(57)【要約】本発明は、太陽光吸収体コンポーネント（１０）上に選択的吸収コーティング（３）を作製する方法であって、下記方法工程：金属表面を有する基体（１）を準備する工程；金属表面の内表面を決定する工程；この内表面に応じて吸収コーティングを作製するのに必要な単位面積当たりの電荷量を決定する工程；第１工程で基体（１）の金属表面を直流陽極処理し、多孔性酸化物層を形成し、かつ第２工程で酸化物層の細孔を交流着色処理することによって（ここで、直流陽極処理及び交流着色処理は、内表面からそれぞれの工程のために決定された単位面積当たりの電荷量に達するまで行なわれる）、電解で吸収コーティング（３）を作製する工程（ここで、直流陽極処理のための単位面積当たりの電荷量ρＡと、交流着色処理のための単位面積当たりの電荷量ρＰとの比ρＡ／ρＰ＝０．６５〜０．８である）；を含む方法に関する。さらに、本発明は、この方法に従って作製された太陽光吸収体コンポーネント（１０）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光吸収体コンポーネント（１０）上に選択的吸収コーティングを作製する方法であって、下記方法工程：
−金属表面を有する基体（１）を準備する工程、
−前記金属表面の内表面を決定する工程、
−前記内表面に応じて前記吸収コーティングを作製するのに必要な単位面積当たりの電荷量を決定する工程、
−第１工程で基体（１）の前記金属表面を直流陽極処理し、多孔性酸化物層を形成し、かつ第２工程で前記酸化物層の細孔を交流着色処理することによって（ここで、前記直流陽極処理及び交流着色処理は、前記内表面からそれぞれの工程のために決定された前記単位面積当たりの電荷量に達するまで行なわれる）、電解で吸収層（３）を作製する工程
（ここで、前記直流陽極処理のための単位面積当たりの電荷量ρＡと、前記交流着色処理のための単位面積当たりの電荷量ρＰとの比ρＡ／ρＰ＝０．６５〜０．８である）
を含む方法。
【請求項２】
前記基体（１）が、金属コンポーネント、特に板状又は管状コンポーネントであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基体（１）が、接着促進金属表面層（２）を有する金属コンポーネント、特に鋼又はステンレス鋼コンポーネントであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接着促進金属表面層（２）がアルミニウム又は銅層であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基体が、ロール・ボンドプロセスで２つの金属シートから作製された膨張したクッション吸収体であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記基体（１）を円筒状に形成し、かつアルミニウム又は銅管を引っ張って被せることによって前記接着促進層を与えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記基体が箔状であり、特にアルミニウム又は銅箔として形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基体がガラス基体、特にＴＣＯコーティングされたガラス基体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基体材料の金属表面の内表面を原子間力顕微鏡を用いて決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記基体表面上に直流陽極処理によって析出される前記吸収層がＡｌ２Ｏ３又は酸化銅層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
Ｎｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ及びＳｎから成る群より選択される金属を用いて前記交流着色処理を行なうことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
太陽光吸収体コンポーネント（１０）を円筒状に形成し、電解質（２０）を満たした容器（３０）内に立位で位置づけた太陽光吸収体コンポーネント（１０）を用いて吸収層（３）を電解で作製し、円筒状の太陽光吸収体コンポーネント（１０）を、周囲の円筒状の対電極（４０）に対して同軸性に配置することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
太陽光吸収体コンポーネント（１０）を円筒状に形成し、電解質（２０）を満たした容器（３０’、３０”）内に横臥位で位置づけた太陽光吸収体コンポーネント（１０）を用いて吸収層（３）を電解で作製し、円筒状の太陽光吸収体コンポーネント（１０）を、本質的に円筒状の内表面を有する樋形の対電極（４０’、４０”）に対して本質的に同軸性に配置することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記円筒状の太陽光吸収体コンポーネント（１０）を、その外周に関して一部だけ電解質（２０）に浸漬することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
