172031. lajstromszámú szabadalom • Fényenergia-átalakító
172031 3 eszközben ezeket a tüskéket alacsony emissziós tényezőjű fémből, például wolframból készítik, akkor a félgömbfelületre vonatkoztatott teljes integrált emisszió lényegesen kisebb lesz az egységnél. Következésképpen a találmány szerinti fény energia-átalakító célja, hogy oly módon alakítsa ki az energia-átalakítót, hogy annak anyaga nagymértékben abszorbeálja a keskeny kúpszögön belül beeső fényt, és ugyanakkor a fekete test sugárzási hullámhosszán a félgömbfelületre vonatkoztatott emissziója kicsi legyen az eszköz működési hőmérsékletén. A továbbiakban a találmány szerinti fényenergia-átalakítót az 1-5. ábrák segítségével részletesen megvizsgáljuk. Az 1. ábra vázlatosan mutatja, hogy a találmány szerinti fény energia-átalakítóban alkalmazott felület hogyan alakítható ki növesztéses eljárással, a 2. ábra az 1. ábrán bemutatott növesztéses kialakítási eljárás során nyert felületet mutatja megfelelő nagyításban, a 3. ábra az eszköz abszorpciós jellemzőit mutatja, szemléltetve a nagy abszorpciójú kúpszöget, amelynek függőleges tengelye párhuzamos a beeső sugárzás irányával, és nyílása 15-30°, a 4. ábra azt mutatja, hogy a találmány szerinti fényenergia-átalakító hogyan alkalmazható napenergia-befogó- és tároló berendezésekben, az 5. ábra - mint a 2. ábra egy részlete - a kémiai maratás hatását mutatja a fényenergia-átalakító dendrites felületi képződményére. A találmány szerinti fényenergia-átalakító kialakítása - amint az 1. ábrán is látható - a grafitból vagy szénből álló 2 érzékelőnek a 4 kamrában történő elhelyezésével kezdődik, és a 2 érzékelőt 450-550 C° hőmérsékleten tartja a 4 kamrát körülvevő 6 fűtő tekercs. A 2 érzékelőnek a 4 kamrában történő elhelyezése előtt a 2 érzékelő különböző helyén 8 hordozólemezeket helyeznek el. A 8 hordozólemeznek alkalmas a zafír (A12 0 3 ), a rozsdamentes acél, vagy a polírozott wolfram. A rozsdamentes acél kiváló hordozólemez céljára. A rozsdamentes acélt előbb sósavval (HCl) kezelik, hogy a benne található króm kioldódjon, változatként a rozsdamentes acélban elektrolízissel nikkelréteg alakítható ki, amely az alább leírt dendrites felület alapjául szolgál. Amikor a 8 hordozólemezeket és a 2 érzékelőt a 4 kamrában elhelyezték, felfűtik a 6 fűtőtekercset, hogy a 8 hordozólemezek hőmérséklete 450-550 C° közé emelkedjen (a hőmérséklet szabályozására szolgáló érzékelőket és a 6 fűtőtekercsek áramát ki-bekapcsoló, visszacsatoló áramkört nem tünteti fel az ábra, mivel azok szokásos kivitelűek). Ekkor H2 és WF6 gázokat vezetnek a 4 kamrába a 10 beömlőnyíláson át. A wolfram-hexafluorid (WF6 ) átfolyási sebessége 100cm3 /perc, a H 2 átfolyási sebessége pedig 10-25 liter/perc, mindkét gáz atmoszférikus nyomáson áramlik. A 4 kamrában az WF6 és a H 2 házok kölcsönhatásba lépnek a következő képlet szerint: WF6 +3H 2 - 6HF + W A wolfram kicsapódik a 8 hordozólemezeken és a felesleges H2 , WF 6 és HF gázok a kamra 12 kiömlőnyilásán távoznak. Ezt az eljárást, melynek neve: wolframhexafluorid hidrogénes redukciója, részletesen leírja A. F. Mayadas, J. J. Cuomo és R. Rosenberg cikke, amely a Journal of the Electrochemical Society 1969-ben megjelent 116. évfolyamá-5 nak 1742-45. oldalain olvashatók. Egy növesztési példában a H2 10 liter/perc, a WF 6 pedig 0,2 liter/perc mennyiségben áramlott. 