一种沉积适用于热吸收管的功能层的方法技术

本发明专利技术公开了一种设置至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法。具体的，该方法可以在基底上沉积导电层和介电层，也可以在基底上沉积介电涂层。该方法可用于制备具有特定光学性质的功能涂层，如吸收层，抗反射层和扩散阻挡层。

Method for depositing functional layer suitable for heat absorbing tube

The invention discloses a method for setting at least one functional layer suitable for multilayer solar selective absorbing coatings. Specifically, the method can deposit conductive layer and dielectric layer on the substrate, and also deposit dielectric coating on the substrate. This method can be used to prepare functional coatings with specific optical properties, such as absorbing layer, anti reflective layer and diffusion barrier.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种沉积适用于热吸收管的功能层的方法
本专利技术涉及一种设置(即沉积)至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法。具体的，该方法可以在介电材料上，或在设置了介电层和导电层的基础上制备功能涂层。所述功能涂层可应用在利用太阳辐射生产电力的太阳能富集
，更具体的，应用在抛物槽式发电厂中的热吸收管。
技术介绍
举例来说，太阳能发电厂中使用太阳能富集技术的太阳能收集元件可以包括一个带有抛物镜的槽和一个热吸收管。热吸收管(也被称为集热元件(HCE))被设置在镜子的焦线上。太阳光被镜子聚焦在热吸收管上，热吸收管中装有传热流体，如导热油和熔融的导热盐。阳光中的能量通过热吸收管传递至传热流体中，从而使太阳能转换为热能。为了优化阳光中的能量传递至传热流体的效率，吸收管必须能承受高温，从而最大限度地吸收太阳辐射；同时，最大限度降低在高温下因热辐射产生的能量损失。为了实现此目的，热吸收管通常覆盖有一层太阳能选择性吸收涂层，其使热吸收管较多地吸收太阳辐射，同时较少地发射红外热辐射。理想中的涂层能够在太阳辐射的波长范围内吸收100％的辐射(α＝1，反射率0％)，而在热辐射波长范围内发射0％(ε＝0，反射率100％)的辐射。太阳能选择性吸收涂层通常包括按顺序沉积的拥有不同光学性质的多层薄膜层(功能层)，其可提供所需的太阳光谱范围内的高吸收率，以及在热红外范围内的高透过率。例如，这些功能层可以是金属陶瓷层和介电层。金属陶瓷是由陶瓷和金属这两个本材料的主要部分衍生而来的简称。金属陶瓷型材料是由陶瓷基体和金属构成的陶瓷-金属复合材料，或是分散在陶瓷基体中的具有金属特性的物质。金属或具有金属特性的物质通常以纳米颗粒的形式存在，纳米颗粒通常尺寸非常小，约为10-50埃(1-5纳米)。另一种结构是交替的金属和电介质薄层的多层堆叠。复合材料内金属与电介质之间的比例由填充系数(F.F.)给出。消光系数和吸光度随着填充系数的增加而增加。作为太阳能吸收材料的金属陶瓷材料自20世纪50年代以来引起了人们的兴趣，当时Tabor，Gier和Dunkle首次报道了使用金属陶瓷作为涂料选择性吸收太阳辐射的结果。从那时起，科学家对许多复合材料的选择吸收性质进行了研究。太阳能选择性涂层中的介电层用作抗反射涂层(AR)以实现对大部分太阳光的相消干涉，其还用作扩散阻挡层以限制基底和涂层和/或不同层之间的扩散。现有很多可以在基底表面上沉积多层的太阳能选择性涂层的方法，但是在工业实践中，最方便和有效的方法是溅射。溅射沉积或溅射是物理气相沉积(PVD)方法，其用高能粒子轰击靶材，继而将材料从靶材溅射到基底上。在溅射过程使用了金属和电介质靶材。特别的，直流(DC)电源通常用于沉积金属，而射频(RF)电源用于沉积介电材料。在反应溅射中，在活性气体的存在下，通过使金属靶材发生溅射来形成沉积膜。来自金属靶材的金属离子与活性气体反应，在基底上形成所需的化合物。可以通过改变惰性气体和活性气体的相对压力来控制膜的组成。典型的反应溅射工艺可以在三种不同的模式下进行：金属模式，化合物模式和过渡模式。在金属模式下，流入反应室的反应气体不足以与已沉积的所有溅射材料反应。由此，基底上的沉积膜是亚化学计量的。这种模式下的溅射靶材表面主要呈金属性。在过渡模式下，沉积层的组成与反应气流之间有着复杂的关系。最佳条件可能是不稳定的。