ES2404782A1

ES2404782A1 - Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes para espejos traseros

Info

Publication number: ES2404782A1
Application number: ES201230547A
Authority: ES
Inventors: Christoph Koeckert; Markus Berendt
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-05-28
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: ES2404782B1; DE102011080961A1; US20120263885A1

Abstract

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes para espejos traseros. La invención describe un método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes sobre un sustrato S con al menos una capa dieléctrica transparente y al menos con una capa metálica reflectante. Según el método, la capa dieléctrica, transparente se deposita sobre un sustrato S como capa que contiene óxido de silicio SiOS utilizando un método PVD adecuado, el sustrato S revestido se expulsa posteriormente del vacío y al menos una capa reflectante metálica R se deposita por un método químico en húmedo.

Description

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes para espejos traseros

La invención se refiere, en general, a un método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes para espejos traseros, que se deposita sobre un sustrato, y que comprende al menos una capa reflectante así como al menos una capa que contiene óxido de silicio. La invención se refiere, en particular, a un método para la fabricación de dicho sistema de capas para aplicaciones solares.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de capas reflectantes se han utilizado desde siempre en muchos sectores de nuestra vida, pero hoy en día han adquirido una importancia cada vez mayor, por ejemplo para espejos que ayudan a resolver la cuestión de la energía. Mientras que los espejos para aplicaciones interiores corrientes 'sólo' necesitan reflejar los componentes visibles del espectro de luz, éstos deben reflejar de la mejor manera todo el espectro de la luz solar para nuevas aplicaciones solares, longitudes de onda dentro de un intervalo de aproximadamente 300 a aproximadamente 2500 nm.

Un sistema de capas reflectantes comprende una capa reflectante o varias capas reflectantes que combinadas contribuyen a la alta reflexión deseada. Para aplicaciones solares, esto es en su mayor parte una combinación de una capa de plata y una de cobre, en que la capa de plata está orientada hacia la luz incidente y la capa de cobre actúa como una capa protectora de la plata, pero en el caso de los espesores de capa de plata habitualmente utilizados, no contribuyen a la reflexión. Dependiendo de la aplicación, pueden considerarse otros materiales altamente reflectantes tales como, p. ej., aluminio, oro, plata, cromo, platino o molibdeno.

En el caso de los espejos se puede diferenciar básicamente entre espejos en la cara frontal y espejos en la cara trasera, dependiendo de qué cara del sustrato, referida a la dirección de incidencia de la luz, provoque la reflexión principal. En el caso de los espejos en la cara trasera se trata, por lo tanto, de espejos en los que el revestimiento reflectante se encuentra sobre la cara trasera del sustrato alejada de la luz incidente.

La calidad de un sistema de capas reflectantes, en particular en lo que respecta a aplicaciones solares, viene determinada, entre otros, por el valor de su Reflectancia Solar Total (RST), es decir, su capacidad para reflejar la radiación solar. Este valor viene determinado principalmente por la capacidad de reflexión de su revestimiento, además de las pérdidas de absorción a través del sustrato propiamente dicho. Para conseguir la mayor reflexión posible, se utiliza ventajosamente plata como capa reflectante y un sustrato especialmente bajo en absorción y muy transparente, por ejemplo, denominado vidrio blanco o vidrio solar. En la cara trasera, la capa de plata es rematada entonces con una capa de cobre, que al mismo tiempo sirve también como una capa de interfase para un posible recubrimiento de barniz.

El proceso de fabricación de tales sistemas de capas reflectantes sobre espejos traseros puede describirse habitualmente de la manera siguiente. Después de un adecuado tratamiento previo necesario, que puede comprender el corte en la forma requerida, la molienda, es decir, el amolado de los bordes del sustrato, su curvado y/o templado de los sustratos planos o ya curvados y otras etapas, se pulen y se vuelven a lavar si es necesario. Todavía húmedos, se activan a continuación mediante una solución de dicloruro de estaño que actúa de forma adherente. Posteriormente, la placa pasa por estaciones de recubrimiento, en donde se recubre con plata por via química en húmedo, e inmediatamente después, se recubre con cobre.

