[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

本发明属于太阳能热利用技术领域，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

集热元件(HCE)是太阳能线性聚光集热器的组成部件。太阳能线性聚光集热器是太阳能光热发电电站的集热装置，通过用线性反射镜将太阳光聚集到一条焦线上。在这条焦线的位置放置集热元件，将太阳辐射转化成热。

集热元件已经实现商业化，典型结构是由一支钢管和与其同心安装的玻璃管构成。在钢管上镀选择性涂层以提高效率，玻璃管采用硼硅玻璃管，其上镀减反射涂层。玻璃管和钢管之间形成一个环形空间。为了进一步提高效率，这个环形空间于两端密封并抽真空。环形空间的密封是通过在钢管和硼硅玻璃管之间安装膨胀装置来实现的。膨胀装置通过金属连接环，一端与玻璃管相连，另一端与钢管相连。有了膨胀装置，钢管和玻璃管之间的线膨胀量差异问题得以解决。

选择性涂层应在太阳光谱内高吸收(低反射)，同时在集热元件适合的工作温度下高反射。涂层在反射率上的这种转变被称为边缘(edge)。要得到在高工作温度下高吸收、低发射，关键在于在目标截止波长上形成陡峭的边缘曲线。这个截止波长取决于选择性涂层的工作温度。工作温度越高，目标截止波长越低。选择性涂层包含红外反射层，红外反射层上面是太阳光吸收层。让吸收层对工作温度下黑体辐射尽可能透明是非常重要的。

做出更陡峭的边缘曲线，就可能创造出干涉效果。把吸收层分成数层，其中每一层的折射率不同，这样就能得到想要的干涉效果。在这些涂层的最外层再加上一层减反射层，能进一步提高吸收。

通过使边缘曲线更陡峭、采用发射率更低的红外反射层、减小截止波长，还可以得到高温下更低的发射率。然而，减小截止波长也会使得太阳光吸收降低，所以要进一步降低发射率，就必须使用发射率尽可能低的红外反射层。

为了达到上述效果，由于银具有较低的发射率，可以考虑用银作为红外反射层的材料，但是银具有集聚现象。集聚现象是指很薄的银红外反射层形成团簇的过程，这种现象会造成膜层里出现孔洞而损害其光学性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种太阳能选择性吸收涂层，具体技术方案如下：

一种太阳能选择性吸收涂层，涂布在太阳能集热元件的基底上，涂层从底层至表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层，红外反射层由内层向外层依次包括抗扩散阻隔层，沉积在所述抗扩散阻隔层上的抗集聚涂层及沉积在所述抗集聚涂层上的银层。

进一步地，所述吸收层至少包含两层陶瓷涂层，所述陶瓷层的单层厚度是30～80nm。

进一步地，上述陶瓷涂层掺入一种金属材料或半导体材料,如将氮化钛掺入氮化铝，或将钼掺入氧化铝。

进一步地，上述陶瓷层也可以是尖晶石材料，如氧化钴、氧化镍等。

进一步地，所述抗扩散阻隔层包括金属氧化物、金属氮化物和二氧化硅中的一种或多种。

进一步地，上述金属氧化物包括氧化锌、氧化铝；上述金属氮化物包括Ti_xN_y、Al_xTi_yN_z、Al_xSi_yTi_zN_m、Zr_xTi_yN_z。

进一步地，所述抗集聚层涂层包含铌、钨、钼、钽、钛或铼中的一种或多种金属。

进一步地，所述减反射层是一层或多层减反射层。

进一步地，上述减反射层包括金属氧化物和金属氮化物，所述金属氧化物包括氧化硅、氧化铝；所述金属氮化物包括氮化硅、氮化铝。

进一步地，在所述银层和所述吸收层之间，还包括一层抗扩散阻隔层，其作用是抗扩散。

进一步地，上述抗扩散阻隔层包括金属或半导体氧化物、金属或半导体氮化物、金属或半导体氮氧化物及二氧化硅；所述金属或半导体氧化物包括氧化铝、氧化铬；所述金属或半导体氮化物包括Al_xTi_yN_z；所述金属或半导体氮氧化物包括Ti_zAl_rSi_mN_xO_y，Ti_mCr_nN_xO_y。