一种中低温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一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法，特别是涉及一种辐射率低，太阳光谱吸收率α与红外辐射率ε(T)之比高的，基于金属及金属氮化物吸收的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层依次包括：基底层、红外反射层、吸收层、过渡层和减反层，吸收层包括第一吸收亚层和第二吸收亚层。本发明专利技术的一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法至少具有下列特点：保证了涂层具有低红外辐射率，提高了涂层整体的吸收率，涂层选材在太阳光谱能量范围内均有吸收作用，有效降低了太阳光在吸收层表面的反射；有效降低了光线在涂层内部界面处的反射；有效提高了涂层整体的制备效率，提高了生产产能。

A Solar Spectrum Selective Absorption Coating at Medium and Low Temperatures and Its Preparation Method

The present invention relates to a low-temperature solar spectrum selective absorption coating and its preparation method, in particular to a solar spectrum selective absorption coating based on metal and metal nitride absorption and its preparation method, which has low radiation rate and high ratio of solar spectrum absorptance alpha to infrared radiation rate epsilon (T). A selective absorption coating for solar spectra at medium and low temperatures in turn includes a base layer, an infrared reflector layer, an absorption layer, a transition layer and a reduction layer. The absorption layer comprises a first absorption layer and a second absorption layer. The middle and low temperature solar spectrum selective absorption coating and its preparation method have at least the following characteristics: ensuring low infrared emissivity of the coating, improving the overall absorption rate of the coating, absorbing the coating material in the solar spectrum energy range, effectively reducing the reflection of sunlight on the surface of the absorption layer, effectively reducing the light at the internal interface of the coating. Reflection; effectively improve the overall preparation efficiency of the coating, improve the production capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法，特别是涉及一种辐射率低，太阳光谱吸收率α与红外辐射率ε(T)之比高的，基于金属及金属氮化物吸收的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太阳能光热转换集热器的的核心材料。它在太阳光辐射范围内(0.3μm-2.5μm)具有高的吸收性能，吸收太阳光将其转换为热能，同时，在红外热辐射波段(主要在2μm-50μm)具有低的辐射性能，从而达到高效抑制辐射散热的效果。衡量太阳光谱选择性吸收涂层性能的重要指标主要有：太阳光谱吸收率α、红外辐射率ε(T)，以及吸收率与辐射率的比值α/ε。目前太阳能集热器采用的光谱选择性涂层膜系结构均包含三大功能层：红外反射层、太阳光谱吸收层、表面减反射层。其中，红外反射层的作用为保证涂层具有低辐射特性，太阳光吸收层的作用为吸收太阳光并将其转化成热，表面减反层的作用主要为降低太阳光在涂层表面的反射，增加了太阳光谱吸收率。目前市场上出现的选择性吸收涂层中吸收层材料主要有NiCrNxOy、TiNxOy、Cr2O3-Cr、AlN-Al(NiOx、TiN)、Al(Mo、W、Ni、Co)-Al2O3、Al2O3-Mo-Al2O3等，常见的吸收层结构主要以梯度渐变吸收型与干涉吸收型最为常见。例如，中国专利公开号CN101240944A、CN201196495Y中，通过精确调控氮氧元素比例，获得梯度渐变吸收型的TiNxOy选择性吸收涂层，吸收率可达96％，辐射率4％，α/ε(80℃)为24，其主要工作温度区间为200℃以下。梯度渐变型吸收膜系需要精确控制复合吸收层中每个吸收亚层中各种元素的含量成渐变趋势，提高了制备工艺的复杂性及设备控制精度要求。中国专利CN103547871A中提到一种Al2O3-Mo-Al2O3金属氧化物与薄金属组成的干涉吸收型涂层，若吸收层为单层吸收的干涉膜系时吸收率大于80％，辐射率小于20％；若吸收层为双层吸收的干涉膜系时吸收率大于90％，辐射率小于10％。干涉吸收型涂层，单层吸收结构简单，但性能较低，为了获得较高的使用性能则需要双层或多层吸收，但提高了涂层结构与制备工艺的复杂程度。本专利技术提出了一种适合中低温使用的太阳光谱选择性吸收涂层，该吸收涂层的吸收层结构简单，由金属及金属氮化物组成，同时在吸收层与减反层之间引入非完全氧化物过渡层，降低了层间界面处的反射，同时由于过渡层材料沉积速率大于减反层材料，从而提高了涂层的制备效率。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种具有“红外反射层-双吸收层-过渡层-减反层”膜系结构的太阳光谱选择性吸收涂层。其特点在于1.膜系具有优异的光谱选择性。吸收波段-反射波段的过渡区带宽窄，膜系吸收率>94％，辐射率<4％，适用于中低温太阳能热水器用光热转换集热器；2.吸收层由金属吸收亚层与金属氮化物吸收亚层双层组成，结构简单，工艺复杂度低；3.