Directamente a continuación puede unirse al recubrimiento un barniz o bien diferentes barnices de un sistema de barniz de varias capas. Posteriormente, todo el recubrimiento se seca a continuación a una temperatura de 150°C-200°C. Mediante la fabricación y el secado de la capa de barniz, la estructura morfológica del sistema de capas reflectantes queda congelada en cierta medida.

Dependiendo de las características de absorción del sustrato y de su espesor, espejos con un RST de 93%-94% y un espesor de vidrio solar de 4 mm pueden fabricarse utilizando el método descrito. Este valor es inferior a los valores que pueden obtenerse, que podrían determinarse por cálculos de simulación utilizando datos ópticos tabulados para la plata.

Para la mejora y el ajuste específico de las propiedades ópticas, un sistema de capas reflectantes con frecuencia puede comprender una, la mayoría de las veces varias capas que aumenten la reflexión de un material dieléctrico, de baja absorción. Así, los expertos conocen sistemas de capas alternas de dos y más capas sobre sustratos de vidrio que comprenden al menos una secuencia de capas con una capa dieléctrica con una alto índice de refracción, orientada hacia la luz incidente y una capa dieléctrica transparente con un bajo índice de refracción. Debido a esta función, el sistema de capas alternas está colocado sobre la cara orientada hacia la luz incidente del sistema de capas reflectantes. Por alto índice de refracción en lo que respecta a las aplicaciones solares se entiende un material con un índice de refracción superior a 2,0 y por bajo índice de refracción se entiende un índice de refracción inferior a 1,8, preferiblemente inferior a 1,65.

Breve compendio de la invención

Un objeto de la invención es presentar un método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes mediante el cual pueda conseguirse de manera rentable una mayor reflexión.

Se describe un método que hace uso de los métodos químicos en húmedo conocidos y probados para la deposición de la capa reflectante o de las capas reflectantes con muy buenas características reflectantes, y que combina estas capas con al menos una capa dieléctrica, transparente y que contiene óxido de silicio. Esta última en particular se prefiere como un componente del sistema de capas reflectantes debido a su resistencia química y mecánica. Además, pueden ajustarse muy fácilmente sus propiedades ópticas mediante el procedimiento de deposición y/o sus proporciones de gas reactivo si la deposición tiene lugar utilizando PVD, preferentemente por deposición electrónica, para que el sustrato o una pila de capas ya depositadas sobre el sustrato de varias capas transparentes se cubra mediante la utilización de una capa con contenido en óxido de silicio para esta capa dieléctrica transparente por un material, que tiene las características ópticas, químicas y mecánicas preferidas equiparables a las características del sustrato de vidrio.

Además, la utilización de una capa con contenido en óxido de silicio como capa de base demuestra ser ventajosa, ya que representa una capa de cobertura, que puede servir temporalmente como producto preliminar recubierto mediante PVD y que posibilite una expulsión antes del recubrimiento ulterior.

Con ello se habilita un producto preliminar, que es utilizable de forma muy flexible en relación con el tratamiento posterior, por lo que las etapas siguientes están desconectadas en gran medida de las anteriores. El recubrimiento del sustrato revestido o sin revestir con una capa con contenido en óxido de silicio permite, en particular, la subsiguiente deposición química en húmedo que tiene lugar bajo presión normal de capas o sistemas estratificados reflectantes estructurados de manera diferente, como es conocido por el recubrimiento directo de sustratos. En particular, se constató que una capa reflectante que contiene plata depositada químicamente en húmedo posteriormente, tiene una buena adherencia en contraste con capas de plata depositadas utilizando PVD.

Una comparación de los valores de la RST de un sistema de capas reflectantes fabricado utilizando el método según la invención de un sistema simplemente depositado químicamente en húmedo ha demostrado mejores resultados para el sistema de capas, que para que su deposición combine PVD y métodos de deposición química en húmedo según la reivindicación 1. Se obtuvieron valores de RST dentro del intervalo de hasta un 95%.

