[发明专利]准光学微腔结构太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明属于材料制备技术领域，提供了一种高温稳定的准光学微腔结构太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。所述涂层由下而上依次是金属红外反射层、准光学微腔吸收体、光学减反层部分三部分，所述涂层材料含有金属W，电介质Al₂O₃和SiO₂，衬底为机械抛光的不锈钢304，易于制备获得。相对于已知涂层具体以下优点：(1)太阳吸收率高；(2)高温稳定性好；(3)光谱吸收范围易于调节，易于产业化应用。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，提供了一种高温稳定的准光学微腔结构太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

长期以来，能源问题都尤为重要，太阳能作为传统能源的替代能源之一，其具有清洁无污染、储量大等优点。最常见的太阳能利用技术可大致分为光热和光伏两种。其中，光热技术具有能源利用率高、成本低、设备简单等诸多优势。太阳能光热转换技术以热能的形式对太阳能进行吸收利用被广泛应用在太阳能热水器、太阳冷却系统和集中式太阳能发电系统(CSP)中。太阳能的光热技术不仅是太阳能技术的另一种利用方 式，更是弥补了光伏发电的固有缺陷，适用于现今已有的能源建设体系，是一种行之有效的新能源应用策略。在光热转换系统中，核心部位之一为太阳能选择性吸收涂层，具有对太阳光较高的吸收率(α)，同时保持尽可能低的热发射率(ε)，其作用是对太阳光进行吸收并转化为热能用于加热液体，使其形成高温蒸汽驱动电机发电，其性能的好坏直接决定了光热转换系统性能的优异。

太阳能选择性吸收涂层太阳能选择性吸收涂层可分为以下六大类：1)本征吸收型涂层；2) 多层膜型吸收涂层；3)金属-半导体串联型吸收涂层；4)表面织构型吸收涂层；5)选择性透射和类黑体吸收型涂层；6)金属陶瓷型吸收涂层。近年来，由于多层膜型选择性吸收涂层和金属陶瓷型选择性吸收涂层性能优异而被更加广泛的研究。

太阳能的光热利用主要任务是提高其光热转换效率和热稳定 性，而这两个性能指标直接由太阳光选择性吸收涂层的太阳光吸收率α、热发射率ε以及其稳定性决定。因此，太阳能光热利用技术主要研究集中在如何提高太阳光吸收率α、如何降低热发射率ε以及如何提高其高温稳定性。

目前，太阳能光热转换技术的主要应用包括：太阳能热水器、干燥器、温室与太阳房、太阳灶、采暖和制冷、海水淡化装置、太阳能热发电装置和高温太阳炉等。其中太阳能热水器是太阳能热利用中应用最广泛、产业化发展最迅速的领域。

太阳能光热转换技术主要应用于中低温领域(400℃)，与相对成熟的低温吸收涂层技术相比，研发中高温选择性吸收涂层面临着更大的挑战，如涂层在高温下循环使用后光学性能变差，光热转换效率变低等。解决这些问题，需要对材料、结构以及制备工艺进行更深入、系统地研究和分析。

如已经报导的专利CN102954611A、CN102653151A、CN102286720A、CN106167892A、CN103572233A等均研究了双层金属陶瓷结构的选择性吸收涂层，其缺点在于：随温度的升高，涂层中金属原子的扩散会对涂层的光学性能产生影响，造成吸收率下降、发射率升高。也就是存在高温稳定性等问题。

因此如何提高吸收涂层的吸收率，降低涂层的发射率，并使涂层具有良好的耐高温和耐候性能，是选择性吸收涂层制备的考虑方向。

已有技术存在的主要问题包括：

(1)研究单一，主要集中在多层膜型和金属陶瓷型吸收涂层；

(2)热稳定性有待提升；

(3)光谱选择性调节难。

发明内容

鉴于现有技术存在的问 题，本发明提供了一种高温稳定的准光学微腔结构太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。