電解で作製された吸収層（３）上に透明の反射防止層（４）を与えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記反射防止／保護層（４）を、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、酸化セリウム、ケイ酸ナトリウム、ＳｉＯ２、ＳｉＯ２／ＳｎＯ２又は熱分解ＳｎＯ２若しくはＦ：ＳｎＯ２（ＦＴＯ又はフッ素ドープ酸化錫）から成る群より選択される材料から形成することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基体（１）が、アルミニウム又は銅ストリップ（Ｃ）或いはロール・ツー・ロールプロセスでコーティングされるアルミニウム又は銅コーティングでコーティングされた鋼ストリップ（Ｃ＊）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法で作製された太陽光吸収体コンポーネント（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光吸収体コンポーネント上に選択的吸収コーティングを作製する方法及びこの方法に従って作製された太陽光吸収体コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の供給がますます乏しくなるにつれて、工業国が自国のエネルギー供給を確保するときに太陽エネルギーの使用がますます重要視されている。
【０００３】
太陽放射線のエネルギーは、光起電力によって直接電気エネルギーに変換可能である。太陽エネルギーのさらなる使用は、温水及び太陽熱発電所用の通常の太陽熱平板式集光器の操作を必要とする（集光型太陽熱発電、ＣＳＰ）。これらの発電所では、集束反射鏡表面が吸収体表面上に入射太陽光を集中させ、次に吸収体表面が熱伝達媒体、例えば熱媒油又は過熱蒸気と接触してそれを加熱する。吸収体内でさらに加熱された蒸気又はその後にさらに供給された熱交換器内で、加熱された熱媒油によって生成された蒸気は、既知のやり方で、タービン又はタービンに接続された発電機を駆動して電気を発生させる。熱貯蔵は、日の特定の時間とは事実上無関係に電気を発生させることを可能にする。
【０００４】
いわゆるパラボリック・トラフ式発電所は、特殊なタイプの太陽熱発電所を形成する。これらは複数のパラボリック・トラフ式集光器を含み、これらの集光器は、断面が放射線状に形成された鏡セグメントから成る４００メートルまでの長さのトラフから成り、その火線内には、真空断熱吸収体管、いわゆるレシーバが配置され、これらのレシーバは、太陽放射線の集束の結果として放射線強度の８０倍までにさらされる。太陽に対して最適位置を常に占有できるように、太陽の日内変動に応じてトラフを再配置することができる。
【０００５】
パラボリック・トラフ式発電所の効率に関しては、鏡の任意の精度に加えて、太陽放射線を熱に変換し、かついずれの場合も約４メートルの長さであり、ガラスエンベロープによって真空気密断熱されているレシーバが重要な役割を果たす。レシーバは、コーティングされた高度に透明かつ頑強なホウケイ酸ガラスから成るケーシング管と、ケーシング管によって封入されている鋼製吸収体管とを含み、かつできる限り多くの太陽放射線を吸収することができ、熱放射としてはほとんど放出しない。鋼管とケーシング管の熱膨張係数が異なるため、ケーシング管を鋼ベローズで保持しなければならない。最大の太陽放射線吸収及び最小限の放出にとって吸収体管表面の安定した高度選択的コーティングが重大である。これは、太陽放射線のエネルギーの実質的部分が含まれる０．３〜２．５μｍの波長範囲（吸収体表面の作動温度に依存する；平板集光器の場合Ｔ＝１００℃で２．５μｍまで、ＣＳＰ発電所の場合Ｔ＝２５０〜４００℃で１．２μｍまで）の放射線を吸収できなければならない。対照的に、再び放出される４．０〜５０μｍの波長範囲の不安定な熱放射線は、できる限り低く維持すべきである。さらに、熱放射率εは熱的に安定していなければならない。
【０００６】
製造方法は、例えば種々のデザインの太陽平板集光器のコンポーネントとして吸収体コンポーネントのための実践から知られている。従って、アルミニウムから成る板状要素の形の太陽エネルギー吸収体の作製方法が特許文献１から知られている。この文献では、板状要素の一面に、微細孔のあるアルミニウム層を陽極酸化によって作製し、第２の方法工程で金属、例えばニッケル、コバルト、銅、鉄、錫、銀又は亜鉛の電解析出によって微細孔を着色処理する。引き続きアルミニウム表面を微細孔内の金属顔料の析出で陽極処理することによって、０．３〜２．５μｍの波長範囲で高い吸収が得られ、比較的熱放射は少ない。さらに、太陽エネルギー吸収体は腐食に対して効率的に保護される。
【０００７】
しかしながら、可視スペクトル範囲内の吸収のために正確に定めるべき層厚は、正確に一定に維持された周囲条件、すなわち、一定温度、一定圧力及び一定電解質濃度下でしか得られないことが判明している。工業条件下で作製を行なうと常に起こり得る温度変動は、同一基体材料でさえ、層厚の目に見える変動につながり、それゆえに、異なる吸収挙動及び異なる光学的色印象をもたらす。
【０００８】