El método según la invención permite que tanto la primera como la segunda partes del método, realizadas en vacío, en gran medida puedan variarse y optimizarse por separado. La variación en este caso se refiere, en particular, a la cantidad y secuencia de las capas individuales o pretratamientos opcionales, por ejemplo los materiales utilizados, la adición de capas que favorecen la adhesividad en varios puntos necesarios o beneficiosos, o una secuencia preferida de las capas dieléctricas, transparentes. La optimización se refiere, en particular, a los parámetros del proceso, de modo que se pueden ajustar las propiedades beneficiosas o predefinidas. Por ejemplo, se sabe que el índice de refracción de óxido de silicio puede manipularse mediante las proporciones de oxígeno y nitrógeno o mediante la realización del procedimiento.

Permite también un almacenamiento intermedio entre las dos etapas básicas del método. Dependiendo de las capas que se depositan sobre la capa que contiene el óxido de silicio y, por lo tanto, dependiendo en particular de la capa reflectante, pueden tener lugar también distintos pretratamientos del producto preliminar. Esto es posible antes y/o después de la expulsión del producto preliminar. Por ejemplo, la activación química conocida del producto preliminar puede utilizarse antes de la deposición química en húmedo, por ejemplo mediante una solución de cloruro de estaño u otra solución adecuada para una posterior deposición de la plata. Alternativamente y antes de la expulsión del sustrato, la capa con contenido en óxido de silicio puede recubrirse con una capa adhesiva utilizando métodos PVD. Sólo es necesario un pequeño espesor de capa de dicha capa adhesiva dentro de un intervalo de 5 nm.

También son posibles otros pretratamientos del sustrato solo con el fin de influir positivamente sobre las propiedades de las capas de las capas individuales. Pueden proteger al sustrato antes de una primera deposición sobre su superficie a revestir mediante tratamiento con plasma y/o templado en vacío. O bien , el sustrato es pretratado sobre la superficie a revestir mediante la deposición de una capa adhesiva que aismimso puede tener un espesor menor que 5 nm.

Además, la utilización de una capa que contiene óxido de silicio tiene la ventaja de que esta capa puede ser parte de un sistema de capas alternas transparentes y que aumentan la reflexión, el cual comprende, según una forma de realización de la invención, al menos una capa dieléctrica con una alto índice de refracción orientada hacia la luz incidente, y comprende dicha capa que contiene óxido de silicio como capa con un bajo índice de refracción. Además, son posibles otras secuencias de un sistema de capas alternas con una capa que contiene óxido de silicio como remate.

Breve descripción del dibujo

En lo que sigue se describirá la invención con ayuda de un ejemplo de realización. El dibujo adjunto muestra una forma de realización de un sistema de capas reflectantes de un espejo trasero.

Descripción detallada de la invención

El si&tema de capas reflectantes según la Fig. 1 comprende un sustrato S, orientado hacia la incidencia de la luz. La incidencia de la luz está simbolizada por tres flechas. Como sustrato S pueden utilizarse todos los materiales comunes, por ejemplo vidrio o plástico, también materiales flexibles.

Directamente sobre un sustrato pulido, lavado y secado de vidrio solar, que presenta la absorción más pequeña posible, es decir la mayor transmisión posible, se depositan en vacío las siguientes capas sucesivamente mediante la deposición electrónica con magnetrones sin ningún pretratamiento adicional y con los espesores de capa siguientes:

1.) primera capa HS adhesiva, 0,1 nm, de óxido de titanio (Ti02) 2.) capa dieléctrica, transparente de un sistema de capas alternas WS, con alto índice de refracción, 40 nm, de óxido de titanio (Ti02) 3.) capa (SiOS) dieléctrica, con bajo índice de refracción, transparente y que contiene óxido de silicio de un sistema de capas alternas WS, 60 nm, de óxido de silicio (Si02) 4.) segunda capa HS adhesiva, de aproximadamente 1 nm (preferiblemente < 1 nm), de óxido de estaño impurificado con aluminio (ZAO)

En los ejemplos de realización representados, la deposición de estas cuatro capas se realiza siempre mediante deposición electrónica con magnetrones.

