[发明专利]一种双介质层太阳光谱选择性吸收薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双介质层太阳光谱选择性吸收薄膜及其制备方法。该薄膜由沉积在基底上的金属红外高反射层、吸收层和双介质减反射层依次组成，其中金属红外高反射层为纯金属Al、Cu或Cr中的一种；吸收层为金属和陶瓷复合材料构成的多亚层结构；双介质减反射层包括第一介质减反射层和第二介质减反射层，第一介质减反射层为CrAlO或Cr₂O₃，第二介质减反射层沉积在第一介质减反射层之上，为SiAlO、SiAlN、SiO₂、Si₃N₄中的一种。其制备方法为：采用直流或中频反应溅射制备薄膜，针对不同的膜层材料通过控制气体流量和溅射功率控制其成分和含量。本发明的薄膜具有结构简单、光学性能优良、耐候性强等特点，尤其适用于平板型太阳能集热器。

技术领域

本发明涉及一种双介质层太阳光谱选择性吸收薄膜及其制备方法，特别涉及到使用磁控反应溅射的方法制备适用于平板型集热器高性能太阳光谱选择性吸收薄膜，属于太阳能热利用材料技术领域。

背景技术

在太阳能光热中低温利用领域，平板型太阳能集热器结构简单、运行可靠、成本低廉，与真空管集热器相比它还具有承压能力强、吸热面积大、安全性好等特点，是太阳能与建筑结合最佳集热器类型之一。近年来，随着城市高层住宅的兴起和太阳能建筑一体化建设的推进，平板型集热器的优势更加凸显，相关产业也得到了提速发展。

作为平板型集热器的核心技术，太阳光谱选择性吸收薄膜也完成了一系列革新，经历了从非选择性的普通黑漆到选择性的硫化铅、金属氧化物涂料，从黑镍、黑铬到铝阳极化薄膜等一代接一代的更新换代过程，目前正在逐渐摆脱湿法化学镀膜，开始向物理溅射镀膜方式的转变。采用物理法制备太阳光谱选择性吸收薄膜一方面避免了对环境造成的污染，另一方面可以获取性能更佳的选择性吸收薄膜。

专利文献CN8510042涉及一种Al-N/Al选择性吸收薄膜，该薄膜可采用单个技术Al靶反应溅射制备，工艺简单、成本低，薄膜的吸收率可达0.93，发射率0.06(100℃)。在中低温太阳能真空集热管上得到了广泛应用。但该薄膜在大气环境下工作极易被蒸气破坏，而且热稳定性较差，不适用平板型集热器。

专利文献CN102615879A涉及一种NiCr系选择性吸收薄膜，采用直流磁控溅射生产成本低，工艺简单，薄膜有较好耐候性能，但是光学性能不太理想。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，其目的在于提出一种双介质层太阳光谱选择性吸收薄膜，该薄膜具有结构简单、光学性能优良、耐候性强等特点，尤其适用于平板型太阳能集热器。

本发明的另一目的在于提供一种所述双介质层太阳光谱选择性吸收薄膜的制备方法，该方法易于实现且调控简单。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双介质层太阳光谱选择性吸收薄膜，该薄膜由沉积在基底上的金属红外高反射层、吸收层和双介质减反射层依次组成，其中金属红外高反射层为纯金属Al、Cu或Cr中的一种；吸收层为金属陶瓷复合材料构成的多亚层结构；双介质减反射层包括第一介质减反射层和第二介质减反射层，第一介质减反射层为CrAlO或Cr₂O₃，第二介质减反射层沉积在第一介质减反射层之上，为SiAlO、SiAlN、SiO₂、Si₃N₄中的一种。

优选地，所述吸收层具有金属的体积分数由高到低逐层渐变的多亚层结构，金属的体积分数为0.1-0.8。

优选地，所述吸收层是采用直流磁控溅射的方法将金属粒子掺杂在陶瓷基体中形成的，金属为纯铬，陶瓷材料为CrAlO、SiAlO、SiAlN、Cr₂O₃、SiO₂、和Si₃N₄中的一种或多种。