前述した太陽光吸収体コンポーネント上の吸収層の電解作製に加えて、該層は例えば物理蒸着（ＰＶＤ）等の既知のコーティング方法を用いて真空中で作製することもできる。しかしながら、該方法は非常に高い技術的努力と費用を必要とし、数メートルの長さを有する吸収体管又はプレート製品では一般にもはや工業規模で経済的に製造することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第２８５０１３４（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これを出発点とみなして、本発明の目的は、太陽光吸収体コンポーネント上に選択的吸収コーティングを作製する方法であって、その方法を利用して、異なるジオメトリの金属表面上に、特に管状コンポーネント上、プレート製品上、並びにコイル製品上にも、商業規模で高い再現性及び最大の吸収能ひいては最適の有用性で高度選択的吸収層を作製できる方法を特定することである。本発明の実施に伴う投資コストは低くなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、本発明により太陽光吸収体コンポーネント上に選択的吸収コーティングを作製する方法で達成される。この方法は下記方法工程：
−金属表面を有する基体を準備する工程、
−金属表面の内表面を決定する工程、
−内表面に応じて吸収コーティングを作製するのに必要な単位面積当たりの電荷量を決定する工程、
−第１工程で基体の金属表面を直流陽極処理し、多孔性酸化物層を形成し、かつ第２工程で酸化物層の細孔を交流着色処理することによって（ここで、直流陽極処理及び交流着色処理は、内表面からそれぞれの工程のために決定された単位面積当たりの電荷量に達するまで行なわれる）、電解で吸収層を作製する工程
（ここで、直流陽極処理のための単位面積当たりの電荷量ρＡと、交流着色処理のための単位面積当たりの電荷量ρＰとの比ρＡ／ρＰ＝０．６５〜０．８である）
を含む。
【００１２】
本発明の方法の特定の利点は、高い精度及び最高度の再現性で金属基体表面上に選択的吸収層を作製できることである。金属基体表面の予め決定した内表面に応じて吸収コーティングの作製に必要な単位面積当たりの電荷量を決定することによって、例えば空気の温度及び圧力並びに電解質の温度及びその中のイオン濃度のような完全には抑制できない周囲条件の変動がコーティング結果に悪影響を及ぼさないようにすることができる。上に述べたように、本発明の製法における出願人による調査は、日の異なる時間、すなわち、わずかに異なる温度で完全に同一の基体表面上における選択的吸収層の作製は、既にコーティングに目に見える差異をもたらし、ひいては異なる層厚、それに応じて不均一な吸収挙動をもたらすことを示した。
【００１３】
ファラデーの法則（この法則によれば、材料の電荷量及び電解変換ひいては層作製が相互の関連で厳密に比例する）を検討することによって、外部の周囲パラメータに無関係な均一かつ再現性のある層成長を確実にする。ここで、所要の電荷量は内表面に応じて決まり、内表面は基体の微視的組成に応じてその巨視的に決定できる表面とは異なり得る。
【００１４】
本発明によれば、第１工程で基体の金属表面を陽極処理し、多孔性酸化物層を形成することによって電解で吸収層が作製される。このような陽極処理法（「エロキサダイジング（eloxadizing, Eloxieren（英、独訳））」は、特にアルミニウム表面を用いて、何年もの間、工業規模で使用されてきたので、何の問題もなく商業的に多孔性酸化層を作製するのに適している。アルミニウム表面の場合、表面を陽極処理することによって、例えば、Ａｌ２Ｏ３層が作製される。銅の場合、これは酸化銅層である。本発明によれば、第２工程で、酸化物層の細孔の交流着色処理が行なわれる。ここで、直流陽極処理及び交流着色処理は、内表面からそれぞれの工程のために決定された単位面積当たりの電荷量に達するまで行なわれ、その後、中断される。この二段階電解プロセスを用いて、優れた吸収特性を有し、比較的技術的努力及び費用が少ない、いわゆる「サーメット」層（セラミック金属）として基体表面上に再現性のある高品質の吸収体層が作製される。交流の基礎を成す交流電圧は、経時的に特に正弦的、矩形的又は非対称的に流れ得る。直流コンポーネントを交流に適用することもできる。周波数も固定されない。従って、特に、５０Ｈｚの電力周波数で交流着色処理を行なうこともできる。最後に、陽極処理の電荷密度と着色処理の電荷密度の比は、太陽光吸収係数αを定義する。驚くべきことに発明者らが発見したように、太陽放射線エネルギーを熱に変換すると、太陽光吸収体コンポーネントの最適の有用性、ひいては最大のプロセス効率を与える吸収係数α＞９０％が比ρＡ／ρＰ＝０．６５〜０．８で得られる。
【００１５】
