[发明专利]钒基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及槽式太阳能高温热发电技术领域，特别涉及一种钒基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径，目前有塔式、槽式、碟式系统，其中以槽式和塔式系统商业应用较多，特别是槽式太阳能热发电，是迄今为止世界上唯一经过20年商业化运行的成熟技术，其造价远低于光伏发电。槽式聚光热发电系统的储能系统可以实现24小时运行，随着规模的增加，发电成本也具有很强的竞争力。目前，欧洲和美国正在建设一批改进的槽式太阳能热发电系统，其应用温度更高，性能更加优越。

槽式太阳能热发电中关键技术是高温太阳能选择性吸收涂层。对于太阳能选择性吸收涂层，虽然已经研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色Ni-Al₂O₃以及具有成份渐变特征的SS-C/SS（不锈钢）和Al-N/Al等膜系，但都是属于低温应用，应用温度在200℃以内。为提高应用温度，开发了适合中温服役条件下的选择性吸收涂层，像Mo-Al₂O₃/Cu、SS-AlN/SS等材料体系，其使用温度能达到200℃-450℃。但是双靶或多靶共溅射、射频溅射等工艺沉积率低，生产周期长，工艺复杂且成本较高。

为了配合槽式太阳能热发电向更高温度、更高效率发展的趋势，拓宽高温槽式太阳能选择性吸收涂层的材料体系，需研发热稳定性好、吸收率高、且工艺简单的选择性吸收涂层及制备技术。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的缺点的问题，提供一种钒基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，所述选择性吸收涂层对太阳光谱的吸收率高、热稳定性能好，其制备工艺简单，操作方便、生产周期短、溅射工况稳定。

一种钒基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，所述选择性吸收涂层由三层膜组成，所述三层膜包括底层红外反射层、中间吸收层和表层减反层，所述底层红外反射层沉积于基体表面，所述中间吸收层沉积于底层红外反射层上，所述表层减反层沉积于中间吸收层上；所述底层红外反射层由金属V膜组成，所述中间吸收层包括第一亚层和第二亚层，所述第一亚层和第二亚层均由V+SiO₂膜组成，所述表层减反层由SiO₂膜组成；

所述选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：

①、首先处理基体：

首先对所述基体进行表面处理，依次进行抛光，酒精和丙酮超声波清洗，去离子水超声波清洗，待清洗完成后进行烘干处理并置入磁控溅射腔体中；然后再使用离子轰击所述基体的表面，增强所述基体与所述底层红外反射层的结合力；

②、在基体上沉积底层红外反射层：

采用金属V靶通过中频磁控溅射或直流磁控溅射方式在所述基体表面制备底层红外反射层，在制备时，以Ar气作为溅射气体制备V膜，所述底层红外反射层的厚度为100～400nm；

③、在底层红外反射层上沉积中间吸收层：

在V靶进行中频磁控溅射或直流磁控溅射的同时，采用SiO₂靶通过射频磁控溅射方式沉积SiO₂，形成V+SiO₂膜，即形成了所述中间吸收层的第一亚层，所述第一亚层的厚度为30～150nm；所述第一亚层完成后，增加射频磁控溅射SiO₂靶的功率，同时，降低中频磁控溅射或直流磁控溅射V靶的功率，制备第二亚层的V+SiO₂膜，所述第二亚层的厚度为30～150nm；

④、在中间吸收层上沉积表层减反层：

停止中频磁控溅射或直流磁控溅射V靶，继续射频磁控溅射SiO₂靶，形成SiO₂膜，即形成了表层减反层，所述表层减反层的厚度为30～100nm。

在其中一个实施例中，所述吸收层中第一亚层中V的体积百分比大于第二亚层中V的体积百分比；所述第一亚层中V的体积百分比为40%～70%，所述第二亚层中V的体积百分比为10%～30%。

在其中一个实施例中，所述基体为不锈钢管。

在其中一个实施例中，所述V靶的纯度≥99.99%，所述SiO₂靶的纯度≥99.99%。

本发明是在Macleod光学软件模拟优化钒基选择性吸收涂层的基础上通过具体制备方法来制备。钒属于高熔点金属，熔点高达1919℃，具有好的高温稳定性，且钒金属薄膜在红外波段的反射率较高，满足制备高温低发射率太阳能选择性吸收涂层特性。光学软件模拟优化方法为：