在化合物模式中，反应气体分压高，不仅可以根据需要在基底上形成化合物膜，还可以在溅射靶材上形成化合物膜。然而，反应溅射会受到靶材“中毒”的影响，导致溅射产率显着降低，进而使沉积速率降低。目前常用绝缘化合物靶材通过RF磁控管溅射，或者在活性气氛下使用导电靶材通过反应RF或MF磁控溅射来沉积诸如氧化物或氮化物膜的化合物膜。因此，当制备金属陶瓷材料时，通常通过RF溅射或者在活性气氛下(O2或N2)通过反应溅射来沉积陶瓷基体，而分散在陶瓷基体中的金属则通过DC溅射来进行沉积(DC-RF共溅射或DC-反应共溅射作为整体工艺)。然而，使用RF电源作为电介质溅射源以形成金属陶瓷层或抗反射(AR)层时，存在如下的一些缺点和限制：-电介质沉积速率低，电源功率有限(最多30kW，相比之下直流溅射功率超过250kW)，导致产率低；和-厚度均匀性低。使用反应性MF溅射沉积电介质时也存在一些问题，例如在过渡模式下厚度不均匀，或者在化合物模式下靶材寿命有限。特别地，在太阳能
中，使用反应性MF溅射涂覆热吸收管时，主要限制如下：—金属模式下的低耐高温性能，和—低氧化均匀度。因此，本领域急需用于多层太阳能选择性涂层的功能层或功能涂层的可替代的生产方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于在基底上设置适用于多层太阳能选择性涂层的功能层的方法，更具体地，所述功能层用作热吸收管的涂层。特别是，该方法适用于制备基于导电层和介电层的不同组成的涂层，和基于介电层的不同组成的涂层。本申请中公开的涂覆方法是一种多用途工具，为各种沉积技术，特别是DC和/或MF溅射技术提供了实用和可行的实施方式，以实现可用于太阳能技术的均匀、可再生和耐用的选择性涂层。因此，本专利技术的第一部分涉及一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，所述方法包括：a)给定一个基底；b)在沉积室(1)中的所述基底上沉积导电材料以获得涂覆有至少一层导电层的衬底；c)将b)中得到的经涂覆的基底转移到转化室(2)中；d)通过将活性气体引入到所述转化室(2)中令基底上的涂层发生转化，使得导电层的外部至少部分或全部转化成至少一层介电层；和e)可选的，将d)中获得的基底转移到沉积室(1)中并自步骤b)起，重复所述方法多次。由于本专利技术的方法结合了沉积导电层的步骤和将导电层部分或完全转化为介电层的步骤，因此本专利技术的方法可以称为“双模式方法”。所述方法可以根据需要重复多次，从而获得至少一层功能层。在一个优选的实施例中，该方法用于制备基于导电层和介电层的涂层。更优选的，该方法用于得到这样一种排列或叠层，其组成为周期性和交替的导电层和介电层。这样的多层排列或叠层可以表现出类似于金属陶瓷材料的光学行为，并且在本文中将其称为类金属陶瓷材料。在另一个优选的实施例中，该方法用于制备诸如氧化物和氮化物的介电材料涂层。两种类型的功能层，类金属陶瓷材料涂层和介电涂层可作为多层太阳能选择性涂层中的一部分，例如为热吸收管设计的多层太阳能选择性涂层，即吸收层，抗反射层和扩散阻挡层。下文中描述的实施例将对本专利技术的这些和其他方面进行阐述，使得它们清楚明了。附图说明为了更好地理解本专利技术及其其目的和优点，下面的附图被附加到描述了以下内容的说明书中：图1示出了在热吸收管上实行本专利技术的方法的示例性装置的横截面。该设备配备有一个沉积室(1)和一个转化室(2)以及两个分离室(3，4)，所述分离室设置有真空泵并且设置在所述室(1，2)之间。除此之外还有一个旋转传送滚筒(5)，其中待涂覆的热吸收管被装载于其上。滚筒旋转过程中，每根热吸收管都在沿其自身轴线旋转。因此，每根热吸收管都像行星一样运动，同时具有自转和公转。具体实施方式本专利技术提供了一种用于设置多层太阳能选择性涂层中的功能层的方法。本专利技术的方法对于在基底上制备多层导电层和介电层以及用于沉积介电层是特别有用的。本专利技术的方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，所述方法包括：a)给定一个基底；b)在沉积室(1)中的所述基底上沉积导电材料以获得涂覆有至少一层导电层的衬底；c)将b)中得到的经涂覆的基底转移到转化室(2)中；d)通过将活性气体引入到所述转化室(2)中令基底上的涂层发生转化，使得导电层的外部至少部分或全部转化成至少一层介电层；和e)可选的，将d)中获得的基底转移到沉积室(1)中并自步骤b)起，重复所述方法多次。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 EP 15192258.01.一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，所述方法包括：a)给定一个基底；b)在沉积室(1)中的所述基底上沉积导电材料以获得涂覆有至少一层导电层的衬底；c)将b)中得到的经涂覆的基底转移到转化室(2)中；d)通过将活性气体引入到所述转化室(2)中令基底上的涂层发生转化，使得导电层的外部至少部分或全部转化成至少一层介电层；和e)可选的，将d)中获得的基底转移到沉积室(1)中并自步骤b)起，重复所述方法多次。