在吸收层与减反层间引入高沉积速率的过渡层，降低了涂层内部层间界面处光线反射的同时提高了涂层的制备效率；4.涂层整体结构简单，制备工艺复杂度低、镀膜设备所需条件要求低，适用于大规模低成本生产。为了实现上述专利技术目的，本项目采用以下技术方案：依据本专利技术提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层，依次包括：基底层、红外反射层、吸收层、过渡层和减反层，所述的吸收层包括第一吸收亚层和第二吸收亚层。为了实现上述专利技术目的，本项目还采用以下的技术方案：优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述第一吸收亚层为金属吸收亚层，厚度为20nm-40nm；所述第二吸收亚层为氮化物吸收亚层，厚度为20nm-40nm。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述的金属吸收亚层材料为Cr，且300-2500nm范围内折射率处于0.9-4.6之间，消光系数处于2.5-4.6之间。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述的氮化物吸收亚层材料为CrNx，其中0.9<x<1.3，300nm-2500nm波长范围内折射率处于2.0-4.6之间，消光系数处于0.7-1.8之间。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述的红外反射层至少为Al、Cu、Au、Ag、Ni、Cr中的一种金属，厚度为50-200nm。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述的过渡层为非完全氧化的氧化锌锡，在300nm-2500nm波长范围内，折射率处于2.3-1.8之间，消光系数小于0.2，厚度为40-60nm。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述减反层为应至少为SiO2、Al2O3、ThO2、Dy2O3、Eu2O3、Gd2O3、Y2O3、La2O3、MgO或Sm2O3中的一种，厚度为50-150nm。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中过渡层与减反层的总厚度≥90nm。优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述的基底层为玻璃或者铝、铜、不锈钢，厚度为0.2-10mm。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，包括：S100、基底层的制备，选择抛光的金属板或者玻璃板，经过机械清洗后进行射频氩离子清洗去除表面污染层和氧化层；S200、红外反射层的制备，通过直流磁控溅射法在所述基底层表面制备一层金属红外反射层，所选用的靶材可为金属铝，纯度至少为99.7％；S300、吸收层的制备，通过直流磁控溅射法在所述红外反射层上制备吸收层，所选用的靶材为金属Cr，纯度至少为99.7％；S400、过渡层的制备，通过直流反应磁控溅射法在所述吸收层上制备过渡层，所选用的靶材为ZnSn靶，其中，Zn的含量为50％wt，Sn的含量为50wt％，纯度至少为99.7％；S500、减反层的制备，通过直流反应磁控溅射法在所述过渡层上制备减反层，所选用的靶材为硅铝靶，其中铝的含量为30％wt，纯度至少为99.7％。借由上述技术方案，本专利技术的一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法至少具有下列特点：1)本专利技术优选金属Al作为红外金属反射层，整个光波波段(太阳光波段和热辐射红外波段)范围内与红外辐射性能相近的的金、银、铜等高电导率金属，具有较高折射率和消光系数，由此，在保证选择性吸收涂层在具有低红外辐射率的同时，Al层的引入起到了对太阳光吸收进一步吸收的作用，从而提高了涂层整体的吸收率。2)本专利技术所公开的太阳光谱选择性吸收涂层选取在太阳光谱能量范围(波长300nm-2500nm)内均有吸收作用，并且在可见光与近红外波段减反层、过渡层、CrNx吸收层、Cr吸收层折射率逐层升高，有效降低了太阳光在折射率较高的吸收层表面的反射，最终达到吸收率94％以上。3)本专利技术所公开的太阳光谱选择性吸收涂层，在吸收层与减反层之间引入了非完全氧化的ZnSnOx过渡层，该过渡层材料折射率大于减反层材料折射率，小于吸收层材料折射率，有效降低了光线在涂层内部界面处的反射；同时该过渡层沉积速率大于常见的完全氧化物介质层沉积速率，能够有效提高涂层整体的制备效率，提高生产产能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚阐明本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下列出本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，依次包括：基底层、红外反射层、吸收层、过渡层和减反层，所述的吸收层包括第一吸收亚层和第二吸收亚层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，依次包括：基底层、红外反射层、吸收层、过渡层和减反层，所述的吸收层包括第一吸收亚层和第二吸收亚层。2.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述第一吸收亚层为金属吸收亚层，厚度为20nm-40nm；所述第二吸收亚层为氮化物吸收亚层，厚度为20nm-40nm。3.根据权利要求2所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于所述的金属吸收亚层材料为Cr，且300nm-2500nm波长范围内折射率处于0.9-4.6之间，消光系数处于2.5-4.6之间。4.根据权利要求2所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于所述的氮化物吸收亚层材料为CrNx，其中0.9<x<1.3，300nm-2500nm波长范围内折射率处于2.0-4.6之间，消光系数处于0.7-1.8之间。5.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述的红外反射层至少为Al、Cu、Au、Ag、Ni、Cr中的一种金属，厚度为50-200nm。6.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述的过渡层为非完全氧化的氧化锌锡，在300nm-2500nm波长范围内，折射率处于2.3-1.8之间，消光系数小于0.2，厚度为40-60nm。7.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特...

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