[發明專利]用于生產高溫接收器太陽能裝置的基底的光學選擇性涂層的方法及獲得的相關材料

有效

• 申請號: 201380049187.8
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN104755649B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 圭多·斯帕諾;C·拉扎利;M·瑪爾拉
• 申請（專利權）人: 艾尼股份公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/34;C23C28/00;F24J1/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 張瑞,鄭霞

本發明涉及一種用于生產用于在高溫下進行操作的適合于在電能生產廠中吸收太陽輻射的接收器裝置的基底的光學選擇性涂層的方法。

在集中式太陽熱能發電廠中，太陽輻射被集中于接收器裝置上，該接收器裝置使其轉換成由熱載體流體(thermovector fluid)儲存的熱能。為了優化能量轉換過程，此裝置必須能夠經受高溫、最大化太陽輻射的吸收并且同時由于高溫而最小化輻射發射的能量損耗。

為了此目的，接收器可以覆蓋有具有合適的配方的薄涂層，該薄涂層具有特殊的光學特性并且在電磁波譜范圍內對接收器給出高的吸收率，電磁波譜范圍包括太陽輻射和紅外熱輻射范圍內的低發射率。這種材料的光學特性必須傾向于理想模型并且在太陽輻照度范圍內由100％吸收率(α＝l，反射率0％)表示且在熱發射率范圍內由發射率0％(ε＝0，反射率100％)表示。在考慮光譜范圍的情況下，這些性能的這種顯著不連續的理想定位取決于操作溫度并且被便利地定位在約2微米(2,000納米)的波長處。

當前在世界上操作的太陽能發電廠在高至約400℃的溫度下操作，但是為了確保發電廠的總效率，它們傾向于被增加到高至550℃或更高。

溫度的增加與一系列技術問題相沖突，這些問題之一確定地由接收器裝置的涂層的耐熱性、耐化學性和耐機械性以及另外的光學效率表示，如前所述的光學效率需要高的太陽能吸收率和最小的熱發射率。

C.E.Kennedy的“Review of Mid-to High-Temperature Solar Selective Absorber Materials”(NREL Technical Report 520-31267,2002年7月)提供了用于生產選擇性涂層的技術方案的廣泛分析，還集中于這些裝置可以操作的溫度。

在最感興趣的解決方案中，提到了基于“金屬陶瓷(CERMET)”的多層涂層：金屬陶瓷是分散至陶瓷基體中的金屬的納米結構的復合材料。涂層的層具有數十/數百納米的厚度，并且通過入射輻射的折射部分和反射部分的干擾，引起了前面提到的光學性能的不連續性。

多層的構造通常由第一金屬反射層、一系列具有可變的折射指數的金屬陶瓷的兩個或更多個層以及最終的抗反射層構成，該抗反射層通常由例如SiO₂或已經用于復合材料中的相同的陶瓷材料組成。存在許多用于將這種多層沉積在接收器裝置上的方法，在工業實踐中，大多數便利且有效的方法都由等離子體蒸發(濺射)組成。

在WO-2009/051595中，即使在純粹的規劃階段中，大量的氧化物和陶瓷例如TiO₂、HfO₂、Y₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅以及再者結合有Au、Ag、Ta、W、Mo的對應的硼化物、氮化物和氧氮化物被建議用于制備金屬陶瓷(CERMET)，開發各自的化學性能、熱性能和反射性能。在某些情況下，該研究進行直到使這些材料的可能組合理論模型化。特別地，關于組合W/ZrO₂的計算被呈現并且認為是有希望的，然而，其被模型化為金屬陶瓷多層并且不被模型化為金屬陶瓷(分散于陶瓷基體中的金屬)。同時，據斷言，對基于組分的物理化學特性的某些組合的預期興趣在理論模型化中未被證實(正如Pt/ZrO₂的情況)。實際上，該文件要求了復合材料(多層或金屬陶瓷)的權利，其中IR反射層是至少硅化鈦，任選地是貴金屬，且吸收層由金屬和半金屬的氧化物或氧氮化物組成。金屬氧化物可以是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo或W的氧化物。難熔金屬硅化物由至少一種具有式Ti_xSi_y的硅化鈦組成，其中x＝1,3,5,y＝1,2,4。

相同的推測標準存在于已經引用的綜述NREL Technical Report520-31267,2002年7月中。在表2中，列出了高溫材料，提供了基于其穩定性的等級。鋼基底上的金屬陶瓷W-Al₂O₃、Cu的基底上的W-A1N、不銹鋼上的ZrO_x/ZrC_x/Zr在這些材料中具有最高等級。