本発明の方法の第１実施形態によれば、基体は金属コンポーネント、特に板状又は管状コンポーネントであってよい。その一方で、ロール・ボンドプロセスで作製されたアルミニウムクッション吸収体として基体を形成することができる。さらに、ロール・ツー・ロールプロセスでコイル製品を作製することができる。実際のところ、非金属基体材料、例えば、金属表面を有するプラスチックを使用することもできる。確立されたプロセスは、例えば電気めっきプラスチックコーティング又はプラズマコーティングである。本発明の方法を用いてガラス基体を高度に選択的にコーティングすることもできる。出願人が行なった試験では、透明な伝導性酸化物層（ＴＣＯ）、ここでは特にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、フッ素錫酸化物（ＦＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）及びアンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）でコーティングされたガラス表面が特に好適であることが判明した。
【００１６】
さらに、基体材料は箔状であってよく、特にアルミニウム箔として形成することができる。
【００１７】
選択的吸収コーティングが基体ベースにしっかり接着することを確実にするため、本発明の方法のさらなる実施形態によれば、基体が接着促進層を備えることに関する規定が設けられる。基体材料の組成に応じて異なる接着促進層を適用することができる。好ましくは、アルミニウム又は銅の層を接着促進層として使用する。これらの元素は赤外範囲の高度の反射及び優れた熱伝導度を有するからである（熱伝導度λＣｕ＝２３０〜４００Ｗ／ｍ×Ｋ；λＡｌ＝２３０〜４００Ｗ／ｍ×Ｋ）。
【００１８】
基体材料が例えば、円筒状コンポーネント、特に鋼管の場合、アルミニウム管を引っ張って被せることによって鋼管上に接着促進層を与えることもできる。このためには、鋼管の外径よりわずかに小さい内径の薄壁アルミニウム管を使用する。加熱すると、アルミニウム管を引っ張って鋼管に被せることができ、冷却後に鋼管との非常に堅い結合を形成する。アルミニウム管の代わりに、銅管を用いて引っ張って鋼管に被せることもできる。銅管は、後の使用においてＣＳＰレシーバ内で＞５２０℃の温度を発生させ得るという利点を有する。当然に、基体材料上に接着促進層を沈着させるために他の方法、特に真空法を使用することもできる。その一方で、アルミニウム又は銅の固体材料から成るコンポーネントを使用することもできる。
【００１９】
本発明の教示によれば、太陽光吸収体コンポーネント上の吸収層の電解作製に必要な電荷量は基体の内表面に応じて決まる。内表面、すなわち、基体の微視的表面は、例えば、顕微鏡スケールでの機械的走査によって、好ましくは原子間力顕微鏡によって決定可能である。このために、例えば、１０×１０μｍ２又は５０×５０μｍ２の代表的表面セクションを走査する。
【００２０】
本発明によれば、吸収層は第１工程で基体表面を直流陽極処理することによって作製される。この直流陽極処理は、内表面から決定された単位面積当たりの電荷量に達するまで行なわれ、その後それに応じて中断される。陽極処理中の表面積電荷密度ρＡは熱放射率εに正比例する。実験的に、出願人は下記関係：ε［％］＝５×ρＡ［Ｃ／ｃｍ２］＋ε基体［％］（式中、εは陽極処理表面の放射率を表し、ε基体は基体の放射率を表す）を見い出した。アルミニウム又は銅が基体材料として適格である。文献から材料定数としてそれらの放射率を利用することができる（εアルミニウム＝２．３％及びε銅＝２．９％）。
【００２１】
本発明によれば、第２工程で、酸化物層の細孔の交流着色処理が行なわれる。このとき直流陽極処理及び交流着色処理は、内表面からそれぞれの工程のために決定された単位面積当たりの電荷量に達するまで行なわれる。陽極処理層を着色処理するために種々の金属を使用することができる。Ｎｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ及びＳｎから成る群より選択される金属を用いて交流着色処理を行なうのが好ましい。
【００２２】
異なる戦略を利用して、コーティングすべき太陽光吸収体コンポーネントのジオメトリに応じて吸収層を電解で作製することができる。非平面表面（膨張したチャネルのため）を有するロール・ボンド吸収体を板製品又は箔と全く同じようにコーティングすることができる。本方法の特に有利な実施形態によれば、太陽光吸収体コンポーネントを円筒状に形成し、電解質を満たした容器内に立位で位置づけた太陽光吸収体コンポーネントを用いて吸収層を電解で作製し、円筒状の太陽光吸収体コンポーネントを周囲の円筒状の対電極に対して同軸性に配置する。
【００２３】
或いは、円筒状に形成した太陽光吸収体コンポーネントを、電解質を満たした容器内に横臥位で配置することができる。この場合、円筒状の太陽光吸収体コンポーネントは、本質的に円筒状の内表面を有する樋形の対電極に本質的に同軸性に配置される。ここで、円筒状の太陽光吸収体コンポーネントをその外周に関して全体的又は部分的に電極に浸漬することができる。従って、一部だけ電極に浸漬する場合、円筒状の太陽光吸収体コンポーネントの電極に浸漬された外周セクション上にのみ吸収層が電解で作製される。円筒状の太陽光吸収体コンポーネントをパラボリック・トラフ式集光器内のレシーバとして（又はレシーバ管内の吸収体管として）設ける場合、当然のことながら、コーティングされた外周セクションをトラフ形の鏡セクションに面して配置し、非コーティングセクションを太陽に面して配置する。
【００２４】
