[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

本发明提供了一种太阳能选择性吸收涂层及制备方法，所述涂层由基底到表面依次设置为高红外反射层、多尺度金属陶瓷吸收层、光致发光层；所述基底为高红外反射层；所述多尺度金属陶瓷吸收层的金属相由一种或多种粒径为纳米～粒径为微米的金属颗粒组成，陶瓷相由一种或多种陶瓷复合组成；所述光致发光层位于涂层最上层，由稀土掺杂铌酸钾钠基陶瓷((K,Na)NbO₃)材料组成。本发明还公开了一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法。本发明涂层具有优良光学性能同时具备较好的热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，用于太阳能集热器，属于太阳能热利用和热发电技术领域。

背景技术

太阳能选择性吸收涂层是一种重要的能源材料，该涂层的光热转换性能直接决定太阳能热利用效率。目前成功商业化的太阳能选择性吸收涂层是利用磁控溅射制备的双层渐变吸收金属陶瓷选择性涂层，该涂层同时利用金属-电介质吸收和光干涉吸收原理提高涂层吸收效率，具有良好的吸收性能。但其会面临高温下原子扩散、涂层脱落等问题，且利用磁控溅射制备条件较为严格，需要较精确控制各层的厚度，限制了其在高温热发电中的应用。所以探索生产条件宽松、工艺简单且能制备出性能良好太阳能选择性吸收涂层的方法显得尤为重要。

涂层的结构不同，其吸收太阳光的机理也不同。金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层是微米或纳米金属颗粒均匀分布在介电陶瓷中的复合材料，其吸收机理是过渡性金属的带间跃迁和金属颗粒与陶瓷基体之间的共振吸收作用。纹理表面，是利用物理或化学手段在涂层表面制备出特殊的纹理，这些特殊纹理 在微观上的不平整性类似于光学陷阱，当波长较短的太阳光波通过陷阱时，在陷阱内经过多次反射吸收，从而提高涂层吸收率。利用多尺度金属颗粒和陶瓷材料复合，可简单有效地在涂层表面获得特殊纹理结构，从而得到纹理表面-金属电介质复合的双机理吸收涂层。

光致发光材料，该材料最早应用于太阳能电池领域，该材料能吸收近红外光获得能量发生能级跃迁而激发出电池可吸收的可见光，显著提高了太阳能电池的光吸收率，进而提高了光—电转换效率。将光致发光材料沉积在金属陶瓷选择性吸收涂层上，通过光致发光材料，将涂层不能吸收波段的光转换为涂层可吸收的太阳光，因此可实现涂层在较宽频率太阳光谱的吸收。由于无需对光致发光层厚度进行精确控制，降低了制备涂层的工艺难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺较为简单、成本较低，性能良好的金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，该涂层具有优良光学性能同时具备较好的热稳定性。

本发明采用的技术方案为：一种太阳能选择性吸收涂层，所述涂层由基底到表面依次设置为高红外反射层、多尺度金属陶瓷吸收层、光致发光层；

所述基底为高红外反射层，即为高红外反射特性金属片或管；

所述多尺度金属陶瓷吸收层的金属相由一种或多种粒径为纳米～粒径为微米的金属颗粒组成，陶瓷相由一种或多种陶瓷复合组成；

所述光致发光层位于涂层最上层，由稀土掺杂铌酸钾钠基陶瓷((K,Na)NbO₃)材料组成。

作为优选，所述基底为抛光高红外反射金属片或管。

作为优选，所述多尺度金属陶瓷吸收层金属相的金属包括但不限于Mo、Ni、W、 Fe、Al，陶瓷相的陶瓷包括但不限于SiO₂、Al₂O₃、TiC、TiN。

作为优选，所述光致发光层所掺杂稀土元素包括但不限于Er、Tm、Yb。

上述太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)制备多尺度金属陶瓷浆料；

2)用涂覆法将制得的金属陶瓷浆料沉积在高红外反射金属基底上，形成吸收层；