[发明专利]高温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高温太阳能光谱选择性吸收涂层及其制备方法，高温太阳能光谱选择性吸收涂层包括吸热基底，吸热基底表面设有高温太阳能光谱选择性吸收涂层，高温太阳能光谱选择性吸收涂层由三层膜结构组成，三层膜结构由底部到顶部依次为红外反射层、复合吸收层和减反射层，复合吸收层包括高吸收亚层NiSiN膜层和低吸收亚层NiSiON膜层双层结构，该发明的高温太阳能光谱选择性吸收涂层复合吸收层包括高吸收亚层NiSiN膜层和低吸收亚层NiSiON膜层双层结构，可以保证涂层在400‑600℃高温环境下稳定工作，热稳定性好。

技术领域

本发明涉及槽式太阳能热利用技术领域，具体涉及不锈钢高温集热管用高温太阳能选择性吸收涂层。

背景技术

槽式太阳能热发电是目前技术较为成熟，具有广泛应用前景的太阳能热利用技术之一，其中真空集热管是槽式热发电系统的核心部件。高温环境下集热管的光热转换效率强烈依赖于太阳光谱选择性吸收涂层的光学性能和涂层材料的热稳定性。因此，研发出高效、耐久的太阳能光谱选择性吸收涂层是槽式热发电中的关键技术，对提高真空集热管性能至关重要。

适于真空集热管使用的太阳能光谱选择性吸收涂层须对可见-近红外(0.3～2.5μm)波段的太阳辐射具有高的吸收率(α)，同时在≥400℃高温环境下，在红外光谱范围(2.5～50μm)内具有低发射率(ε)，并且在高温环境下性能长期保持稳定。当前，国内外公开报道的高温太阳光谱选择性吸收涂层大都采用金属陶瓷材料作为吸收层。金属陶瓷材料的特征为金属纳米颗粒弥散在介质材料之中，通过调节厚度和金属体积分数，可以实现对太阳辐射的选择性吸收。研究者们开发的金属陶瓷光谱选择性吸收涂层如Ni-Al₂O₃、Mo-Si氧气、NiAl-Al₂O₃等，都表现出较高的吸收率(α≥90％)和低的反射率(ε≤15％，400℃)。然而，金属陶瓷吸收层内金属离子在高温环境中长期服役容易发生扩散及氧化等现象，从而造成涂层的性能出现严重退化。

为了进一步提高太阳光谱选择性吸收涂层的使用温度和高温环境下长期服役的稳定性，本发明从材料的本征特性出发，提出具有复合吸收层结构，使用NiSiN材料作为高吸收亚层，使用NiSiON材料作为低吸收亚层的太阳光谱选择性吸收涂层体系。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适于真空集热管使用的高温太阳能光谱选择性吸收涂层，该高温太阳能光谱选择性吸收涂层可以在400-600℃高温环境下工作，具有高的吸收率、低的发射率、热稳定性好；

本发明的另一目的是提供上述高温太阳能光谱选择性吸收涂层的制备方法，该制备方法工艺简单，适合大规模生产。

本发明的高温太阳能光谱选择性吸收涂层，所述高温太阳能光谱选择性吸收涂层制备在吸热基底表面上，所述高温太阳能光谱选择性吸收涂层由三层膜结构组成，所述三层膜结构由底部到顶部依次为红外反射层、复合吸收层和减反射层；

所述红外反射层由金属薄膜组成，所述红外反射层的膜层厚度为100～250nm；

所述复合吸收层由NiSi合金靶在氩气环境中、在氮气气氛及氮气和氧气混合气氛中溅射而成，所述复合吸收层由高吸收亚层和低吸收亚层组成，所述高吸收亚层的吸收特效高于所述低吸收亚层，所述高吸收亚层为NiSiN膜层，NiSiN膜层厚度为30～150nm，所述低吸收亚层为NiSiON膜层，NiSiON膜层厚度为40～150nm；

所述减反射层为NiSiO膜层，所述NiSiO膜层厚度为30～150nm。

进一步的，所述吸热基底为不锈钢材料。

进一步的，所述红外反射层由Mo、Ta、Al或W金属膜中的一种构成。

进一步的，所述NiSi合金靶的Ni质量含量为70％-90％，Si质量含量为10％-30％。