[发明专利]太阳选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以磁控溅射镀膜制备的、防扩散、结构稳定的太阳选择性吸收涂层及其制备方法，属于太阳能光热转换利用领域。

背景技术

目前在国内太阳能光热利用行业中，以全玻璃真空太阳集热管为光热转换器件的集热系统应用最为广泛，而真空集热管吸热体（内管）上附着的选择性吸收涂层用于吸收入射的太阳辐射能并将其转化成热能。

国内太阳能企业生产真空集热管的选择性吸收涂层主要是利用磁控溅射技术所制备的ALN-AL和SS-ALN/Cu涂层，随着技术的进步和生产手段不断完善，SS-ALN/Cu涂层制作的真空集热管所占市场份额越来越大，SS-ALN/Cu涂层为三种靶材（铝靶、不锈钢靶、铜靶）制作，其膜系结构主要为三层：红外高反射层、吸收层、减反射层，其中吸收层为两个金属体积比不同的亚层组成（如图1所示）。基材：玻璃管；红外高反射层：TP2铜靶制备的铜金属膜；吸收层2：高金属体积比复合膜（HMVF）；吸收层1：低金属体积比复合膜（LMVF）；减反射层：氮化铝（ALN）介质膜。

当上述各膜层组合在一起的时候，就构成了太阳选择性吸收涂层。阳光透过减反射层被吸收层吸收同转换成热能，而光波在各层间传播的过程中，由于各次层光学参数的差异使得光波在层间发生多次反射及相互干涉现象，这样就进一步增大了膜层对光辐射的吸收，而红外高反射层能有效阻止工作介质对外辐射热损。

在温度300℃以上的环境中，SS-ALN/Cu选择性吸收涂层中的高金属体积比吸收层中的金属粒子将会向底金属层（红外高反射层）中迁移扩散，从而导致高金属体积比吸收层（HMVF）金属粒子浓度变小，同时由于金属粒子的扩散使底金属层的成分发生变化纯度下降，结果是涂层的吸收率下降、发射率上升。为此我们作了如下实验：用分光光度计和发射率检测仪对刚镀制的涂层进行检测，吸收率（α）为0.92，发射率（ε_h）0.05，然后在10^-3Pa真空状态下对该涂层进行400℃并恒温1小时的烘烤，再对涂层进行检测，涂层吸收率0.88，发射率0.07，同时底金属层（红外高反射层）的颜色也由烘烤前的紫红色变成了金黄色。实验结果表明，SS-ALN/Cu涂层在300℃以上的环境中运用时，膜系结构将会遭到破坏，性能发生衰减。

发明内容

本发明针对上述SS-ALN/Cu涂层存在的缺陷，制备了一种太阳吸收率高、发射率低，同时膜系结构稳定，热稳定性优异的太阳选择性吸收涂层及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：

一种太阳选择性吸收涂层，包括基材，基材上逐层镀制：红外高反射层、第一防扩散层、第一吸收层、第二吸收层以及减反射层；其中第一吸收层为高金属体积比吸收层、第二吸收层为低金属体积比吸收层。

第一吸收层与第二吸收层之间还设置第二防扩散层。

红外高反射层为铜底金属层，第一防扩散层为氮化铝介质膜层，第一吸收层为充填因子f₁=0.3~0.45所得到SS-AlN复合膜；第二吸收层为充填因子f₂=0.15~0.3所得到的SS-AlN复合膜。

红外高反射层厚度为100~200nm，第一防扩散层厚度为5~15nm，高金属体积比吸收层厚度为30~90nm，低金属体积比吸收层厚度为20~60nm，第二防扩散层厚度为3~6nm，减反射层厚度为30~80nm。

红外高反射层厚度为200nm，第一防扩散层厚度为8nm，高金属体积比吸收层厚度为50nm，低金属体积比吸收层厚度为40nm，第二防扩散层厚度为5nm，减反射层厚度为73nm。

一种太阳选择性吸收涂层的制备方法： 

步骤1，红外高反射层制备：在镀膜机真空室真空度达到工作真空度时，充入纯惰性气体氩气，启动铜靶，在基材上镀制铜底金属层；

步骤2，第一防扩散层制备：在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气，启动铝靶，在红外高反射层上镀制纯氮化铝介质膜；

步骤3，第一吸收层（HMVF）制备：在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气（N₂），启动铝靶和不锈钢靶，在第一防扩散层上镀制SS-AlN复合膜，充填因子f₁=0.3~0.45；

步骤4，第二防扩散层制备：在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气，在第一吸收层上镀制纯氮化铝介质膜；