特にアルミニウム又は銅製のコイル製品は、ロール・ツー・ロールプロセスを利用して高度に選択的にコーティング可能である。このためには、１つの構成によれば、コイル材料を４つの浸漬タンクを通して連続的に引抜き加工する。第１浸漬タンクで材料をきれいにし、第２タンクで直流陽極処理によって多孔性酸化物層を形成し、第３浸漬タンクでコイル材料から陽極処理電解質を除去し、最後のタンクで交流着色処理を行なう。
【００２５】
第１代替法によれば、コイル材料を地電位に接続し、対電極を対応電位（陽極処理では直流電圧、着色処理では交流電圧）に接続する。第２代替法によれば、陽極処理の直流電圧をコイル材料に印加し、着色処理交流電圧と陽極処理電圧の合計電位で着色処理を行なう。出願人による試験は、両方とも何の問題もなく達成可能であることを立証した。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態によれば、電解作製された吸収層上に最後に透明な反射防止層を与えることができる。これは、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＯ２／ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、酸化セリウム、ケイ酸ナトリウム、又は熱分解ＳｎＯ２若しくはＦ：ＳｎＯ２（ＦＴＯ又はフッ素ドープ酸化錫）から成る群より選択される材料から形成可能である。この層は、反射による損失を食い止め、かつさらに大気水分及び大気汚染から保護するための透明薄層として役立つ。それにより、埋め込まれた金属粒子を酸化又は「ヒドロキシド化」から保護することによって層の分解をも防止する。さらに、表面粗さを減らし、表面をきれいにしやすくする。
【００２７】
本発明のさらなる態様は、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法により作製された太陽光吸収体コンポーネントに関する。
【００２８】
この太陽光吸収体コンポーネントの利点については上記説明を参照されたい。
【００２９】
以下、例示実施形態を示す図面の助けを借りてさらに詳細に本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】パラボリック・トラフ式集光器用の選択的吸収コーティングを備えた吸収管の断面図を示す。
【図２】図１の吸収管の高度選択的吸収コーティングの組織的に配列した詳細図を示す。
【図３】未着色、着色及び過剰着色状態の選択的吸収コーティングの細孔を示す。
【図４】選択的吸収コーティングの反射率を百分率で示す。
【図５】電荷制御下で選択的吸収コーティングを作製するための直流陽極処理の電流特性曲線を示す。
【図６】電荷制御下で陽極処理することによって作製されたコーティングの交流着色処理の電流特性曲線を示す。
【図７】第１実施形態の吸収管を電解コーティングするための装置を示す。
【図８】第２実施形態の吸収管を電解コーティングするための装置を示す。
【図９】第３実施形態の吸収管を電解コーティングするための装置を示す。
【図１０】ロール・ツー・ロールプロセスを用いてコイル製品上に選択的吸収コーティングを与えるための装置を示す。
【図１１】ロール・ツー・ロールプロセスを用いてコイル材料上に選択的吸収コーティングを与えるための装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１には、パラボリック・トラフ式集光器用の選択的吸収コーティングを備えた吸収管１０を断面図で示してある。ここで、基体材料の厚さに対する個々の層のそれぞれの厚さは、明瞭さのため、縮尺比に従って表していない。
【００３２】
図１の吸収管１０は鋼管１を含み、この鋼管１にはその外表面上に接着促進層２が設けられている。これは、好ましくはアルミニウム又は銅層であり、好ましくは鋼表面上に電解析出される。接着促進層は完全に無孔性でなければならないので、ここでは電解析出層の最小厚が８〜１０μｍであると好ましい。
【００３３】
鋼管１が、多孔性表面のある低い表面品質の鋼管である場合、まず最初に、側方に成長する金属層（例えばニッケル）の電解析出によって表面上の細孔を電解で閉じ、引き続きアルミニウム接着促進層を電解析出させることは道理にかなっている。或いは、薄いアルミニウム管（例えばＡｌＭｇ３）又は銅管を引っ張って鋼管に被せることができる。ここでは、その外径が鋼管の外径よりわずかに小さいアルミニウム又は銅管を加熱し、引っ張って鋼管に被せる。冷却後、非常に固い材料結合が生じる。
【００３４】
接着促進層の電解析出に加えて、この層を真空プロセス、例えばＰＶＤで与えることもできる。ここで、接着促進層は絶対的に細孔がないことに注意しなければならない。
【００３５】
さらに、言うまでもないが、当然に、鋼管の代わりにアルミニウム又は銅管を使用することもできる。銅管の利点は、それらを用いて＞５２０℃の表面温度を達成できることである。
【００３６】
基体が板状である太陽光吸収体コンポーネントの実施形態は図示していない。特にアルミニウム又は銅箔の形の箔状基体も図示していない。この箔は、０．０５及び０．２ｍｍの典型的厚さを有し得る。出願人による試験が示したように、家庭用アルミニウム箔でさえ、本発明の方法を用いて選択的にコーティングすることができる。
【００３７】
