[發明專利]準光學微腔結構太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201910188508.1
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109883073B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 曹峰;伍作徐;張倩;劉一杰;魏東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: F24S70/225
• 分類號: F24S70/225;F24S70/30;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發明屬于材料制備技術領域，提供了一種高溫穩定的準光學微腔結構太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法。所述涂層由下而上依次是金屬紅外反射層、準光學微腔吸收體、光學減反層部分三部分，所述涂層材料含有金屬W，電介質Al₂O₃和SiO₂，襯底為機械拋光的不銹鋼304，易于制備獲得。相對于已知涂層具體以下優點：(1)太陽吸收率高；(2)高溫穩定性好；(3)光譜吸收范圍易于調節，易于產業化應用。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，提供了一種高溫穩定的準光學微腔結構太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法。

背景技術

長期以來，能源問題都尤為重要，太陽能作為傳統能源的替代能源之一，其具有清潔無污染、儲量大等優點。最常見的太陽能利用技術可大致分為光熱和光伏兩種。其中，光熱技術具有能源利用率高、成本低、設備簡單等諸多優勢。太陽能光熱轉換技術以熱能的形式對太陽能進行吸收利用被廣泛應用在太陽能熱水器、太陽冷卻系統和集中式太陽能發電系統(CSP)中。太陽能的光熱技術不僅是太陽能技術的另一種利用方 式，更是彌補了光伏發電的固有缺陷，適用于現今已有的能源建設體系，是一種行之有效的新能源應用策略。在光熱轉換系統中，核心部位之一為太陽能選擇性吸收涂層，具有對太陽光較高的吸收率(α)，同時保持盡可能低的熱發射率(ε)，其作用是對太陽光進行吸收并轉化為熱能用于加熱液體，使其形成高溫蒸汽驅動電機發電，其性能的好壞直接決定了光熱轉換系統性能的優異。

太陽能選擇性吸收涂層太陽能選擇性吸收涂層可分為以下六大類：1)本征吸收型涂層；2) 多層膜型吸收涂層；3)金屬-半導體串聯型吸收涂層；4)表面織構型吸收涂層；5)選擇性透射和類黑體吸收型涂層；6)金屬陶瓷型吸收涂層。近年來，由于多層膜型選擇性吸收涂層和金屬陶瓷型選擇性吸收涂層性能優異而被更加廣泛的研究。

太陽能的光熱利用主要任務是提高其光熱轉換效率和熱穩定 性，而這兩個性能指標直接由太陽光選擇性吸收涂層的太陽光吸收率α、熱發射率ε以及其穩定性決定。因此，太陽能光熱利用技術主要研究集中在如何提高太陽光吸收率α、如何降低熱發射率ε以及如何提高其高溫穩定性。

目前，太陽能光熱轉換技術的主要應用包括：太陽能熱水器、干燥器、溫室與太陽房、太陽灶、采暖和制冷、海水淡化裝置、太陽能熱發電裝置和高溫太陽爐等。其中太陽能熱水器是太陽能熱利用中應用最廣泛、產業化發展最迅速的領域。

太陽能光熱轉換技術主要應用于中低溫領域(400℃)，與相對成熟的低溫吸收涂層技術相比，研發中高溫選擇性吸收涂層面臨著更大的挑戰，如涂層在高溫下循環使用后光學性能變差，光熱轉換效率變低等。解決這些問題，需要對材料、結構以及制備工藝進行更深入、系統地研究和分析。

如已經報導的專利CN102954611A、CN102653151A、CN102286720A、CN106167892A、CN103572233A等均研究了雙層金屬陶瓷結構的選擇性吸收涂層，其缺點在于：隨溫度的升高，涂層中金屬原子的擴散會對涂層的光學性能產生影響，造成吸收率下降、發射率升高。也就是存在高溫穩定性等問題。

因此如何提高吸收涂層的吸收率，降低涂層的發射率，并使涂層具有良好的耐高溫和耐候性能，是選擇性吸收涂層制備的考慮方向。

已有技術存在的主要問題包括：

(1)研究單一，主要集中在多層膜型和金屬陶瓷型吸收涂層；

(2)熱穩定性有待提升；

(3)光譜選擇性調節難。

發明內容

鑒于現有技術存在的問 題，本發明提供了一種高溫穩定的準光學微腔結構太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法。