一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳光选择性吸收涂层领域，尤其是一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：基底层清洗；采用镀膜方法在所述基底层上制备红外反射层；采用镀膜方法在所述红外反射层上制备双结构吸收层；采用镀膜方法在所述双结构吸收层上制备减反层；所述的吸收层自下而上依次包括高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层，所述高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层均采用镀膜方法依次制备。所述吸收涂层由上述制备方法制备。所述涂层制备方法工艺简单、镀膜设备所需条件要求低，适用于大规模低成本生产。

【技术实现步骤摘要】
一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
本专利技术涉及光谱选择性吸收涂层领域，尤其是一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。
技术介绍
太阳光谱选择性吸收涂层是实现太阳能光热转换的核心材料，一方面，它在太阳光波段(0.3μm-2.5μm)具有高的吸收率，吸收太阳光能量将其转换为热能，另一方面，它在红外热辐射波段(2.5μm-50μm)具有低的辐射率，有效抑制辐射散热。衡量涂层选择性吸收性能的重要指标之一是太阳光谱吸收率α与红外辐射率ε(T)之比，α/ε，α/ε值越大越适合200℃以上的中高温应用。目前，太阳能集热器采用的光谱选择性涂层膜系结构一般可以概括为基底层/红外反射层/太阳光谱吸收层/表面减反射层。红外反射层为高导电率金属，对红外光谱有很高的反射率，是涂层获得低辐射性能的主要原因；表面减反层降低涂层与空气界面处太阳光的反射，使更多的太阳光能量进入吸收层，增加了太阳光谱吸收率，进而提高集热效率。目前市场上出现的选择性吸收涂层中吸收层材料主要有Cr2O3-Cr、AlN-Al(NiOx、TiN)、Al(Mo、W、Ni、Co)-Al2O3、Al2O3-Mo-Al2O3、NiCrNxOy，TiNxOy等，其中NiCrNxOy、TiNxOy使用较多。中国专利公开号CN1584445A中采用成分渐变NiCrNxOy，太阳光谱吸收率最高为92％，辐射率最低为10％，α/ε最大9.2；中国专利公开号CN101240944A、CN201196495Y中，通过精确调控氮氧比，获得吸收率96％，辐射率4％的基于多层梯度TiNxOy吸收的选择性涂层，α/ε(80℃)最大24，主要适合200℃以下的低温应用。Al(Mo、W、Ni、Co、NiOx、TiN)-Al2O3、Al2O3-Mo-Al2O3等金属陶瓷和薄金属干涉膜系的共同的特点是涂层高的吸收率和低的辐射率是通过严格控制复合材料成分，金属或金属氮化物颗粒尺寸、形状，或者金属薄膜生长过程中连续或不连续的岛状或其他形态结构等而获得的，制造工艺复杂，并且工艺稳定性对涂层性能影响较大，不容易获得性能优异的涂层，导致太阳光谱吸收率α高的同时(一般高于90％)，红外辐射率ε(T)也较高(一般高于5％，80℃)，而且从太阳光吸收到红外反射的过渡区较宽，红外辐射率ε(T)随温度上升较快(中高温区大于10％)，α/ε一般小于20。因此当涂层应用于聚焦比较低的集热器，普遍存在工作温度200℃以上时集热器光热转换效率较低的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层，该涂层辐射率低，太阳光谱吸收率α与红外辐射率ε(T)之比高，适合200℃以上的中高温应用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。通过一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：基底层清洗；采用镀膜方法在所述基底层上制备红外反射层；采用镀膜方法在所述红外反射层上制备双结构吸收层；采用镀膜方法在所述双结构吸收层上制备减反层；所述的吸收层自下而上依次包括高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层，所述高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层均采用镀膜方法依次制备。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，基底层清洗过程包括：首先，采用中性洗涤液对所述基底层进行初步清洗；然后，在通过射频离子源轰击，对所述基底层表面进行二次清洗，工作气体为惰性气体。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，所述镀膜方法为磁控溅射法。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备双结构吸收层时，选用的靶材为铬靶。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备红外反射层时，选用的靶材为铝靶、铜靶、金靶、银靶、镍靶或铬靶，工作气体为惰性气体；前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备减反层时，选用的靶材为硅靶、铝靶、钍靶、镝靶、铕靶、钆靶、钇靶、镧靶、镁靶或钐靶，工作气体为惰性气体和氧气。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备高折射率吸收亚层时，脉冲直流电源溅射功率为1400～1600w，工作气压为2～4mTorr，工作气体流量为40～60sccm，基片传输速率为0.6～1m/min，基片在靶下往返运动2～4次；前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备低折射率吸收亚层时，脉冲直流电源溅射功率为1400～1600w，工作气压为2～4mTorr，工作气体惰性气体流量为40～60sccm，工作气体N2流量为40～60sccm，工作气体O2流量为8～12sccm，基片传输速率为0.2～0.6m/min，基片在靶下往返运动4～7次。