15 perc elteltével a 8 hordozólemezen kicsapódott wolfram film vastagsága 125 és 500 mikron között volt. Az 10 analízis azt mutatta, hogy a wolfram film a zafír hordozólemezen a (111) W) (0001)oAl2O 3 kristályszerkezet szerint kristályosodik, és a wolfram filmen az orientációja (110/W) (11 -0)ŰA12 0 3 . A wolfram dendritek orientációja ikerpárokban történt, még-15 pedig két specifikus módon, egyik esetben 6-os, a másik esetben pedig 3-as szimmetriával. A 2. ábra a wolfram általános dendrites képződményét mutatja, a wolframhexafluorid hidrogénes redukciója során, atmoszférikus nyomáson kicsapa-20 tott wolfram esetében. A képződmény általában több rétegben jön létre. A 8 hordozólemez lehet zafír, wolfram, rozsdamentes acél, vagy hasonló anyag, attól függően, hogy a rajta növesztett kezdeti 14 wolfram tüskéknek milyen orientációját kívánják 25 elérni. Ezek a kezdeti tüskék az első 10-15 percben növekednek, és 2-3 mikron magasságúak. Általában a növesztés során egy háromréteges szerkezet jön létre, amely a 8 hordozólemezből, az egymástól mintegy 5 mikron távolságra elhelyezkedő 5 mikron magas 30 egyedi 14 wolfram tüskék erdejéből és az egymástól mintegy 40-60 mikron távolságban elhelyezkedő 20-40 mikron magas 16 wolfram tüskékből áll. A megfigyelések szerint a 0,2-40 mikron hullámhossz-tartományba eső fénynek több mint 98%-át abszor-35 beálja, ez a dendrites szerkezet, abban az esetben, ha az ilyen hullámhosszúságú fény az 5 fokos kúpszögön belül esik a dendrites tüskeerdőre, és a kúpszög függőleges tengelye párhuzamos a dendrites növekmények növekedési tengelyével. 40 Az így kialakított dendrites wolfram tüskeerdő különösen előnyösen alkalmazható fényenergia-átalakító eszközökben, mivel a wolfram rendes körülmények között a sugárzó energiát gyengén abszorbeálja és gyengén emittálja. A nagyszámú 45 dendrites 14 és 16 wolframtüske reflexiómentes viselkedése miatt azonban a beeső fény számára a dendrites labirintus jó abszorbensként hat. Ha a tüskeerdőt 15-30 fokos szögön belül figyeli meg az ember (3. ábra), akkor koromfeketének látszik. 50 Ugyanakkor 30 foknál nagyobb szög alatt figyelve a dendrites felületet, az előbb szürkésnek, majd ezüstösnek látszik, jelezve, hogy a dendrites szerkezet optikai emissziós képessége nagymértékben lecsökkent. A 3. ábra valójában azt mutatja vázlatosan, 55 hogy a találmány szerinti szerkezet esetében hogyan érvényesül az abszorpciót és emissziót összekapcsoló jól ismert törvényszerűség, vagyis, hogy a felületre merőleges kúpszögre vonatkoztatott emisszió (ei) egyenlő az azonos kúpszögre vonatkoztatott sugárzási 60 abszorpcióval (Ai). Ideális esetben mindkettő egységnyi. A kúpszögön kívül eső szögtartományra vonatkoztatott emisszió (e2 ) is megegyezik az erre a szögtartományra vonatkoztatott abszorpcióval (A2 ), és ezek ideális esetben igen kicsi értékek. A 2. ábrán 65 látható tüskék 18 tengelye párhuzamos a beeső n
