[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

(一)技术领域

本发明涉及一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，是目前太阳能槽式热发电的关键技术之一。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。属于太阳能热利用和热发电技术领域。

(二)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(300nm-2.5um)高吸收，在中远红外波段(2.5um-30um)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℃～600℃)发展，即开发太阳能热发电技术。

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。但从长远观点看，中高温利用有更好的前景和应用价值。目前已研究和发展的中高温太阳能选择性吸收涂层，其结构为：以铜或钼为反射层、以氧化铝薄膜作减反层，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，如Mo-Al₂O₃。已经选用的难熔金属材料有钨、钼等金属。

但是，已有技术普遍采用一种难熔金属粒子团簇与陶瓷介质复合构成金属陶瓷层，难熔金属粒子团簇在高温下容易发生氧化、扩散等，从而造成吸收涂层长期在高温下服役其光学性能下降，甚至失效。为了提高高温选择性吸收涂层的使用范围和稳定性，我们采用高温合金代替已有技术中单一的难熔金属材料。

(三)发明内容

1、目的：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，它适用于中高温(300℃～600℃)太阳能光热转换系统，用于太阳能热蒸汽发生系统和热发电技术。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。

2、技术方案；为达到上述目的，本发明提供一种太阳能选择性吸收涂层，它特别适用于中高温(300℃～600℃)太阳能光热转换系统的太阳能选择性吸收涂层，该涂层在吸热体基底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：

吸热体基底可以为铜或不锈钢材料。

第一层是红外反射层，由100～300nm厚的钼、钼合金、镍、镍铝合金、钨、钨合金、钛及钛合金中的一种或几种金属膜构成。以相应的金属作为靶材，采用直流溅射方法，以氩气(Ar)作为溅射气体制备。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，其成分由镍铝合金颗粒和绝缘介质构成的复合金属陶瓷层组成；该绝缘介质可以采用：氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化硅、镍铝合金的氮氧化物中的一种或几种。该吸收层的结构由厚度和AlNi体积百分含量各不同的两亚层构成，第一亚层的厚度为35～70nm，AlNi体积百分含量为40％～60％，第二亚层的厚度为30～60nm，AlNi体积百分含量为20％～40％。这两个亚层不但对太阳光谱具有本征吸收作用，同时通过厚度和AlNi体积分数的匹配具有干涉吸收效应，加强了涂层的吸收作用。

第三层为40-80nm厚的减反射层，所述的减反射层，采用以下材料中的一种或几种：氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化硅等。溅射气体为氩气，采用相应的铝，氧化铝，氮化铝，硅，氮化硅，氧化硅等靶材中的一种或几种，采用射频溅射或者直流反应溅射制备该涂层。

本发明一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其制备步骤如下：

步骤一：在吸热体基底(铜或不锈钢材料)上，采用磁控溅射镀膜仪制备红外反射层，由100～300nm厚的钼、钼合金、镍、镍铝合金、钨、钨合金、钛及钛合金等中的一种或几种金属膜构成。以相应的金属作为靶材采用直流溅射方法，以氩气(Ar)作为溅射气体制备，制备过程中溅射功率为2.5w/cm²溅射气压为0.7pa，氩气流量为50sccm。红外反射层对红外波段光谱具有高反射特性，发射率低。