[發明專利]一種耐高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201710289087.2
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107190239A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 高祥虎;劉剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06;C23C14/08;F24J2/48
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司62002
• 代理人: 周瑞華

技術領域

本發明涉及一種耐高溫太陽能選擇性吸收涂層，屬于太陽能熱發電和真空鍍膜技術領域。

背景技術

太陽能有兩種利用途徑：一種通過光電池把太陽輻射轉化為電能，常見的利用途徑是太陽能電池；另外一種通過太陽能集熱器把太陽輻射轉化為熱能，最簡單的就是居家使用的屋頂熱水器。利用太陽熱能發電目前已成為全球風險投資的一個重點領域，其原理是通過聚光裝置把太陽光線聚集在裝有某種液體的管道或容器。借助太陽熱能，液體被加熱到一定溫度，產生蒸汽然后驅動渦輪機發電，熱能轉化為電能。這種發電方式被人們稱為太陽能熱發電。近日，國家能源局批準在國內建設20個太陽能熱發電示范項目。該示范項目的建設，將極大推動太陽能熱發電技術。光譜選擇性太陽能吸收涂層是太陽能熱發電的核心材料，其要求該涂層具有高吸收率、低發射率和長期的熱穩定性能。

近年來，金屬陶瓷復合體系太陽能吸收涂層得到了廣泛的研究，如 Al-AlN、Mo-SiO₂、W-A1₂O₃、Cr-Cr₂O₃、Ni-A1₂O₃、Mo-A1₂O₃、Cr-A1₂O₃、Co-WC、W-Ni-A1₂O₃、Ag-A1₂O₃、Mo-Si₃N₄、Al-Ni-A1₂O₃、W-Ni-YSZ等。 其中Mo-SiO₂ 和Mo-A1₂O₃ 體系已被意大利Angelantoni-ENEA公司和德國Siemens公司成功商業化推廣。該涂層在工作溫度580℃下具有優異的光學性能和良好的長期熱穩定性。對于太陽能熱發電而言，高的工作溫度將極大提高光電轉換效率，因此，開發在更高溫度（大于600℃）下具有優異熱穩定性和光學性能的高溫太陽能吸收涂層具有重要的學術意義和實用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中的缺點而提供一種耐高溫太陽能選擇性吸收涂層。

本發明所述涂層吸收率高、發射率低、熱穩定性好，可用于光熱發電、重質油開采、海水淡化等工農業領域。

本發明的另一目的是提供上述耐高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法。

一種耐高溫太陽能選擇性吸收涂層，該涂層由下而上依次包括吸熱體基底、吸收層和減反射層；所述吸熱體基底為拋光不銹鋼片，所述的吸收層材料為碳化鋯和稀土釔的復合物，所述的減反射層材料為氧化鋁。

所述吸收層復合物的厚度為240-300 nm。

所述吸收層復合物中稀土釔的原子百分比為0.1-1%。

所述減反射層的厚度為50-100 nm。

所述吸熱體基底的拋光不銹鋼片粗糙度值為0.5-2 nm。

上述耐高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下工藝步驟：

1）吸熱體基底的處理：將吸熱體基底去除表面附著的雜質后，分別在丙酮和乙醇中分別超聲清洗10-20分鐘，氮氣吹干，真空保存；

2）吸收層的制備：采用純度為99.99%的碳化鋯和純度為99.99%的稀土釔作為磁控濺射靶材；采用雙靶共濺射方法制備吸收層，其中碳化鋯采用直流磁控濺射，稀土釔采用射頻磁控濺射方法，將真空室預抽本底真空至1.0×10^-6-5.0×10^-6 Torr；調整碳化鋯靶材的濺射功率密度為4-8 W/cm^-2，稀土釔靶材的濺射功率密度為0.08-0.3 W/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為20-50 sccm，開始在吸熱體基底上沉積碳化鋯和稀土釔的復合物，厚度為240-300 nm；

3）減反射層的制備：吸收層制備完畢后，以純度99.99%的Al₂O₃作為磁控濺射靶材，控制Al₂O₃靶材的濺射功率密度在5-8 W/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為20-50 sccm，采用射頻磁控濺射在吸收層上濺射制備減反射層，厚度為50-100 nm；

所述步驟2）中吸收層濺射過程中吸熱體基底溫度為150-250℃。