[发明专利]一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光热转换技术领域，具体是一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法。

背景技术

太阳能具有分布广泛、取之不尽、用之不竭的优点，并且可以做到对环境几乎没有任何污染，是真正意义上的可持续的清洁能源。对太阳能的利用，目前主要集中在光热转换和光电转换两大类。太阳能集热器是用来吸收太阳辐射并使之转化为热能的光热转换装置。目前市场上有很多种太阳能集热器，最常见的是全玻璃真空管太阳能热水器，但它有无法承压、易爆裂、维修率高，使用寿命短等缺点。不适应人们对未来太阳能集热器的要求。

平板太阳能集热器的发展满足了人类对未来太阳能集热器的要求。其具有光热转换快，热效率高，寿命长等优点。而太阳能选择性吸收膜系的结构及其制备方法，则是平板太阳能集热器的核心技术。

太阳能选择性吸收膜系是太阳能光热转换的关键，随着太阳能集热元件的发展，对膜系提出了越来越高的要求。太阳能选择性吸收膜系要求在太阳光谱（300nm～2500nm）具有高吸收率，红外波段（>2500nm）具有低发射率的光学性能。由于集热板芯的膜系长期处在与自然环境直接接触的条件下工作，因而，要求集热板芯的膜系，必须具备良好的耐热性能和耐候性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法，该膜系的膜层不易脱落，使用寿命长，膜系吸收能力强，并具有优良的耐蚀耐磨性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种太阳能选择性吸收膜系，包括金属基底，所述金属基底的顶面呈凹凸不平的微结构，金属基底的顶面沉积有TiAlN吸收阻隔层，TiAlN吸收阻隔层上沉积有TiNxOy吸收层，TiNxOy吸收层上沉积有SiO₂减反层，SiO₂减反层上沉积有AlN减反保护层。

进一步的，所述金属基底为厚度0.3mm的银箔片，所述TiAlN吸收阻隔层的厚度为30～50nm，所述TiNxOy吸收层的厚度为100～150nm，所述SiO₂减反层的厚度为30～50nm，所述AlN减反保护层的厚度为30～50nm。

本发明还一种太阳能选择性吸收膜系的制备方法，包括以下步骤：

a)清洗金属基底，并用高压N₂气吹干；

b)采用反应离子束技术对清洗后金属基底的顶面进行刻蚀，使所述金属基底顶面呈凹凸不平的微结构；

c)在具有微结构的金属基底顶面通过磁控溅射沉积TiAlN吸收阻隔层，磁控溅射本底真空≤9×10^-4Pa，工作压强4～6×10^-1Pa，直流溅射功率75～100W，靶材为TiAl合金靶，溅射工艺气体Ar流量20～30sccm，反应气体N₂流量5～10sccm，沉积的TiAlN吸收阻隔层厚度为30～50nm；

d)在TiAlN吸收阻隔层上通过磁控溅射沉积TiNxOy吸收层，磁控溅射本底真空≤8×10^-4Pa，工作压强3.5～5.5×10^-1Pa，直流溅射功率100～150W，靶材为Ti靶，溅射工艺气体Ar流量20～30sccm，反应气体O₂流量2～5sccm，反应气体N₂流量5～10sccm，沉积的TiNxOy吸收层厚度为100～150nm；

e)在TiNxOy吸收层上通过磁控溅射沉积SiO₂减反层，磁控溅射本底真空≤9×10^-4Pa，工作压强4～6×10^-1Pa，射频溅射功率40～80W，靶材为Si靶，溅射工艺气体Ar流量20～30sccm，反应气体O₂流量5～7sccm，沉积的SiO₂减反层厚度为30～50nm；

f)在SiO₂减反层上通过磁控溅射沉积AlN减反保护层，磁控溅射本底真空≤9×10^-4Pa，工作压强4～6×10-1Pa，直流溅射功率75～100W，靶材为Al靶，溅射工艺气体Ar流量20～30sccm，反应气体N₂流量5～10sccm，沉积的AlN减反保护层厚度为30～50nm，得到最终的太阳能选择性吸收膜系。