2.根据权利要求1所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，所述基底是热吸收管，可选的涂覆有至少一层先前存在的涂层。3.根据权利要求2所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，该方法是对一批加载到旋转传送滚筒(5)上的热吸收管进行的，所述热吸收管从沉积室(1)传送至转化室(2)，反之亦然，所述传送进行多次，同时负载的热吸收管依次围绕其自身的轴旋转来进行类行星的运动。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，沉积室(1)与转化室(2)通过防护设施进行分离。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，分离室(3,4)设置有真空泵以创造真空环境，并且设置在沉积室(1)和转化室(2)之间。6.根据权利要求1～5任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，步骤b)中通过DC溅射，MF脉冲DC溅射或双重MF溅射来沉积导电材料。7.根据权利要求6所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，步骤b)中两种不同的导电材料在溅射中利用两种不同的阴极来进行沉积。8.根据权利要求1～7任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，所述导电材料或步骤b)中沉积的材料包括硼化物。9.根据权利要求1～7任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，所述导电材料包括铝(Al)，铬(Cr)，钛(Ti)，铌(Nb)，锆(Zr)，钽(Ta)，镍(Ni)，铜(Cu)，钴(Co)，铪(Hf)，钒(V)，钼(Mo)，钨(W)，硅(Si)，镍铬合金(NiCr)，硼化钛(TiB2)，硼化钽(TaB2)，硼化锆(ZrB2)，硼化铪(HfB2)，硼化铌(NbB2)和硼化钒(VB2)或其组合或合金。10.根据权利要求9所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，所述导电材料包括硼化钛(TiB2)，硼化钽(TaB2)，硼化锆(ZrB2)，硼化铪(HfB2)，硼化铌(NbB2)和硼化钒(VB2)或其组合或合金。11.根据权利要求1～10任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，引入转化室(2)中的活性气体为氧气和/或氮气，其用于生成氧化物和/或氮化物层。12.根据权利要求1～11任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，步骤d)中获得的介电层包括如下介电材料：AlxOy，SixOy，TaxOy，TixOy，ZrxOy，HfxOy，NbxOy，VxOy，CrxOy，CuxOy，CoxOy，NixOy，(NiCr)xOy，MoxOy，WxOy，(TiB2)xOy，(TaB2)xOy(ZrB2)xOy，(HfB2)xOy，(VB2)xOy，AlxNy，SixNy，TaxNy，TixNyZrxNy，HfxNy，NbxNy，VxNy，CrxNy，CuxNy，CoxNy，NixNy，(NiCr)xNy，MoxNy，WxNy，(TiB2)xNy，(TaB2)xNy(ZrB2)xNy，(HfB2)xNy，(VB2)xNy或其组合或合金。13.根据权利要求12所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，步骤d)中获得的介电层包括如下介电材料：(TiB2)xNy，(TiB2)xOy，(TaB2)xNy，(TaB2)xOy，(ZrB2)xNy，(ZrB2)xOy，(HfB2)xNy，(HfB2)xOy，(NbB2)xNy，(NbB2)xOy，(VB2)xNyand(VB2)xOy或其组合或合金。14.根据权利要求1～13任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，转化室中进行的转化通过等离子体放电来辅助进行。15.根据权利要求1～14任一项所述的一种沉积至少一层适用于多层太阳能选择性吸收涂层的功能层的方法，其特征在于，步骤d)进一步包括，在导电层转化为电介质之后或同时，通过双重...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅纳什·巴尔卡伊，
申请(专利权)人：里奥玻璃太阳能系统有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL