本发明专利技术公开了一种高性能太阳能选择性吸收涂层及其制备方法与应用。所述高性能太阳能选择性吸收涂层，包括在基体上依次设置的TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层。本发明专利技术提供的高性能太阳能选择性吸收涂层具有较高的吸收率和较低的发射率，在高温环境下能够保持良好的光学性能，具有优良的高温稳定性，使用寿命较长。
【技术实现步骤摘要】
一种高性能太阳能选择性吸收涂层及其制备方法与应用
本专利技术涉及太阳能吸收涂层
，更具体地，涉及一种高性能太阳能选择性吸收涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，对于太阳能的有效利用是提高国民经济具有庞大的推动力。但太阳能也是一种低品质，低能量密度的能源，效率转化成为太阳能利用的一道屏障。因此，随着研究的推动，太阳能选择性吸收涂层应运而生。太阳能选择性吸收涂层是太阳能集热器的关键部位，选择良好的吸收涂层是提高太阳能利用效率的前提，优化选择性吸收涂层的结构是提高太阳能利用效率的关键。根据温度来分类，可分为低温选择性吸收涂层，中温选择性吸收涂层和高温选择性吸收涂层，其中低温选择性吸收涂层应用于太阳能热水器，中温太阳能选择性吸收涂层应用于大型太阳能热水器，高温选择性吸收涂层应用于太阳能发电装置上。由于在实际应用中，虽然大部分的研究者们可研究出高吸收率的太阳能选择性吸收涂层，但该涂层在高温环境下光学性能有限，使用寿命不长。因此，需要制备一种在高温环境下具有良好光学性能的太阳能选择性吸收涂层。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的太阳能选择性吸收涂层在高温环境下的光学性能有限的缺陷，提供一种高性能太阳能选择性吸收涂层。该高性能太阳能选择性吸收涂层具有较高的吸收率和较低的发射率，在高温环境下能够保持良好的光学性能，具有优良的高温稳定性，使用寿命较长。本专利技术的另一目的在于提供上述高性能太阳能选择性吸收涂层的制备方法。本专利技术的还一目的在于提供上述高性能太阳能选择性吸收涂层在制备太阳能热水器或太阳能发电装置中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高性能太阳能选择性吸收涂层，包括在基体上依次设置TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层；所述TiAlN层含有如下原子百分比的组分：Ti28～36％，Al22～29％，N38～45％；所述TiAlON层含有如下原子百分比的组分：Ti20～31％，Al20～26％，O15～25％，N25～35％；所述TiAlSiON层含有如下原子百分比的组分：Ti20～26％，Al15～20％，Si10～15％，O15～20％，N25～30％；所述TiAlSiO层含有如下原子百分比的组分：Ti18～27％，Al15～20％，Si25～30％，O25～35％；所述AlSiO层含有如下原子百分比的组分：Al30～40％，Si24～33％，O35～44％；所述TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层中金属的原子百分比依次减小。本专利技术提供的高性能太阳能选择性吸收涂层具有多层陶瓷金属纳米复合结构，包括以下单层：TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层、AlSiO层。TiAlN层和TiAlON层作为吸收层；TiAlSiON层作为应力过渡层，透明度较高，在吸收层和氧化层之间具有一定透过率，同时降低涂层体系的应力。TiAlSiO层作为氧化层，禁带宽度较大，提高涂层体系的耐高温氧化性能。AlSiO层作为减反层，具有增透性。从基体到表面的AlSiO层，金属的原子百分比依次减小，可见光的折射率依次减小，透过率逐渐增大。该高性能太阳能选择性吸收涂层具有较高的吸收率和较低的发射率，在高温环境下能够保持良好的光学性能，具有优良的高温稳定性，使用寿命较长。优选地，所述TiAlN层含有如下原子百分比的组分：Ti28～35％，Al25～29％，N39～43％。更优选地，所述TiAlN层含有如下原子百分比的组分：Ti35％，Al25％，N40％。优选地，所述TiAlN层的厚度为30～60nm。更优选地，所述TiAlN层的厚度为30nm。优选地，所述TiAlON层含有如下原子百分比的组分：Ti24～30％，Al23～25％，O16～20％，N29～33％。更优选地，所述TiAlON层含有如下原子百分比的组分：Ti30％，Al25％，O16％，N29％。优选地，所述TiAlON层的厚度为50～80nm。更优选地，所述TiAlON层的厚度为50nm。优选地，所述TiAlSiON层含有如下原子百分比的组分：Ti21～26％，Al18～20％，Si12～15％，O18～20％，N25～28％。更优选地，所述TiAlSiON层含有如下原子百分比的组分：Ti26％，Al18％，Si12％，O18％，N26％。优选地，所述TiAlSiON层的厚度为60～100nm。更优选地，所述TiAlSiON层的厚度为65nm。优选地，所述TiAlSiO层含有如下原子百分比的组分：Ti20～24％，Al16～20％，Si28～30％，O32～35％。更优选地，所述TiAlSiO层含有如下原子百分比的组分：Ti24％，Al16％，Si28％，O32％。优选地，所述TiAlSiO层的厚度为60～80nm。更优选地，所述TiAlSiO层的厚度为60nm。优选地，所述AlSiO层含有如下原子百分比的组分：Al30～34％，Si24～30％，O37～42％。更优选地，所述AlSiO层含有如下原子百分比的组分：Al31％，Si30％，O39％。优选地，所述AlSiO层的厚度为70～100nm。更优选地，所述AlSiO层的厚度为80nm。优选地，所述基体为不锈钢基体。不锈钢基体在红外区或远红外区具有高反射率，具有红外反射层的作用。本专利技术同时保护上述高性能太阳能选择性吸收涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1.在基体表面沉积TiAlN层；S2.在步骤S1中的TiAlN层上沉积TiAlON层；S3.在步骤S2中的TiAlON层上沉积TiAlSiON层；S4.在步骤S3中的TiAlSiON层上沉积TiAlSiO层；S5.在步骤S4中的TiAlSiO层上沉积AlSiO层。本领域常规的沉积方法及控制条件均适用于本专利技术。调控沉积条件以获得特定的组分及厚度。优选地，步骤S1～S5中利用物理气相沉积技术进行沉积。更优选地，所述物理气相沉积技术为中频磁控溅射技术。制备方法中采用工业化生产中广泛采用的中频磁控溅射技术，容易实现工业化生产。优选地，步骤S1中所述沉积的条件为：通入N2并调整工作气压为0.5～1.2Pa，温度为300～500℃，开启Ti靶材和Al靶材，开启中频电源并调整功率为100～500W。更优选地，步骤S1中所述沉积的条件为：通入N2并调整工作气压为0.5Pa，温度为300℃，开启Ti靶材和Al靶材，开启中频电源并调整功率为100W。优选地，步骤S2中所述沉积的条件为：通入N2和O2并调整O2∶N2为1∶3～3∶1，工作气压为0.5～1.5Pa，温度为300～500℃，溅射功率为400～1000W。更优选地，步骤S2中所述沉积的条件为：通入N2和O2并调整O2∶N2为1∶3，工作气压为0.6Pa，温度为300℃，溅射功率为400W。优选地，步骤S3中所述沉积的条件为：开启Si靶材，调整射频功率为200～500W。更优选地，步骤S3中所述沉积的条件为：开启Si靶材，调整射频功率为200W。优选地，步骤S4中所述沉积的条件为：关闭N2，保持通入O2。优选地，步骤S5中所述沉积的条件为：关闭Ti靶材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，包括在基体上依次设置的TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层；所述TiAlN层含有如下原子百分比的组分：Ti 28~36%，Al 22~29%，N 38~45%；所述TiAlON层含有如下原子百分比的组分：Ti 20~31%，Al 20~26%，O 15~25%，N 25~35%；所述TiAlSiON层含有如下原子百分比的组分：Ti 20~26%，Al 15~20%，Si 10~15%，O 15~20%，N 25~30%；所述TiAlSiO层含有如下原子百分比的组分：Ti 18~27%，Al 15~20%，Si 25~30%，O 25~35%；所述AlSiO层含有如下原子百分比的组分：Al 30~40%，Si 24~33%，O 35~44%；所述TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层中金属的原子百分比依次减小。
【技术特征摘要】
1.一种高性能太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，包括在基体上依次设置的TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层；所述TiAlN层含有如下原子百分比的组分：Ti28~36%，Al22~29%，N38~45%；所述TiAlON层含有如下原子百分比的组分：Ti20~31%，Al20~26%，O15~25%，N25~35%；所述TiAlSiON层含有如下原子百分比的组分：Ti20~26%，Al15~20%，Si10~15%，O15~20%，N25~30%；所述TiAlSiO层含有如下原子百分比的组分：Ti18~27%，Al15~20%，Si25~30%，O25~35%；所述AlSiO层含有如下原子百分比的组分：Al30~40%，Si24~33%，O35~44%；所述TiAlN层、TiAlON层、TiAlSiON层、TiAlSiO层和AlSiO层中金属的原子百分比依次减小。2.根据权利要求1所述的高性能太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述TiAlN层含有如下原子百分比的组分：Ti28~35%，Al25~29%，N39~43%。3.根据权利要求1所述的高性能太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述TiAlN层的厚度为30~60nm。4.根据权利要求1所述的高性能太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述TiAlON层含有如下原子百分比的组分：Ti24~30%，Al23~...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹长伟，田灿鑫，梁枫，李松权，谢伟，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44
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