[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

技术领域

本发明属于太阳能光热应用材料领域，具体涉及一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

能源问题是目前全世界范围面临的最为突出的问题之一，太阳能因其源源不断、安全和清洁等显著优势成为人们研究的热点。其中光热转换技术是太阳能热利用中的关键技术。在对太阳能光热转换的研究及利用中，太阳光谱选择性吸收材料的技术，特别是太阳能选择性吸收涂层技术是太阳能集热器研究中极为重要的关键技术，也是提高光热转换效率的重要研究方向。

太阳能选择性吸收涂层，按照吸收机理的不同，大致分为以下几种：

(1)本征体吸收型涂层 本征体吸收型涂层又叫本征吸收膜，吸收层成分为半导体。

(2)金属一陶瓷型涂层 金属陶瓷将小颗粒金属粒子弥散于陶瓷层中，利用金属的跃迁、振动作用，对可见光产生强烈的吸收，且对红外光透明。选择高温稳定性好的金属与陶瓷介质材料，采用合适的工艺，制备的涂层可以适用于中高温使用环境。

(3)光干涉型吸收涂层 这类薄膜利用了光学原理，一般由特定厚度的多层薄膜组成，对可见一近红外光吸收强烈。涂层的性能较为稳定，当使用温度升高时，性能不衰减，但是由于利用了光学原理，对各层的厚度要求严格，膜层多，结构复杂，制备难度较大。

(4) 渐变金属-介质复合材料吸收涂层 根据有效媒质理论，利用在母体中分散的细小金属粒子对可见光的不同波长的光子产生多次散射和内反射而将其吸收。又称米氏散射型涂层，是目前最常用选择性吸收表面结构。渐变金属-介质复合材料选择性吸收涂层制备工艺比较容易控制，光学性能好，在中、低温太阳能热利用领域具有广泛的应用前景。

现有太阳能选择性吸收涂层的制备方法主要有：（1）涂料法。此方法方便、制备工艺简单、成本低廉。但涂层中往往需要加入有机粘接剂，涂层较厚，使得涂层的光学选择性并不优异，且耐受温度有限，只能应用在中低温领域，近几年研究较少；（2）电镀法。一般制备黑镍、黑铬、铝黑太阳能选择性吸收涂层，工艺成熟，加工工程也很容易，但镀液对环境污染大，同时镀层结合力及高温稳定性差，常用在中低温领域；（3）溶胶凝胶法。加工工艺简单，成本低廉，但薄膜粘接性能较差，使用寿命短，高温性能差；（4）物理气相沉积方法。此方法制备的薄膜速度快、致密、均匀，性能优异，且不存在环境污染问题。随着磁控溅射技术的发展，此方法可以实现大尺寸工件的沉积，因此逐渐成为选择性吸收涂层的主流制备方法。

对于太阳能选择性吸收涂层目前广泛使用的有黑铬、阳极氧化着色Ni-Ti0₂以及具有成分渐变特征的SS-C/SS（不锈钢）和Al-N/Al等膜系，但这些涂层适用于200℃以内的平板型集热装置的集热管表面。但在高温条件下，由于其红外发射率随温度上升明显升高，导致集热器热损失明显上升，热效率显著下降。对于太阳能的中高温利用，需要一种吸收率高、发射率低、热稳定性好，而且工艺简便的选择性吸收涂层。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的太阳能选择性吸收涂层制备工艺复杂，使用温度低，热稳定性差的缺陷，提供一种制备工艺简单，综合吸热效果良好的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

本发明的第一方面，提供一种太阳能选择性吸收涂层，所述太阳能选择性吸收涂层由下而上依次包括基底层、红外反射层、第一吸收层、第二吸收层和减反射层，其中，所述红外反射层为钨薄膜层，厚度100nm-200nm；所述第一吸收层为钨+氧化钨膜，厚度50-80nm，钨含量高，为55-65wt%，该层也称高掺杂层；所述第二吸收层为钨+氧化钨膜，厚度50-80nm，钨含量低，为25-35wt%，该层也叫低掺杂层；减反射层为Al2O3薄膜层，厚度25-45nm。

其中，所述基底层为铜片、不锈钢片、玻璃片或硅片；也可以是抛光的铜片、抛光的不锈钢片、抛光的玻璃片、抛光的硅片。

其中，所述红外反射层的厚度为120nm-150nm，较佳地，为120nm。

其中，所述第一吸收层的厚度为60nm-70nm。

其中，所述第二吸收层的厚度为60nm-70nm。

其中，减反射层为厚度30-40nm。

本发明的第二方面，提供第一方面所述的太阳能选择性吸收涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：

（a）对基底进行前处理；

 (b)在基底上形成钨薄膜层作为红外反射层；

 (c)在所述红外反射层上形成钨+氧化钨膜高掺杂层作为第一吸收层；

（d）在所述第一吸收层上形成钨+氧化钨膜低掺杂层第二吸收层；