[发明专利]一种太阳能中高温选择性吸收涂层及制备

说明书

技术领域

本发明属于薄膜技术和薄膜材料领域，具体涉及了一种太阳能光谱中高温选择性吸收膜。

背景技术

中高温太阳光谱选择性吸收涂层是指能耐受200℃以上高温，并能长期在与室温的变化范围内正常工作，保持较高的a和较低的ε的选择性吸收涂层，这是当前太阳能热利用中的前沿课题。我国在近二三十年的太阳能利用研究中，多数的研究成果仅限于低温应用(＜100℃)，如太阳能热水器、太阳能烘干机、太阳房等。从长远观点来看，太阳能与建筑一体化是太阳能光热利用的重要发展方向之一，现有的真空管和平板集热器所用的涂层材料无法满足太阳能与建筑一体化的使用要求。因此，无论从功能及经济角度来讲，各种涂层材料都存在或多或少的劣势。并且，很多涂层在高温操作下性质变差，给太阳能热利用带来了一定困难。

目前的太阳能红高温涂层有以下几种：黑铬涂层适合在高温条件下使用，同时还具有较好的耐候性和耐腐蚀性。但现有的黑铬工艺需要在高的电流密度(15-200A/dm²)和低的温度(25℃)下操作，因溶液的导电性差，生产时会产生大量的焦耳热，所以需要冷却才能维持正常生产，因而提高了成本。且电镀黑铬存在环境污染问题，且投资较大；黑钻、黑镍的耐腐蚀性差，黑漆材料热发射比高，热损失大，红外发射率不可能很低，且膜厚与基体结合较差而难于清洗；不锈钢一碳/铜选择性吸收膜具有良好的光学性能，a＝0.92-0.94，ε＝0.07-0.08。但耐磨及耐腐蚀性能较差。而且，目前使用的太阳能吸收涂层大都为黑色，色彩单一，不美观，缺乏装饰性，不能使太阳能热水器与建筑物在色调上协调一致，更不宜用作太阳房的吸热涂层。因此，无论从功能及经济角度来讲，各种涂层材料都存在或多或少的劣势。并且，很多涂层在高温操作下性质变差，给太阳能热利用带来了一定困难。

目前，中高温太阳光谱选择性吸收涂层的制备主要涉及电化学沉积法和物理气相沉积法。但传统方法存在如下缺陷：晶体的晶界、空位、间隙原子和错位；薄膜晶体的化学计量比出现偏离；薄膜晶体的纯度不够高，存在其他物相；制备过程中工艺条件不好控制，设备要求过高。传统的PbS涂层通常采用喷涂法将制备的或市售的PbS粉末合剂(聚乙烯，乙丙橡胶，有机硅，沥青清漆等)按比例混合，加入适当溶剂(二甲苯，汽油等)，并在球磨机中研磨，研磨后的漆料再加入溶剂，搅拌均匀，采用喷涂的方法在金属底材上得到所要的涂层。喷漆法便于大面积实施，且操作方便，吸收率高，但由于发射率太大，难以在中高温情况下应用；也有用真空蒸发工艺或者喷涂热解法在底材上沉积PbS膜的，可得到满意的涂层，但是大规模应用比较困难，而且成本昂贵。

所以为克服传统中高温涂层材料和工艺的缺陷，本发明在传统工艺的基础上加以改进对中高温吸收涂层pbs的制备采用了设备简单、操作方便、成本低廉、绿色无污染的水溶液化学法。本发明制备的PbS涂层，直接在前处理过的铜片上化学镀PbS，而不是电镀镍后再镀PbS。

发明内容

本发明的目的是提供一种中高温太阳光谱选择性吸收涂层及制备方法。克服原有的技术不足，以黄铜和紫铜为基材，采用水溶液化学法，制备硫化铅涂层。得到涂层厚度约为2000nm，涂层可耐温到350℃，正常工作温度在300℃以下。常温下其对应的α＝96％，ε＝21％左右。

本发明一种太阳能中高温选择性吸收涂层及制备，其特征在于以黄铜和紫铜为基材，用等摩尔浓度的硫脲与醋酸铅溶液在碱性条件下反应制备硫化铅涂层。

所述基材的前处理工艺流程：化学除油→清水洗→蒸馏水洗→化学抛光(蚀刻)→清水洗→蒸馏水洗→热风吹干或烘干，其操作方法及条件如下：

①除油：油液组成：NaOH10-16g/L，Na₂CO₃18-26g/L，Na3PO₄8-10g/L，将除油液加热至80-90℃，再将基片浸入除油液中直到油除尽为止，用蒸馏水将基片洗净，再吹干；

②蚀刻：蚀刻液组成：过硫酸铵192g，氯化铵30g，吡啶0.1mL，将基片放入蚀刻液中搅拌10s后取出，用蒸馏水洗净，再吹干；

③抛光：抛光液组成：浓硫酸2.5mL，30％双氧水200mL，蒸馏水300mL，将基片放入抛光液中搅拌30-60s后取出用蒸馏水清洗干净，再浸入10％的H₂SO₄中搅拌5s，最后用蒸馏水洗净，并用吹风机吹干。