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备红外反射层时，脉冲直流电源溅射功率为1180-1240w，工作气压为4.8-5.2mTorr，工作气体流量为49-51sccm，基片传输速率为0.2～1.6m/min，基片在靶下往返运动2-4次。前述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，制备减反层时，脉冲直流电源溅射功率为1900-2050w，工作气压为4.8-5.2mTorr，工作气体惰性气体的流量为29-31sccm，工作气体O2流量为13-15.5sccm，基片传输速率分别为0.8～1.2m/min，基片在靶下运动8-14次。本专利技术的目的还可以通过以下技术方案来实现。通过一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层，所述双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层是由上述的制备方法制备的，包括：基底层；在基底层自下而上依次排布有红外反射层、双结构吸收层和减反层；所述的双结构吸收层自下而上依次包括高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层；其中：所述红外反射层的材料为导电金属。上述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；所述的红外反射层的材料为铝、铜、金、银、镍或铬；所述高折射率吸收亚层的材料为CrNx；所述低折射率吸收亚层的材料为CrNxOy；所述减反层的材料为SiO2、Al2O3、ThO2、Dy2O3、Eu2O3、Gd2O3、Y2O3、La2O3、MgO或Sm2O3；上述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层中，所述基底层的厚度为0.2～10mm；所述红外反射层的厚度为50～200nm；双结构吸收层的总厚度为45nm～125nm，其中：所述高折射率吸收亚层的厚度为25nm～55nm，低折射率吸收亚层的厚度为20nm～70nm；所述减反层的厚度为50～150nm。本专利技术的目的还可以通过以下技术方案来实现。通过一种集热器，包括壳体，在所述壳体上盖板，在所述盖板下方设有吸热层和保温层，所述吸热层为上述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层。借由上述技术方案，本专利技术提出的一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法至少具有下列优点：1)本专利技术公开的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层具有优异的光谱选择性。吸收-反射过渡区陡峭，选择性吸收涂层的中高温(200℃-400℃)辐射率ε低于3％，吸收率α较高(约90％)，α/ε高于现有商业产品，适用于低倍聚焦的中高温太阳能集热器。2)吸收层为内层高折射率吸收亚层与外层低折射率吸收亚层组成的双结构吸收层，且材料热稳定性良好。由于CrNx与CrNxOy具有中高温热稳定性良好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：基底层清洗；采用镀膜方法在所述基底层上制备红外反射层；采用镀膜方法在所述红外反射层上制备双结构吸收层；采用镀膜方法在所述双结构吸收层上制备减反层；所述的吸收层自下而上依次包括高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层，所述高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层均采用镀膜方法依次制备。

【技术特征摘要】
1.一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：基底层清洗；采用镀膜方法在所述基底层上制备红外反射层；采用镀膜方法在所述红外反射层上制备双结构吸收层；采用镀膜方法在所述双结构吸收层上制备减反层；所述的吸收层自下而上依次包括高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层，所述高折射率吸收亚层与低折射率吸收亚层均采用镀膜方法依次制备；所述镀膜方法为磁控溅射法；制备红外反射层时，选用的靶材为铝靶、铜靶、金靶、银靶、镍靶或铬靶，工作气体为惰性气体；所述高折射率吸收亚层的材料为CrNx；所述低折射率吸收亚层的材料为CrNxOy；制备减反层时，选用的靶材为硅靶、铝靶、钍靶、镝靶、铕靶、钆靶、钇靶、镧靶、镁靶或钐靶，工作气体为惰性气体和氧气。2.根据权利要求1所述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，所述的基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；基底层清洗过程包括：首先，采用中性洗涤液对所述基底层进行初步清洗；然后，在通过射频离子源轰击，对所述基底层表面进行二次清洗，工作气体为惰性气体。3.根据权利要求1所述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，制备双结构吸收层时，选用的靶材为铬靶。4.根据权利要求1所述的双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，制备高折射率吸收亚层时，脉冲直流电源溅射功率为1400～1600w，工作气压为2～4mTorr，工作气体流量为40～60sccm，基片传输速率为0.6～1m/min，基片在靶下往返运动2～4次；制备低折射率吸收亚层时，脉冲直流电源溅射功率为1400～1600w，工作气压为2～4mTorr，工作气体惰性气体流量为40～60sccm，工作气体N2流量为40～60sccm，工作气体O2流量为8～12sccm，基片传输速率为0.2～0.6m/min，基片在靶下往返运动4～7次。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志强，刘静，汪洪，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，北京航玻新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11