[发明专利]一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜技术和太阳能技术等新能源开发技术领域，设计了一种新型的太阳能选择性吸收膜系，利用磁控溅射技术在经MEMS工艺方法处理后基体上进行了制备，特指一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法。

背景技术

太阳能热水器是通过光—热转化原理，将太阳能转化为高品位的热能以满足绝大多数消耗热能场合对能源需求的装置；太阳能热水器大大减少了人类对传统能源的使用，为能源的可持续发展作出积极贡献，目前平板型太阳能热水器由于与建筑结合一体化、外表美观、热效率高等一系列优势成为太阳能热水器发展的潮流和趋势；平板太阳能热水器开发技术中采用了太阳光谱选择性吸收薄膜，大幅地提高了热水器的光热转换效率，当前国内外关于各种太阳能选择性吸收薄膜的研究方兴未艾，如何高效地利用太阳能既是当前和长远社会发展所需解决的问题，也是广大科技工作者深感兴趣的重大研究课题。

太阳辐射能量主要集中在波长为( 0.3 ~ 2.1 )                                                的可见光谱范围内，利用选择性吸收薄膜的目的是对可见光区有较高的吸收率，对红外光区有较低的发射率；国内外研究者都在致力于寻找吸收性更好的材料、膜系结构及高效无污染的制备工艺；研究发现某些金属、金属氧化物、金属硫化物和半导体等发色体粒子中电子跃迁能级与可见光谱区的光子能量较为匹配，是制备太阳能选择性薄膜的主要材质；通过本发明前期研究表明通过添加电介质制成的抗反射薄膜可有效地提高薄膜吸收率；本发明设计了一种新型的太阳能选择性吸收膜系结构，如图1所示，该新型太阳能选择性吸收膜系具有“制备效率高、成本低和制作简单”等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法，以提高太阳能热水器的光—热转换效率，它具有“制备效率高、成本低和制作简单”等优点。

一种太阳能选择性吸收膜系，以铝板作为膜系的基体，其特征在于：所述吸收膜系从顶层至底层依次为：作为减反射层的双层AlN膜，第一层膜厚30~40nm，第二层膜厚40~50nm；作为吸收层的单层Si膜，膜厚70~100nm；作为红外反射层的单层铝膜，膜厚50~60nm；和基体铝板，所述基体铝板上均匀布有圆形凹坑，所述圆形凹坑的直径小于红外光波长。

所述的一种太阳能选择性吸收膜系，其特征在于：所述圆形凹坑的直径为2.0，所述每

cm²的基体铝板上均匀布有10⁵个圆形凹坑。

本发明采用双层AlN作为减反射层，采用单层Si作为膜系的吸收层，采用铝板作为膜系的基体，其中基体采用MEMS工艺方法处理成具有微坑结构的形状，如图2所示；为了使膜与基体结合良好和提高红外反射，首先在基体上镀一层铝膜，该膜系从顶层至底层依次为：双层AlN膜减反射层、单层Si吸收层、单层铝膜红外反射层。

本发明解决其关键问题所采用的技术方案是采用刻蚀方法对基体进行微坑结构制备和利用磁控溅射技术生长减反射层、吸收层、红外反射层，其中通过控制溅射参数严格控制各膜层的厚度以及各膜层之间的界面特性。据此，其核心加工工艺如下：

1、              在洁净Al基体上制备微坑结构；

2、              单层铝膜红外反射层制备,在具有微坑结构的基体上制备单层Al膜；

3、              单层Si吸收层制备；

4、              双层AlN膜减反射层制备。

  上述制备方案中，步骤1中所用基体为Al板，采用光刻蚀法在基体表面刻蚀微坑结构，以增强光吸收性能；同时微坑结构的尺寸小于红外光波长，以实现对可见光及近红外光的吸收和对红外光的反射作用。

上述制备方案中，步骤2中利用磁控溅射技术制备铝膜时，所用靶材为Al靶，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10^-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Al膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为200℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；溅射直至获得所需厚度的Al膜。

上述制备方案中，步骤3中利用磁控溅射技术制备Si膜时，所用靶材为硅靶，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10^-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为250℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；溅射直至获得所需厚度的Si膜。