Optical properties of In2O3-coated cover glass for solar collectors

Abstract

Visible and infrared optical properties of tin-doped In2O3 films were examined with regard to their electrical properties so as to be able to meet the requirements made on a solar collector operated at 100 °C. Reflectances and transmittances were calculated on the basis of the Drude theory as functions of the density and mobility of carrier and the film thickness. A good agreement between measured and theoretical reflectances indicates that this theory can describe the optical properties of the films. The calculations predicted a carrier density of about 3 · 1020/cm³ for the cut-off wavelength at 2 μm, the most effective minimum thickness of 400 nm, and the highest possible carrier mobility of e.g. 40 cm²/(V s) to raise the selectivity for solar energy. Selective transparent films could be prepared by controlling the mobility and density of carrier with the introduction of about 1 wt% SnO2 or with annealing the films with 5 wt% SnO2 in air at 400 °C. From these results, it is concluded that the evaluation of the optical selectivity of In2O3 films can be achieved by determining their electrical properties. Die optischen Eigenschaften von zinndotierten In2O3-Schichten im sichtbaren und infraroten Bereich wurden in bezug auf ihre elektrischen Eigenschaften untersucht, um den an einen bei 100 °C betriebenen Sonnenkollektor gestellten Anforderungen zu entsprechen. Auf Grund der Theorie von Drude wurden Reflexion und Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Dichte und Beweglichkeit des Trägers sowie der Schichtdicke berechnet. Eine gute Übereinstimmung zwischen der gemessenen und der theoretischen Reflexion zeigt, daß durch diese Theorie die optischen Eigenschaften der Schichten beschrieben werden können. Die Berechnungen sagten eine Trägerdichte von etwa 3 · 1020m³ für die Cutoff-Wellenlänge bei 2 μm, die effektivste geringste Schichtdicke von 400 nm und die höchstmöghche Beweghchkeit des Trägers von z. B. 40 cm²/(V s) für die Steigerung der Selektivität gegenüber der Sonnenenergie voraus. Selektiv durchlässige Schichten konnten durch Kontrolle der Beweglichkeit und Dichte des Trägers und durch Einführung eines Massenanteils von etwa 1 % SnO2 oder durch Tempern der Schichten mit einem Massenanteil von 5 % SnO2 in Luft bei 400 °C hergestellt werden. Aus diesen Ergebnissen wird der Schluß gezogen, daß die Abschätzung der optischen Selektivität von In2O3-Schichten durch Bestimmung ihrer elektrischen Eigenschaften erreicht werden kann.