[发明专利]高太阳能加权反射率聚合物膜反射器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月8日提交的美国申请第13/790,099号的权益和优先权，其全部内容在此以引证的方式纳入本说明书。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

本发明是在能源部授予的奖项DE-EE0003584.000和DE-SC0009224TDD下通过政府支持完成的。政府对本发明享有一定权利。

背景技术

本发明属于反射膜领域。本发明通常涉及一种用于反射大部分入射太阳辐射例如用于聚集太阳能应用中的改进的太阳能反射器。

太阳能反射器的总反射率主要取决于太阳能反射器中有源反射材料的反射效率，该反射效率作为入射太阳电磁辐射的波长的函数。早期的薄膜反射器纳入薄铝膜作为有源反射器。例如，1981年12月21日发布的关于耐候性太阳能反射器的美国专利4,307,150公开了一种包含沉积于柔性聚酯支撑板上的铝表面的太阳能反射器。之后，利用银薄膜反射器，这是因为对于太阳光谱的大多数波长而言银的反射率比铝高。1987年2月24日发布的关于抗腐蚀银镜的美国专利4,645,714公开了一种包含沉积于聚酯支撑膜上的银表面的镜面反射镜膜。

最近，先进光学材料和结构被纳入至太阳能反射器中。例如，2012年1月19日出版的关于宽带反射器、聚集太阳能系统以及使用它们的方法的美国专利申请公开物US2012/0011850公开了一种宽带紫外线反射型多层光学膜，所述膜包括四分之一波长叠堆构型的较高和较低折射率材料的交替层(alternatinglayer)，对反射入射紫外线辐射进行优化。

发明内容

现有太阳能反射膜的简单性、效率和耐候性通过本发明得到改善。例如，公开了包括层的数量降低的反射薄膜构造，其提供了提高的太阳能加权半球反射率和耐久性。本发明的反射膜包括包含设置在金属层之上且任选地聚合物层之上的紫外线吸收耐磨涂层的那些反射膜。还公开了紫外线吸收耐磨涂层和用于优化耐磨涂层的紫外线吸收的方法。本文所公开的反射膜可用于太阳能反射、太阳能收集和太阳能聚集应用中，例如用于电能的产生。在一个实施方案中，本发明的反射膜在反射入射地面太阳辐射方面得到提高，所述提高与目前现有技术水平可用的太阳能聚合物膜反射器相比等于1％或更大。

在一方面，提供了多层反射膜。此方面的反射膜包含：粘合剂层；设置在粘合剂层之上且任选地与粘合剂层物理接触的金属层；设置在金属层之上且任选地与金属层物理接触的聚合物层；以及设置在聚合物层之上且任选地与聚合物层物理接触的耐磨层。此方面的另一反射膜包含：聚合物层；设置在聚合物层之上且任选地与聚合物层物理接触的金属层；设置在金属层之上且任选地与金属层物理接触的耐磨层；以及任选地设置在聚合物层之下且任选地与聚合物层物理接触的粘合剂层。任选地，耐磨层为涂层。任选地，耐磨层为硬涂层。

在一个实施方案中，耐磨层相对于入射太阳电磁辐射的路径而言为外层。在一个实施方案中，聚合物层相对于入射太阳电磁辐射的路径而言为内层，所述聚合物层直接或间接地位于耐磨层和金属反射层之间。在一个实施方案中，金属层相对于入射太阳电磁辐射的路径而言为内层，所述金属层直接或间接地位于耐磨层和聚合物层之间。

对于某些实施方案而言，在多层反射膜的外部设置耐磨层用于保护下面的层免于例如过度暴露于破坏性紫外线电磁辐射或暴露于可损害或以其他方式恶化下面的层的功能的磨损条件。任选地，耐磨层在电磁波谱的紫外线区域或近紫外线区域内具有截止波长(cut-offwavelength)。例如，对于某些应用而言，耐磨层具有小于385nm的截止波长，或者在某些实施方案中具有小于382nm或小于380nm的截止波长。任选地，耐磨层具有小于375nm、小于370nm、小于365nm、小于360nm、小于355nm或小于350nm或者选自355至385nm的范围或者选自350nm至365nm的范围的截止波长。

在实施方案中，提供截止波长小于385nm的耐磨层例如使耐磨层用作屏蔽层以减少或以其他方式防止下面的层暴露于过量的波长小于截止波长的电磁辐射。在实施方案中，使用具有这些性质的耐磨层使得例如反射和收集波长小于385nm的地面太阳电磁辐射—原本会被截止波长大于本文所述的耐磨层的截止波长的耐磨或紫外线屏蔽层吸收的电磁辐射。任选地，此方面的反射膜具有用于入射太阳电磁辐射的反射率光谱，所述入射太阳电磁辐射包括具有在385nm和截止波长之间的波长的电磁辐射的贡献。