Las capas HS adhesivas se fabrican, en función del objetivo cerámico, con o sin un aporte adicional de oxígeno en modo DC o MF o, en función del objetivo metálico, en un modo completamente reactivo con un aporte de oxígeno en modo MF. Para un recubrimiento reactivo, en función del objetivo metálico, en modo MF, el proceso de deposición electrónica se realiza en modo oxídico. Como resultado, se realiza un plasma particularmente intenso combinado con pequeñas proporciones de deposición electrónica. Esto conduce, durante la deposición directamente al sustrato S, a una distancia mejorada constantemente al agua unida a la superficie del sustrato y en una realización optimizada, a una primera capa HS adhesiva suficientemente delgada. Además, las impurezas carbonosas, que normalmente tienen un efecto negativo sobre la adherencia, se oxidan a CO2 gaseoso, que puede evacuarse a través de las bombas de vacío. Siempre que la capa dieléctrica, transparente con un alto índice de refracción, del sistema de capas alternas WS, como en este ejemplo de realización, consista en Ti02 o en material comparativamente muy adhesivo, puede omitirse la primera capa HS adhesiva.

Las capas del sistema de capas alternas WS se depositan, en una forma de realización del método, en el modo MF reactivo. Como resultado, la capa dieléctrica con un alto índice de refracción se deposita del objetivo metálico en modo MF totalmente reactivo con aportación de oxígeno. Alternativamente, también puede depositarse de un objetivo cerámico con una pequeña aportación adicional de oxígeno en modo MF.

En el caso de un revestimiento reactivo del objetivo metálico en modo MF, el proceso de deposición electrónica puede ser hecho funcionar, por una parte, en modo oxídico. Como alternativa en el caso de un revestimiento reactivo de un objetivo metálico en modo MF, el proceso de deposición electrónica puede hacerse funcionar de manera controlada dentro del intervalo de transición entre el intervalo oxídico y el metálico en un modo denominado de transición. Este intervalo es característico de una libertad de absorción en cantidades de revestimiento significativamente mayores a través de una elección adecuada del punto de trabajo en comparación con el modo oxídico.

Como consecuencia, la capa dieléctrica de Si02 con un bajo índice de refracción es depositada del objetivo metálico en modo MF completamente reactivo con aportación de oxígeno, o en modo de transición regulado por voltaje. El punto de trabajo del proceso de deposición electrónica se ajusta con ello utilizando el voltaje del proceso y se coloca por encima de la aportación de oxígeno. De esta manera, se obtienen cantidades de recubrimiento significativamente mayores a presiones parciales de oxígeno menores que en el modo oxídico totalmente reactivo.

El sistema de capas alternas se complementa con una capa HS adhesiva más delgada, que es depositada en el modo DC o MF por el objetivo cerámico sin o con sólo una pequeña aportación adicional de oxígeno. La capa, creada de esta forma, sirve como una capa adhesiva entre el Si02 dieléctrico y la capa reflectante R que se ha de aplicar a continuación. No es necesario que esta capa tenga una superficie cerrada. Puede entenderse como una capa denominada incipiente. Por esta razón, son suficientes en este caso espesores de capa muy pequeños. Suelen estar por debajo de 5 nm, preferiblemente menores de 1 nm.

Para la deposición de la capa reflectante R, el sustrato recubierto se expulsa seguidamente del vacío, y utilizando un método químico en húmedo conocido, se depositan sucesivamente las capas siguientes:

5.) capa reflectante metálica R, de plata (Ag); 6.) capa reflectante metálica funcional F, de cobre (Cu).

La incidencia de la luz tiene lugar en la Fig. 1 a través del sustrato S, de modo que la capa reflectante metálica R está orientada hacia la incidencia de la luz en comparación con la capa reflectante metálica funcional F.