選択的吸収コーティング３を接着促進層２の上に与える。本コーティング３の吸収特性の選択性のため、太陽放射線の主要部分は０．３〜２．５μｍの波長範囲にかなり吸収されるが、太陽放射線の長波長部分は反射される。選択的吸収コーティング３は着色陽極処理層であり、二段階プロセスで接着促進層２上に作製される。この層の微視的構造については、図２及び３と関連してさらに後述する。
【００３８】
図１の吸収体管の層構造の最外層は反射防止層４によって形成される。これは、透明の薄層として、反射による損失を最小限にし、同時に、大気水分及び大気汚染から防御し、かつ高度選択的コーティングの分解を防止する。反射防止層用の材料として、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２／ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、酸化セリウム、ケイ酸ナトリウム又は熱分解ＳｎＯ２若しくはＦ：ＳｎＯ２（ＦＴＯ又はフッ素ドープ酸化錫）を使用することができる。ＳｉＯ２層を反射防止層として使用すると、石英ガラスの屈折率（ｎＳｉＯ２≒１．５５）は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（ｎＡｌ２Ｏ３≒１．７６）の場合より使用中の吸収体管周囲の空気の屈折率（ｎ空気≒１）によく適合し、その結果、ＳｉＯ２反射防止層では反射による損失が比較的少ないので、特に好ましい。
【００３９】
図２には、図１の吸収体管の陽極処理及び着色処理された選択的吸収コーティングを今度は組織的に配列した形式の断面図で示してある。この場合もやはり、明瞭さのため、縮尺比に従って示していない。下部のアルミニウム接着促進層２の直流陽極処理中、最初に薄いＡｌ２Ｏ３バリア層２３が生じ、これは接着促進層２と高度選択的吸収層３の間の拡散防止層として機能する。ここでは、バリア層２３の厚さは約２５ｎｍである。連続的直流陽極処理により、約３００〜５００ｎｍの厚さを有する多孔性層３ａがバリア層２３の上に生じる。本例示実施形態では、細孔３ｂの直径を５０〜８０ｎｍとして示すことができる。この層構造は、直流陽極処理中に電荷量を一定に維持することによって、変動する周囲条件とは無関係に正確に再現可能である。
【００４０】
所定の単位面積当たりの電荷量に達した後の陽極処理の中断後、交流着色処理工程で酸化物層の細孔が着色される。ここでもやはり基体の内表面に応じて決定された電荷量が一定に維持される。着色処理には金属Ｎｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ及びＳｎが適している。図６と関連して後で詳しく説明するように、金属顔料３ｃが細孔３ｂから漏れて多孔性酸化物層３ａ上の単層領域に閉じた金属膜を生じてしまわないように、多孔性酸化物層３ａの細孔３ｂを着色しないことが重要である。
【００４１】
図４には、図２の選択的吸収コーティングの反射率をナノメートルの波長に応じてプロットしてある。特に顕著なことは、約８００ｎｍの波長未満ではコーティングの反射率が＜５％と非常に低く、７０００ｎｍの波長から一定して９０％の範囲の反射率となることである。
【００４２】
太陽光吸収体管上の選択的吸収層の作製の完全な作業サイクルについて具体的な例示実施形態を用いて以下に述べる。
【００４３】
最初に、アルミニウム接着促進層を円筒状鋼基体上に析出させる。イソプロパノールできれいにした後、アルミニウム接着促進層をナトリウム溶液でエッチング又は酸洗いするか或いは通常のアルミニウムの酸洗いを行なう。当該手段によって、一方では、表面の不純物が除去され、他方では、アルミニウム表面上のバリア酸化物及び天然酸化物が除去される。酸洗い又はエッチング後には、表面上にアルミニウム、ケイ素又はマグネシウムだけが存在することが重要である。そうでなければ、陽極処理及び着色処理、ひいてはコーティング結果が完全なものにならないであろうからである。
【００４４】
引き続き化学的又は電解的光沢めっき浴を用いて、Ａｌ基体の放射率をなおさらに下げることができ、これにより完成コーティングでは、さらに低い全放射率となる（ε［％］＝５×ρＡ［Ｃ／ｃｍ２］＋εＡｌ［％］）。
【００４５】
次の陽極処理プロセスでは、全ての場所に同一厚さの酸化物を形成し、その細孔中に金属粒子を組み込むことができる。このようにして、傑出したコーティング品質を保証することができる。
【００４６】
次の工程では、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて内表面を決定する。アルミニウム接着促進層の内表面は、例えば、Ｒａ＝５６ｎｍの平均表面粗さ、典型的に約１２０μｍ２と１００μｍ２の測定場を有する。実験的に分かった陽極処理中の表面積電荷密度ρＡと熱放射率εとの関係（ρＡ［Ｃ／ｃｍ２］＝（ε［％］−εＡｌ［％］）／５）の助けを借りて、これから、直流陽極処理に必要な単位面積当たりの電荷量（Ｃ／ｃｍ２）を計算する。着色処理の電荷量ρＰは、ρＡ／ρＰ＝０．６５〜０．８から決まる。これに関連して、例えば、接着促進層を陽極処理するために、ε＝６．３％及びεＡｌ＝２．３％では０．８Ｃ／ｃｍ２という単位面積当たりの電荷量となる。
【００４７】
