zer dusts or CVD (Chemical Vapor Deposition) processes are cash.

20. Radiation converter according to one of the preceding claims, since characterized in that in the manufacture of quasi-crystalline Material or the inhomogeneous material containing the quasi-Kri stalline material tempering steps with temperatures in the range 200-900 ° C can be applied.

21. Radiation converter according to one of claims 13-15, characterized records that the substrate surface is rough, the roughness through a statistical distribution of the deviations from one middle level is marked and the standard deviation this distribution is in the range from 1 to 1500 nm.

22. Use of the radiation converter according to one of the preceding Claims as absorber; characterized in that it is to order Conversion of solar radiation into thermal energy in a collector with or without concentration of solar radiation in flat or other geometry is used.

23. Use according to claim 22, characterized in that the Radiation converter for converting solar radiation into thermal energy high absorption levels for electromagnetic Radiation in the solar wavelength range and high reflection especially for electromagnetic radiation in the spectral range of ther mixing emission.

24. Use of the radiation converter according to one of claims 1-21 as an emitter in combination with a photocell to generate electrical current from heat.