[發明專利]一種太陽能中高溫選擇性吸收涂層

無效

• 申請號: 201210214296.8
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102734961A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 侯乃升;徐剛;熊斌;呂錫山
• 申請（專利權）人: 四川中科百博太陽能科技有限公司
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;B32B9/04;C23C14/35;C23C14/14
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明屬于太陽能熱利用技術領域，特別涉及利用磁控濺射沉積技術制備的太陽能中高溫選擇性吸熱涂層。

技術背景

太陽能選擇性吸熱涂層是在太陽光譜范圍（0.3~2.5微米）具有較高的吸收率，在紅外區域（2~50微米）具有低的發射率ε，它能把低能量密度的太陽能轉換成高能量密度的熱能，把太陽能收集起來，提高太陽能光熱轉換效率。

太陽能吸熱涂層被應用到太陽能集熱設備上，分為低溫，中溫和高溫利用涂層。工作溫度越高，其熱轉化效率也就越高，太陽能熱利用朝中高溫方向發展是必然的趨勢。當今我國在中低溫太陽能吸熱涂層的制備方面已經具備成熟的技術。Al/AlN漸變涂層和SS-AlN干涉吸收涂層已經在真空管太陽能熱水器領域大面積推廣使用。但是在中高溫熱利用領域，我國在涂層制備方面技術仍不成熟，研制具有高溫穩定性能的太陽能吸熱涂層是太陽能熱利用領域工作者努力的方向。

根據吸收太陽光的原理和膜層結構的不同，選擇性吸收膜層的基本類型有半導體膜層；干涉膜層；多層漸變膜層；金屬-陶瓷膜層；多孔膜層。Mo-Al₂O₃,W-Al₂O₃等體系的吸收涂層已經在太陽能熱發電領域得到應用。但由于Mo和W在高溫下極易與氧發生反應，因此對應用過程中的真空環境提出了很高的要求。所以尋找比W和Mo更為抗氧化的替代物便成為新一代吸熱涂層的重要方向。

本專利中所述的鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鎳鉻、鈦鉻合金具有非常高的熔點以及好的耐氧化性能，是W、Mo等的理想替代物，制備金屬合金-介質母體結構的中高溫太陽能選擇性吸收涂層。

發明內容

本發明提供了一種在大氣環境中具有高穩定性的太陽能中高溫選擇性吸熱涂層。

本發明高穩定性的太陽能選擇性吸熱涂層，涂布在太陽能集熱元件上，涂層自基底向上由紅外反射層、吸收層、介質減反層組成，其特征在于所述的紅外反射層為合金層，吸收層為合金納米粒子和介質母體組成的合金介質母體復合結構。

所述紅外反射層是合金層，由合金靶通過磁控濺射制備，該合金是鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鎳鉻、鈦鉻中的一種。

所述吸收層由兩層具有不同摻雜濃度的合金納米粒子合金介質母體復合薄膜構成。每一層均選自鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鎳鉻、鈦鉻中的一種摻雜的合金介質母體結構，通過介質母體靶與合金靶共濺射制備。從紅外反射層向上依次是高吸收層和低吸收層，根據合金納米粒子摻雜濃度不同的高、低摻雜層分別對應高、低吸收層，高摻雜層的合金填充因子在0.22-0.58之間，低摻雜層的合金填充因子在0.05-0.22之間。所述介質母體靶是鋁、硅的氧化物或氮化物或氮氧化物。

所述介質減反層是鋁、硅的氧化物或氮化物或氮氧化物。通過鋁、硅的氧化物或氮化物或氮氧化物的介質母體靶直接濺射制備。

本發明中所述的鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鎳鉻、鈦鉻合金具有非常高的熔點以及好的耐氧化性能，是W、Mo等的理想替代物，制備合金-介質母體結構的中高溫太陽能選擇性吸收涂層。本發明涂層具有較高的熱穩定性，非常適合用太陽能中高溫利用。

附圖說明

圖1為本發明的太陽能選擇性吸熱涂層結構示意圖

附圖標記說明：1、基底；2、紅外反射層，3、高吸收層，4、低吸收層，5、介質減反層

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步說明。本發明中，以高吸收率和低發射率為目標進行優化，高吸收層和低吸收層的厚度均在35-80nm之間，而介質減反層的厚度在70-90nm之間。紅外反射層要求不透光，因此厚度在90-120nm之間。以下實施例僅用于說明本發明，而非限制本發明。

實施例1

膜層的制備采用磁控濺射的方式。濺射室安裝有兩個陰極靶，分別是鉻鋁合金靶，氧化鋁靶。在制備涂層的過程中，保持氧化鋁靶功率不變，通過改變合金靶的功率來調整吸收層的填充因子。首先在經過清洗的玻璃基片上制備100nm的鉻鋁合金層。然后同時開啟鉻鋁合金靶和氧化鋁陶瓷靶，先制備75nm厚度的高吸收層，填充因子為0.38。接著制備40nm厚度的低吸收層，填充因子為0.15。最后關閉鉻鋁合金靶，制備85nm的氧化鋁減反層。將涂層至于400攝氏度大氣環境中老化70小時后自然冷卻。測試結果表明吸收率為0.96，發射率為0.05，涂層具有良好的熱穩定性。

涂層的具體結構詳盡圖1所示。

實施例2