一种太阳能选择性吸收涂层制造技术

本发明专利技术涉及光热太阳能技术领域，公开了一种太阳能选择性吸收涂层，包括在基片表面从内到外依次设置的反射基底层、复合吸收层和减反层，其特征在于：所述的反射基底层采用大面积电子束蒸发镀膜工艺制备而成，镀膜工艺所使用的镀膜材料为铝、铜或者银；所述的复合吸收层从内到外依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层，其中，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的材料为对光谱具有吸收性能的材料，所述反射基底层、所述金属亚层、所述金属氮化物亚层、所述金属氮氧化物亚层的热膨胀系数依次递增；所述减反层由单层 CuMnOx层组成，或由内层为 CuMnOx层、外层为 SnO2层的复合双层组成。本发明专利技术制备的涂层不仅具有优异的光学选择性能，还能缓解涂层在热处理过程中的应力作用，提高涂层的吸收发射比，在高温下也具有较好的热稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光热太阳能
，尤其是一种太阳能选择性吸收涂层。
技术介绍
太阳能选择性吸收涂层在波长范围为0.3μm-2.5μm 的太阳光波段具有高吸收率α，在波长范围为2.5μm-50μm 的红外波段具有低辐射率ε，因此，太阳能选择性吸收涂层广泛应用于太阳能集热器或集热管，是实现太阳能光热转换的核心材料。目前，现有的太阳能选择性吸收涂层主要包括依次设置在玻璃、铝、不锈钢等基片上的红外反射层、吸收层和减反层，其中，红外反射层的主要作用是反射红外线，减少热量向外的辐射，当红外反射层达到一定厚度情况下，红外反射层越致密，红外反射效果越好，保温性能越好；吸收层用来吸收太阳光能量，温度升高将其转化为热能，减反层用来减少吸收层与空气界面处的太阳光反射，以使更多的太阳光穿过减反层到达吸收层。随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用 (< 100℃ ) 向中温应用 (100-400℃ ) 和高温应用 ( >400℃ ) 发展，以不断满足海水淡化、太阳能发电等中高温应用领域的使用要求。然而，对于太阳能集热管而言，工作温度越高，对选择性吸收涂层的热稳定性要求越高。随着工作温度的升高，金属组分容易发生层间相互扩散，从而导致该涂层的太阳光谱吸收率明显降低，红外辐射率急剧升高，影响涂层的使用温度和寿命。常见的减反层虽能增加可见光区的透过率，但对涂层的保护效果并不理想，且在材料的选择上多有限制，难以获得满意的效果；多层结构的涂层在烧结过程中存在表面应力增大的现象，使得涂层在烧结后期出现裂纹，影响涂层最终的光学选择吸收性能。同时，由于层间材料的热膨胀系数相差较大，因此涂层膜层之间界面应力较大，导致膜层在高低温实验和使用过程中有出现脱落的可能性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术中太阳能选择吸收涂层中的红外反射层与吸收层之间发生相互扩散，导致热稳定性较差，太阳光谱吸收率明显降低，红外辐射率急剧升高，膜层容易脱落的问题，提出一种界面处应力小，膜层附着力好，具有良好热稳定性的太阳能选择性吸收涂层。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种太阳能选择性吸收涂层，包括在基片表面从内到外依次设置的反射基底层、复合吸收层和减反层，其特征在于：所述的反射基底层采用大面积电子束蒸发镀膜工艺制备而成，镀膜工艺所使用的镀膜材料为铝、铜或者银；所述的复合吸收层从内到外依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层，其中，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的材料为对光谱具有吸收性能的材料，所述反射基底层、所述金属亚层、所述金属氮化物亚层、所述金属氮氧化物亚层的热膨胀系数依次递增；所述减反层由单层 CuMnOx层组成，或由内层为 CuMnOx层、外层为 SnO2层的复合双层组成。作为优选的技术方案，所述基片为铝带、不锈钢带或者铜带。作为优选的技术方案，所述反射基底层的厚度为 50nm~1000nm。作为优选的技术方案，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的折射率、消光系数依次递减。作为优选的技术方案，在 500-2500nm 范围内，所述金属亚层的折射率为3.19-6.13，所述金属氮化物亚层的折射率为3.00-4.40，所述金属氮氧化物亚层的折射率为2.38-2.20 ；作为优选的技术方案，在 380-2500nm 范围内，所述金属亚层的消光系数为3.59-6.84，所述金属氮化物亚层的消光系数为1.79-0.76，所述金属氮氧化物亚层的消光系数为0.47-0.005。作为优选的技术方案，所述的复合吸收层的总厚度为 80nm-140nm，其中：所述金属吸收亚层的材料为Cr，其厚度为10-30nm；所述金属氮化物吸收亚层的材料为CrNx，其厚度为30nm-50nm；所述金属氮氧化物吸收亚层的材料为CrNxOy，其厚度为 40nm-60nm。作为优选的技术方案，所述 CuMnOx层由 CuMnOx复合溶胶制备而成，所述 CuMnOx复合溶胶是由纳米固体颗粒与 CuMnOx溶胶共混制备所得，所述纳米固体颗粒为稀土氧化物或硅化合物，所述稀土氧化物为氧化铽、氧化铈或氧化锶，所述硅化合物为氧化硅。作为优选的技术方案，所述CuMnOx层的表面粗糙度为50~80nm。