[發明專利]一種太陽能中高溫選擇性吸熱涂層

有效

• 申請號: 201210214392.2
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102734956A
• 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: F24J2/46
• 分類號: F24J2/46;F24J2/48
• 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高穩定性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在太陽光譜范圍（0.3~2.5微米）具有較高的吸收率α,在紅外趨于（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。其中的金屬陶瓷膜層復合膜層，具有良好的熱穩定性，主要應用在中高溫領域。

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。

本發明涂層涂布在太陽能集熱元件的基底上，涂層自基底向上包括紅外反射層，吸收層，介質減反層。

底層的紅外反射層是鋁合金（M_xAl_1-x），其中M選自Si、Cr、Ni中的一種，x的變化范圍為0.25~0.65，其作用是反射紅外光譜，降低涂層的熱發射率。

所述吸收層是鋁合金填充的鋁合金的氮化物或氧化物或氮氧化物，，采取兩層或兩層以上疊加而成，各層分別選自（M_xAl_1-x）_y—M_xAl_1-xN，（M_xAl_1-x）_y—M_xAl_1-xO，（M_xAl_1-x）y—M_xAl_1-xON三種薄膜中的一種、兩種或三種，其中下標y代表該種Al合金在吸收層中的填充因子。從紅外反射層向上各層的Al合金在吸收層中的填充因子依次降低，依次從高吸收層過渡到低吸收層，實現漸變吸收。各單層吸收層的厚度在10~120nm之間。

（M_xAl_1-x）_y—M_xAl_1-xN吸收層的制備采用M_xAl_1-x合金靶與N₂反應共濺射；（M_xAl_1-x）_y—M_xAl_1-xO吸收層，其特征在于采用M_xAl_1-x合金靶與O₂反應共濺射；（M_xAl_1-x）_yM_xAl_1-xON吸收層的制備采用M_xAl_1-x合金靶在氮氧混合氣氛中反應共濺射。較低流量的反應氣體得到高吸收層，y值為0.2~0.6；較高流量反應氣體流量得到低吸收層，y值為0.05~0.2。

介質減反層采用AlN,SiO₂,Si₃N₄,Al₂O₃中的一種，其厚度在20~100nm之間。

本發明涂層制備時采用磁控濺射技術，在清洗后的玻璃或不銹鋼基片上制備選擇性吸熱涂層。基底金屬紅外反射層厚度不小于70nm。并通過改變反應氣體流量制備高吸收層和低吸收層，同時通過濺射時間調節各層厚度。最后在吸收層上濺射沉積20~100nm的減反層。

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。此外，該發明涂層制備工藝簡單，成本適中。

附圖說明

圖1為本發明所述太陽能吸熱涂層結構示意圖。底層表面為基底1，金屬反射層2，高吸收層3，中吸收層4，低吸收層5以及表面減反層6，其中3，4和5共同組成吸收層。