次に、アルミニウム接着促進層の直流陽極処理を行なう。本例示実施形態では、リン酸（Ｈ３ＰＯ４−９％ｖｏｌ）中１５Ｖの直流電圧でこれを行ない、アルミニウム表面上にＡｌ２Ｏ３層が作製される。単位面積当たりの電荷量に達した後にプロセスを停止する。電荷量の制御の結果として、電流の相当な変動につながる電解質温度の変動及び電解質濃度の変動を補償することができる。純粋に時間依存性の層成長では、このような変動は、再現できないコーティング結果をもたらすであろう。純粋に電流制御すると、印加電圧は温度変化につれて変化し、順次、表面内の異なる細孔分布をもたらすであろう。細孔の大きさ及び間隔は、陽極処理印加電圧に決定的に依存する。直流陽極処理の過程で作製されるＡｌ２Ｏ３層は、組織的に配列した形式の図２に示すものに相当する。側断面図で図２に示す細孔３ｂは、平面図では六方格子を形成する。
【００４８】
直流陽極処理の過程で生じるＡｌ２Ｏ３バリア層の厚さは、方程式Ｄ＝α×Ｕ（式中、α＝１．２〜１．４ｎｍ／Ｖであり、Ｕ＝１５は直流陽極処理電圧である）を用いて決定することができる。これによるとバリア層の厚さは約１８〜２１ｎｍである。
【００４９】
選択的吸収層の細孔間の距離は、式Ｄ＝β×Ｕ（式中、β＝２．５ｎｍ／Ｖであり、Ｕ＝１５Ｖは、この場合もやはり陽極処理電圧に相当する）を用いて計算することができる。従って、上式によれば、細孔間の距離は約３７．５ｎｍである。
【００５０】
図５には、アルミニウム接着促進層の直流陽極処理の電流特性曲線を示してある。ここでは、陽極処理電流を時間に対してプロットしている。図５で確認できるように、電流は最初に約３１５ｍＡの値から約５０ｍＡの値へ指数関数的に降下する。この段階でバリア層が形成される。この後、電流は約４３０秒の処理時間まで緩徐に約６０ｍＡの値へ再び上昇する。この段階で、薄いバリア酸化物のある場所内の不規則に厚い酸化物層上で場の拡大が起こる。バリア層に窪みが生じ、細孔成長の種として働く。第３段階では、約４３０秒の処理時間で始まり、計算された単位面積当たりの電荷量に達した後にプロセスが中断されるまで、前述した直流電圧値、電解質の組成及び濃度で、約５０〜８０ｎｍの直径を有する細孔の安定した成長が起こる。約２０００秒の処理時間で、計算された単位面積当たりの電荷量に達し、その結果、図５で陽極処理電流の急降下によって示されるように、陽極処理が停止される。
【００５１】
これとは別に、陽極酸化技術で知られる酸（クロム酸、硫酸）中でＡｌ２Ｏ３層又は酸化銅層を作製することもでき、この場合、細孔の大きさ及び分布は本例示実施形態から逸脱する。
【００５２】
アルミニウム接着促進層の直流陽極処理を行なった後、交流着色処理工程で該層を着色する。本例示実施形態では、この処理を下記から構成されるニッケル対電極及び着色処理溶液を用いて行なう。
硫酸ニッケル六水和物      ３０ｇ／ｌ
硫酸マグネシウム          ２０ｇ／ｌ
硫酸アンモニウム          ２０ｇ／ｌ
ホウ酸                    ２０ｇ／ｌ
【００５３】
５〜１２Ｖ、特に７．５Ｖの交流電圧で数系列の実験を行なった。このとき交流密度は６．５ｍＡ／ｃｍ２〜２２．５ｍＡ／ｃｍ２であった。接着促進層の内表面から計算された単位面積当たりの電荷量に達してから自動停止されるまで再び交流着色処理を行なった。直流陽極処理の単位面積当たりの電荷量ρＡと、交流着色処理の単位面積当たりの電荷量ρＰとの間の関係については、値ρＡ／ρＰ＝０．６５〜０．８を選択した。
【００５４】
図６には、経時的な電流の過程として交流着色処理の電流特性曲線をプロットしてある。図６で確認できるように、プロセス時間が進行し、約６０秒で極小（「デルタピーク」）を通過しながら電流は降下する。そして、電流は再び上昇する。出願人による試験が示したように、電流が徐々に下がる段階に、陽極処理層の細孔は規則的様式で顔料で満たされる。図３ｂには、規則的に満たされた細孔を示してある。デルタピークを通過するとすぐに、完全に満たされた細孔から顔料が漏れるように細孔の過剰着色が起こり、多孔性陽極処理層の上の単層領域に閉じた金属膜を形成し始める。これを図３ｃに概略的に示してある。過剰着色は、可視スペクトル範囲の吸収の低下を伴うであろうことから、これを回避するため、交流着色処理は常に、図６の電流特性曲線の減少を続けるエリアで実施される。それに応じて、デルタピークに達する前の、計算された単位面積当たりの電荷量に達したときに着色処理は中断される。
【００５５】
全体的に見ると、出願人による試験が示すように、直流陽極処理と交流着色処理は両方とも４〜６ｍＡ／ｃｍ２の範囲の比較的低い電流密度で十分である。この結果、表面積電荷密度は、陽極処理中は１．２Ｃ／ｃｍ２未満、着色処理中は０．８〜０．９５Ｃ／ｃｍ２となる。
【００５６】
陽極処理コーティングを着色処理した後、外的影響に対する保護機能をももたらす反射防止層をさらに与えなければならない。好ましくは、浸漬コーティングを用いてＳｉＯ２層を与える。本例示実施形態では、吸収体管の選択的吸収層上の浸漬コーティングによる反射防止層の付与を、１０５ｇ／ｌの濃度のオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（溶媒はイソプロピルアルコール）中、約０．５ｍｍ／秒の浸漬速度で行なう。次に、コーティングを３００〜３２０℃でテンパリングする。
【００５７】