和现有技术相比，本专利技术产生的有益效果在于 :1、本专利技术设计巧妙、实用性强，通过使用一种大面积电子束蒸发镀膜工艺来制备选择性太阳能热吸收涂层的反射基底层，可以增加反射基底层的厚度，而这些较厚的涂层能够轻易地使选择性太阳能热吸收涂层拥有更低的红外发射比。在拥有更低红外发射比的同时，选择性太阳能热吸收涂层受基材条件的影响也更小。同时，可以在拥有相对较高的生产能力的情况下，实现对选择性太阳能热吸收涂层的反射基底层质量的改善，进而能够帮助改善并提高太阳能集热器的使用性能。2、本专利技术采用溶胶凝胶法制备铜锰溶胶，将纳米固体颗粒按一定比例加入到铜锰溶胶中，形成固—液—固溶体 ；纳米固体颗粒的钉扎作用可以缓解溶胶在热处理过程中应力过大的现象，防止裂纹的产生，使涂层更加致密。3、金属亚层的热膨胀系数介于反射基底层金属和金属氮化物亚层之间，从而能够降低反射基底层金属、金属亚层和金属氮化物亚层界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性。4、本专利技术所公开的太阳能选择性吸收涂层吸收层包括由内到外折射率、消光系数依次递减的金属、金属氮化物和金属氮氧化物，实现在 80℃的测试温度条件下，太阳光谱吸收率高于 95％，辐射率低于 4％。5、本专利技术的具体实施方式中，反射基底层的材料优选为铝，通过铝参与太阳光波段光谱吸收进一步提高了涂层的太阳光谱吸收率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中 ：图 1 是本专利技术提出的太阳能选择性吸收涂层的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，一种太阳能选择性吸收涂层，包括在基片表面从内到外依次设置反射基底层、复合吸收层和减反层，复合吸收层从内到外依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层，而金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的材料为对光谱具有吸收性能的材料，反射基底层、金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的热膨胀系数依次递增；减反层由单层 CuMnOx层组成，或由内层为 CuMnOx层、外层为 SnO2层的复合双层组成。金属亚层的热膨胀系数介于反射基底层金属和金属氮化物亚层之间，从而能够降低反射基底层金属、金属亚层和金属氮化物亚层界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性。其中：基片为铝带、不锈钢带或者铜带材料；反射基底层采用大面积电子束蒸发镀膜工艺制备而成，这种镀膜工艺所使用的镀膜材料为铝、铜或者银，其厚度为 50nm~1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能选择性吸收涂层，包括在基片表面从内到外依次设置的反射基底层、复合吸收层和减反层，其特征在于：所述的反射基底层采用大面积电子束蒸发镀膜工艺制备而成，镀膜工艺所使用的镀膜材料为铝、铜或者银；所述的复合吸收层从内到外依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层，其中，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的材料为对光谱具有吸收性能的材料，所述反射基底层、所述金属亚层、所述金属氮化物亚层、所述金属氮氧化物亚层的热膨胀系数依次递增；所述减反层由单层 CuMnOx层组成，或由内层为 CuMnOx层、外层为 SnO2层的复合双层组成。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能选择性吸收涂层，包括在基片表面从内到外依次设置的反射基底层、复合吸收层和减反层，其特征在于：所述的反射基底层采用大面积电子束蒸发镀膜工艺制备而成，镀膜工艺所使用的镀膜材料为铝、铜或者银；所述的复合吸收层从内到外依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层，其中，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的材料为对光谱具有吸收性能的材料，所述反射基底层、所述金属亚层、所述金属氮化物亚层、所述金属氮氧化物亚层的热膨胀系数依次递增；所述减反层由单层 CuMnOx层组成，或由内层为 CuMnOx层、外层为 SnO2层的复合双层组成。2.根据权利要求 1 所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述基片为铝带、不锈钢带或者铜带。3.根据权利要求 1 所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述反射基底层的厚度为 50nm~1000nm。4.根据权利要求 1 所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的折射率、消光系数依次递减。5.根据权利要求 1 所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：在 500-2500nm 范围内，所述金属亚层的折射率为3.19-6.13，所述金属氮化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁洪方，
申请(专利权)人：南宁可煜能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45