[发明专利]一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，具体涉及一种中高温 太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

太阳光谱选择性吸收涂层具有在太阳光谱可见-近红外波段高吸收，在中远 红外波段高反射的选择吸收特性，是直接将太阳光能量转换为热能的功能薄膜。 随着太阳能光热利用需求和技术的不断发展，太阳能光热应用的范围从低温应用 (≤100℃)向中高温应用(350℃～500℃)发展。

目前太阳能光热应用范围主要为低温(小于100℃)，如普通太阳能热水器 为家庭、宾馆提供洗浴以及生活用水等。在此温度范围使用的太阳能选择性吸收 涂层是目前已研究和广泛应用的Al-N/Al渐变膜，这种膜系和工艺方法的优点 是，采用Al单靶直流磁控溅射镀膜制备，设备操作简单，膜层吸收率高，对低 温使用的全玻璃真空管比较适用，但对于中高温使用由于红外发射率随温度上升 明显升高，长期使用后膜层不稳定，造成集热管热损增大，热效率明显下降。

经商品化的中高温型太阳能选择性吸收涂层，其结构为：以铜或铝为反射层、 以氮化铝薄膜作减反层，中间吸收层是一种难熔金属粒子团簇弥散于陶瓷介质层 构成的金属陶瓷层。已经选用的难熔金属材料有钨、钼、铂、铑、钌、金等金属。

但是，已有技术所提供的难熔金属材料范围较窄，许多是稀有金属或贵金属， 价格昂贵，影响了中高温选择性吸收涂层的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，适用于中 高温(300℃～500℃)太阳能光热转换系统，该涂层吸收率高、发射率低、热稳 定性好，制备工艺简便，操作方便，生产周期短，溅射工况稳定。

为达到上述目的，本发明一种太阳能选择性吸收涂层，特别适用于中高温 (300℃～500℃)太阳能光热转换系统的太阳能选择性吸收涂层，该涂层在吸热 体基材表面由底部到顶部形成三层膜结构，每层膜的组成成分及其配比如下：

吸热体基材为玻璃片、铜片或不锈钢片。

第一层是红外反射层，由60～200nm厚的铜(Cu)金属膜构成，用金属Cu 靶直流溅射方法，以氩气(Ar)作为溅射气体制备，如果采用抛光后的Cu片或 不锈钢片为基底，可以用该基底直接作为红外反射层。红外反射层对红外波段光 谱具有高反射特性，发射率低。

第二层是吸收层，成分上由二硅化钼(MoSi₂)和三氧化二铝(Al₂O₃)的混 合物组成，结构上由厚度和MoSi2体积百分含量各不同的两亚层构成，第一亚 层的厚度为50～90nm，MoSi₂体积百分含量为40％～60％，第二亚层的厚度为 40～80nm，MoSi₂体积百分含量为20％～40％。这两个亚层对太阳光谱具有本征吸 收，同时通过厚度和MoSi2体积分数的匹配形成干涉效应，加强了涂层的吸收 作用。

第三层为65nm厚的Al₂O₃减反射层，溅射气体为氩气，采用Al₂O₃陶瓷靶射 频溅射制备或者铝(Al)靶直流反应溅射制备。

本发明一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，制备步骤如下：

步骤一：制备第一层红外反射层。在吸热体基材上溅射制备60-200nm的金 属Cu红外反射层。如果选用抛光后的不锈钢片或铜片为基底，因为铜片和不锈 钢片的红外反射率已经很高，为了制备工艺的简便，直接采用该基底作为红外反 射层。

步骤二：制备第二层吸收层。选用纯度为99.99％的MoSi₂靶和Al₂O₃靶， 以直流、射频溅射制备MoSi₂和Al₂O₃的金属陶瓷混合层。吸收层结构上由厚度 和MoSi2体积分数各不同的两个亚层(金属陶瓷层)构成。第一亚层的厚度为 50～90nm，MoSi2体积百分含量为40％～60％，第二亚层的厚度为40～80nm，MoSi2 体积百分含量为20％～40％。