反射防止層をＡｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）層、酸化セリウム層、ケイ酸ナトリウム層又はＳｉＯ２／ＳｎＯ２層で形成すべき場合、これも浸漬コーティングによって与えることができる。
【００５８】
図７及び８には、吸収体管１０の表面上に選択的吸収コーティングを作製するための装置の２つの異なる実施形態を示してある。図７の装置では、円筒状の吸収体管１０が、電解質２０を満たした浸漬タンク３０内に立位で、かつ周囲の対電極４０に同軸性に位置づけられている。その結果、電圧源５０が作動されると（これは、実施する方法工程に応じて直流電圧源又は交流電圧源であり得る）、吸収体管１０と対電極４０の間に、吸収体管１０の外周全体にわたって一定であるＥ場が生じる。このコーティング装置の利点は、吸収体管１０をその外周全体にわたって非常に均一にコーティングすることである。しかしながら、この装置の操作には、長さが数メートルであることが多い吸収体管を取り扱うために対応する巻上げギアを必要とする。
【００５９】
図８及び９には、図７のコーティング装置の２つの代替実施形態を示してある。図８のコーティング装置では、吸収体管１０の表面は、細長い、比較的平坦なタンク３０’内にいて横臥位でコーティングされる。ここでは、吸収体管は、本質的に円筒状の内表面を有する樋形の対電極４０’で囲まれている。図に示すように、吸収体１０は電極２０に一部だけ浸漬されている。その結果、その外周に対する選択的吸収層によるコーティングは、吸収体管１０の表面の一部でのみ起こる。浸漬深さを選択することによって、それに応じてコーティングされる外周セクションを定めることができる。当然に、コーティングされた外周セクションは、後に吸収体管１０がパラボリック・トラフ式集光器内で使用されるときに鏡セグメントに面しなければならず、一方、未コーティング又は不均一にコーティングされた外周セクションは太陽に面しなければならない。この装置の利点は、容易に吸収体管をタンク３０’に供給することができ、タンク３０’から取り出せることである。
【００６０】
図９のコーティング装置では、吸収体管１０の表面は、この場合もやはり細長い平坦なタンク３０”内において横臥位でコーティングされる。ここでは、図８の装置とは対照的に、吸収体管は、縦方向に上側が開いている円筒状の対電極４０”によって囲まれている。さらに、図８の装置とは対照的に、吸収体管１０は電解質２０に完全に浸漬されている。それに応じてここでは、図７の装置と同様に、選択的吸収層で全面にわたるコーティングが行なわれる。
【００６１】
図１０には、コイル製品のアルミニウム又は銅表面の、対応コイルコーティングライン１００上でロール・ツー・ロールプロセスを利用したコーティングを示してある。この目的を達成するために、巻いてコイル（対応する表面コーティングを有する鋼ストリップ）にされたアルミニウム又は銅ストリップＣを６つの浸漬タンク１１０〜１６０を通して連続的に引抜き加工する。第１タンク１１０では、ストリップ材料Ｃをエッチングし、次のすすぎタンク１２０で引き続きそれをすすぐ。第３タンク１３０では、直流陽極処理を利用して好ましくはＵＡｎｏｄ．＝約１５ＶＤＣでストリップ表面上に多孔性酸化物層を形成し、その次のすすぎタンク１４０で陽極処理電解質を除去する。次に第５タンク１５０では、交流着色処理を好ましくはＵＰｉｇｍ．＝約７．５ＶＡＣで行ない、その後に配置されたすすぎタンク１６０で着色処理電解質で洗浄する。図１０の装置で行なうコーティング方法では、図に示すように、アルミニウム又は銅ストリップＣ、すなわちコイル製品を地電位に接続し、対電極１３１、１５１を対応する逆電位に接続する。
【００６２】
図１１のコーティング装置では、ストリップ材料Ｃ＊のアルミニウム又は銅表面のコーティングをもロール・ツー・ロールプロセスを利用して行なう。この目的を達成するために、コイル材料Ｃ＊を６つの浸漬タンク２１０〜２６０を通して連続的に引抜き加工する。第１タンク２１０で、材料をエッチングし、引き続きすすぎタンク２２０でそれをすすぐ。第３タンク２３０では、直流陽極処理を利用してストリップ表面上に多孔性酸化物層を形成し、引き続き次の第４タンク２４０で陽極処理電解質によって洗浄する。第５タンク２５０では、交流着色処理を行なう。その次の第６タンク２６０で再び、着色処理電解質で洗浄を行なう。このプロセスでは、図１１に示すように、好ましくはＵＡｎｏｄ．＝約１５ＶＤＣの陽極処理直流電圧をコイル製品Ｃ＊に印加する。この陽極処理直流電圧と好ましくは着色処理のＵＰｉｇｍ．＝約７．５ＶＡＣの交流電圧を重ね合わせて着色処理を行なう。
【符号の説明】
【００６３】
１    基体
２    接着促進（金属表面）層
３    吸収層、選択的吸収コーティング、吸収コーティング
４    反射防止／保護層、反射防止層
１０    太陽光吸収体コンポーネント
２０    電解質
３０、３０’、３０”    容器
４０、４０’、４０”    対電極
Ｃ    アルミニウム又は銅ストリップ
Ｃ＊    鋼ストリップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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