[发明专利]一种高掺杂MoOx基光热转换涂层及其制备方法

说明书

本发明提供的一种高掺杂MoO_x基光热转换涂层及其制备方法，包括基底上按照由下至上的顺序依次设置的高吸收层和减反射层；高吸收层为高金属Mo纳米颗粒掺杂的MoO_x复合薄膜，其采用单钼靶的磁控溅射技术来制备，在制备过程中，氧气来源于残余的空气，非常有限的氧原子仅仅与少数的钼原子反应形成氧化钼，形成一种吸收涂层；减反射层为介质性质的MoO_x和SiO₂层；这种双层的梯度结构，由于光的干涉作用，该梯度结构能有效吸收太阳光，增强涂层的光吸收效率；这种双层的MoO_x基涂层具有结构简单，制备成本低，易扩展的特点，简化了涂层的制备工艺，适用于低价、大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及太阳能光热转换技术领域，具体涉及一种高掺杂MoO_x基光热转换涂层及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的高速发展，对石油，天然气和煤等化石燃料的需求日益增长，然而化石燃料的消耗会对环境造成严重的影响，威胁人类的生存发展，能源环境问题已然成为全球关注的重要问题之一，开发可替代的新能源迫在眉睫。太阳能作为一种清洁无污染的可再生自然能源，可以视为解决环境污染和能源消耗危机的潜在解决方案。在光热转换技术领域中，为了能够从太阳辐射能中捕获更多的能量，近年来各个领域的学者，不断探索并开发性能优异的光热转换材料，将其研究应用到不同的方向中，使其成为了光热转换利用技术领域中一项十分活跃的研究课题。目前，大多数的光热转换涂层的结构设计中，通常都涉及到一个复杂的多层结构，例如3层的“电介质-金属-电介质”叠堆结构，4层的双“金属陶瓷”基涂层结构，多个介质层和金属层的串联的光学干涉结构，光学性能渐变的金属氮化物/氮氧化物多层结构等。然而，上述提到的这些涂层结构的制备工艺都非常复杂，需要使用两个靶材甚至多个靶材的共溅射技术，这使得涂层的制备成本非常高，并且复杂结构设计使得涂层的扩展性较差，也不利于大规模化的商业化生产。总的来说，寻求一种结构工艺简单、成本低廉且光学性能优异的太阳能光热转换涂层，具有非常重要的应用前景。

众所周知，本征吸收材料主要是反映了材料本身内在的光学吸收特性，在自然界中除了半导体材料之外，一些过渡族金属及其氧化物，碳化物和硼化物等，也都具有非常好的本征吸收特性，但是单层的本征吸收薄膜在可见光波长范围内的光热效率并不理想。一般来说，在吸收层的表面引入一个减反射层能够有效地促进光热涂层的光吸收能力，这是由于薄膜的相消干涉作用，降低了整个膜系的反射损失，使更多的太阳光入射到涂层表面，被光热涂层吸收。近几年，一些学者基于单层的金属碳化物和硼化物的本征吸收特性，制备了结构简单的双层光热转换涂层，也显示了非常好的光学吸收性能。然而，制备这些涂层的碳化物和硼化物的靶材通常都比较昂贵，非常不适合于低价和大面积的工业化生产，对廉价的性能优异的吸收材料仍然是迫切需求的。

类似地，过渡族金属钼(Mo)具有非常高的熔点，显示了低的热膨胀系数和高的红外反射特性，但是单层的Mo薄膜在可见光波长范围内的光热效率并不理想，目前在光热转换涂层的设计中，Mo主要是被用于红外金属反射层或者掺杂到吸收层中，如Mo-Al₂O₃，Mo-SiO₂，NbMoON，MoAlN等。

同时，单一的掺杂MoO_x薄膜具有高的吸收特性，但是其吸收限波长比较短，在可见光区域的吸收并不理想，其光热转换效率比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高掺杂MoO_x基光热转换涂层及其制备方法，解决了现有的复杂的多层结构的光热转换涂层，涉及到的制备工艺复杂，制备成本昂贵，且不利于大规模的工业化生产的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：