[發(fā)明專利]太陽能選擇性吸收涂層

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210279294.7
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN103574948A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 項(xiàng)曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 益科博能源科技（上海）有限公司
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;B32B15/04;B32B9/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能選擇性吸收涂層。

背景技術(shù)

太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，然而由于其到達(dá)地球后能量密度小，給大規(guī)模的開發(fā)利用帶來困難。這就決定了太陽能直接用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)前，必須提高太陽能的能量密度。太陽能選擇性吸收涂層對可見光的吸收率很高，而自身紅外輻射率很低，能夠把低品位的太陽能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能，對太陽能起到富集作用，太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，然而由于其到達(dá)地球后能量密度小，給大規(guī)模的開發(fā)利用帶來困難。這就決定了太陽能直接用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)前，必須提高太陽能的能量密度。太陽能選擇性吸收涂層對可見光的吸收率很高，而自身紅外輻射率很低，能夠把低品位的太陽能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能，對太陽能起到富集作用。因此，制備高效的太陽能選擇性吸收涂層是太陽能熱利用中的關(guān)鍵技術(shù)，對提高集熱器效率至關(guān)重要。

根據(jù)吸收原理和涂層結(jié)構(gòu)的不同，可以把選擇性吸收涂層分為以下幾種：①利用微觀粗糙的表面結(jié)構(gòu)，可吸收短波輻射，但對紅外輻射則產(chǎn)生鏡面反射，形成選擇性吸收；②利用多層膜之間的干涉效應(yīng)獲得選擇性吸收；③利用納米金屬-介電復(fù)合材料形成選擇性吸收層；④金屬-半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)：選擇禁帶寬度Eg較小的半導(dǎo)體，能量高于Eg的光子被吸收，能量低于Eg的光子（遠(yuǎn)紅外）則透過，而金屬對紅外光有良好反射性，從而形成光譜吸收選擇性。基于機(jī)制③的選擇性吸收材料是目前絕大部分有應(yīng)用價(jià)值的太陽能集熱器采用的方案。基于機(jī)制④的技術(shù)路線則在實(shí)際應(yīng)用中從未被采用，因?yàn)槌Ｒ姲雽?dǎo)體對太陽光譜的吸收率較低（<0.7），應(yīng)用于常見的平板或管式集熱器時(shí)。

迄今為止，國內(nèi)外大部分研究工作集中在低溫選擇性吸收涂層上，這些涂層的選擇性過渡區(qū)很寬，但能夠滿足低溫下的選擇性。例如，100℃時(shí)紅外發(fā)射光譜的峰值波長約為5-6微米，遠(yuǎn)離太陽輻射光譜波長，這些涂層的選擇性已足夠?qū)⑵浞珠_。然而，隨著溫度升高，紅外發(fā)射峰將逐漸趨近太陽光譜的尾部。在400℃條件下，選擇性吸收材料的紅外發(fā)射峰與太陽光譜有較多重疊，理想分隔波長為2微米左右，需要非常窄的過渡區(qū)才能將其分隔開。因此，由于半導(dǎo)體材料具有較窄的吸收過渡區(qū)，使得半導(dǎo)體-金屬串聯(lián)結(jié)構(gòu)的選擇性吸收涂層相對于傳統(tǒng)三維納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的選擇性吸收涂層具有明顯的優(yōu)勢。

對于半導(dǎo)體-金屬串聯(lián)的選擇性吸收涂層結(jié)構(gòu)，要求半導(dǎo)體吸收系數(shù)大且吸收邊陡，金屬熱發(fā)射系數(shù)低。目前，應(yīng)用最多半導(dǎo)體材料是硅，室溫下的吸收系數(shù)與發(fā)射系數(shù)之比可達(dá)到15％。但是硅的截止波長在1.1u?m左右，將不能吸收1.1um-2um之間的太陽光譜能，降低了吸收能量，因此限制了～的提高。

但是，上述多種現(xiàn)有的選擇性吸收涂層由于在高溫下吸收膜結(jié)構(gòu)分子被氧化而變形，抗氧化能力弱，從而導(dǎo)致太陽光吸收率低的缺點(diǎn)，無法應(yīng)用在150℃-600℃的高溫集熱器領(lǐng)域，因此，本領(lǐng)域迫切需要研發(fā)一種高熱吸收效率、低熱發(fā)射率、能夠應(yīng)用在高工作溫度集熱器上的太陽能選擇性吸收涂層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能選擇性吸收涂層，解決現(xiàn)有選擇性吸收涂層光譜過渡區(qū)較寬導(dǎo)致的高溫應(yīng)用受限的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了太陽能選擇性吸收涂層，包括金屬反射層和形成在金屬反射層上的半導(dǎo)體吸收層，金屬反射層為Al，半導(dǎo)體吸收層為Ge。

可選的，金屬反射層和半導(dǎo)體吸收層之間設(shè)有紅外透明氧化物層。

可選的，紅外透明氧化物層為Cr₂O₃、Al₂O₃或TiO₂。

可選的，金屬反射層下方設(shè)有粘附層，粘附層為Ni、Ti或Cr₂O₃。

可選的，半導(dǎo)體吸收層表面為微觀粗糙絨面。

可選的，微觀粗糙表面涂覆抗氧化保護(hù)層。

可選的，半導(dǎo)體吸收層表面設(shè)有1～3層增透膜。

可選的，2層增透膜依次覆蓋在導(dǎo)體吸收層表面，增透膜為Si₃N₄、SiO₂+SiN₄。

可選的，增透膜表面涂覆抗氧化保護(hù)層，抗氧化保護(hù)層為SiO₂。

可選的，其特征在于，選擇性吸收涂層涂覆在高光潔度的表面上。