El sistema de capas según la Fig. 1 fue recubierto, por la cara alejada de la incidencia de la luz, con un barniz, que en el ejemplo de realización tiene tres capas de barniz L 1, L2, L3, por fuera de la instalación de vacío y posteriormente se secó. Alternativamente, son posibles también capas de barniz individuales u otros sistemas de barniz.

En el ejemplo de realización descrito, una superficie O pretratada del sustrato S se genera por deposición de la primera capa HS adhesiva. Un pretratamiento de la superficie del sustrato S que ha de revestirse puede tener lugar alternativamente también mediante una corriente directa (DC) o descarga luminiscente de frecuencia media (MF), que la mayoría de las veces se conectada en una atmósfera enrarecida de gas, que puede contener Ar, 02, N2, CDA (aire seco comprimido) o mezclas arbitrarias de éstos, a una presión de 2 -5 X 10.2.

Puede omitirse también la primera capa HS adhesiva o un pretratamiento, de modo que la capa con contenido en óxido de silicio o el sistema de capas alternas, en la forma de realización arriba descrita, se depositan directamente sobre el sustrato S. Esto es posible, por ejemplo, si en el caso de la primera capa que ha de depositarse sobre el sustrato S del sistema WS de capas alternas se trata de óxido de titanio o de un material comparativamente muy adhesivo.

También, la segunda capa HS adhesiva es opcional, ya que la capa SiOS que contiene óxido de silicio, que remata el sistema WS de capas alternas, tiene una buena estabilidad mecánica y química y, por lo tanto, es adecuada para la expulsión y el tratamiento posterior del sustrato S que tiene lugar en condiciones atmosféricas.

Otro ejemplo de realización, por tanto, puede tener la siguiente estructura de capas del sistema reflectante de capas en un vidrio lavado como sustrato:

1.) capa dieléctrica, transparente con una alto índice de refracción de un sistema WS de capas alternas, de óxido de titanio (Ti02)

2.) capa (SiOS) dieléctrica, transparente y que contiene óxido de silicio con un bajo índice de refracción de un sistema WS de capas alternas, de óxido de silicio (Si02)

3.) capa HS adhesiva, de óxido estaño impurificado con aluminio (ZAO)

4.) capa reflectante metálica R, de plata (Ag);

5.) capa reflectante metálica funcional F, de cobre (Cu)

6.) sistema de barniz de triple capa L 1-L3.

También, puede omitirse la capa HS adhesiva en este sistema de capas reflectantes.

Alternativamente, puede tener lugar también una activación química de la superficie de la capa SiOS que contiene óxido de silicio por el método conocido, utilizando una solución que actúa como adhesivo, p. ej. dicloruro de estaño, como se conoce por métodos ejecutados puramente por vía química en húmedo.

Como resultado se obtiene, por ejemplo, la siguiente estructura en capas del sistema de capas reflectante sobre un vidrio lavado como sustrato:

1.) capa dieléctrica, transparente con un alto índice de refracción de un sistema WS de capas alternas, de óxido de titanio (Ti02)

2.) capa (SiOS) dieléctrica, transparente y que contiene óxido de silicio con un bajo índice de refracción de un sistema WS de capas reflectantes, de óxido de silicio (Si02)

3.) primera capa HS adhesiva, de óxido de estaño impurificado con aluminio (ZAO) 4.) segunda capa HS adhesiva por activación quimica con dicloruro de estaño

5.) capa reflectante metálica R, de plata (Ag);

6.) capa reflectante metálica funcional, de cobre (Cu)

7.) sistema de barniz de triple capa L 1-L3.

La capa ZAO-adhesiva HS puede omitirse también en este sistema de capas reflectantes, en este caso la primera capa HS adhesiva.

Con cada uno de los sistemas de capa opcionales descritos anteriormente, es posible un tratamiento posterior utilizando deposición química en húmedo de una o varias capas reflectantes siguientes en condiciones atmosféricas. El procesamiento ulterior puede tener lugar directamente después de la expulsión o después de un almacenamiento de los sustratos S recubiertos.

Además, los materiales utilizados para la capa R reflectante y la capa F funcional, reflectante pueden desviarse de la plata o del cobre como aquí se indica. Para la capa R reflectante pueden utilizarse también otros metales tales como aluminio, oro, platino o una aleación, que contiene al menos uno de los materiales mencionados. Todos los metales mencionados tienen una reflexión comparativamente alta, en particular solar, eventualmente para determinadas longitudes de onda tal como para oro y platino y, por lo tanto, son adecuados para el sistema de capas reflectantes.

Como capa F reflectante metálica funcional se consideran materiales tales como cobre, níquel, cromo, acero inoxidable, silicio, estaño, cinc o una aleación, que contiene al menos uno de los metales mencionados. Por medio de estos materiales, pueden combinarse las características reflectantes con protección mecánica ylo química.

Para otras aplicaciones que no sean las solares, se consideran también otros materiales reflectantes, sin una influencia directa sobre los procesos de tratamiento previo y revestimiento precedentes.

También, para la capa de dieléctrica con un alto índice de refracción del sistema de capas alternas, pueden utilizarse diversos materiales, p. ej., también óxido de niobio (Nb205).

Para la capa HS adhesiva pueden utilizarse como alternativa también otros materiales, p. ej., un material de un grupo de óxidos que comprenden ZnOx, SiOx, SnOx, TiOx o ZrOx, en los que x ::; 2.

Dependiendo de la calidad del vidrio (absorción) y del espesor, pueden fabricarse espejos con una RST según la norma ISO 9050:2003 de hasta un 95% utilizando el sistema de capas según la invención, p. ej. según los ejemplos de realización anteriores y el método de fabricación por ejemplo con un espesor de vidrio solar de 4 mm.

Lista de símbolos de referencia

S: sustrato

5: O superficie pretratada

HS: capa adhesiva

SiOS: capa con contenido en óxido de silicio

WS: sistema de capas alternas

R: capa de reflexión metálica

10: F capa metálica reflectante funcional

L1-L3: capas de barniz de un sistema de barniz

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes para un espejo trasero sobre un sustrato (S) con al menos una capa dieléctrica, transparente, y al menos una capa metálica reflectante, caracterizado porque la capa dieléctrica, transparente como capa que contiene óxido de silicio (SiOS) se deposita sobre un sustrato

(S) por medio de un método adecuado de deposición física con vapor (PVD),el sustrato (S) revestido se expulsa seguidamente del vacío y se deposita al menos una capa reflectante (R) metálica utilizando un método químico en húmedo.
2.

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie libre de la capa que contiene óxido de silicio (SiOS) después de la expulsión del sustrato (S) y antes de la deposición de una capa reflectante (R) se activa químicamente.
3.

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa que contiene óxido de silicio (SiOS) antes de la expulsión del sustrato (s) se recubre con una capa adhesiva (HS) con un espesor inferior a 5 nm utilizando un método PVD.
4.

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se pretrata el sustrato (S) sobre la superficie a revestir utilizando tratamiento con plasma y/o templado al vacío.
5.

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sustrato (S) sobre la superficie a revestir utilizando deposición de una capa adhesiva (HS) con un espesor dentro de un intervalo inferior a 5 nm.
6.

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque sobre el sustrato (S) se deposita un sistema de capas alternas CNS) utilizando un método de PVD, que comprende al menos una secuencia de capas con una capa dieléctrica que tiene un alto índice de refracción y una capa dieléctrica que tiene un bajo índice de refracción, en el que la capa que contiene óxido de silicio (SiOS) presenta el índice de refracción más bajo y el sistema de capas alternas CNS) remata en la cara alejada del sustrato (S).
7.

Método para la fabricación de un sistema de capas reflectantes según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque después de la capa reflectante (R) se deposita una capa metálica, reflectante funcional (F) de manera química en húmedo.