一种中高温太阳能选择性吸收涂层制造技术

本实用新型专利技术公开了一种中高温太阳能选择性吸收涂层，该涂层包括五层，从底层到表层依次为红外高反射层、防扩散阻隔层、高金属填充因子吸收层、低金属填充因子吸收层和减反射层；红外高反射层为Cu膜，厚度在100～250nm；防扩散阻隔层为TiN膜，厚度在5～15nm；高金属填充因子吸收层为第一Ti-AlN膜，厚度在20～50nm；低金属填充因子吸收层为第二Ti-AlN膜，厚度在20～50nm；减反射层为AlN膜，厚度为50～150nm。该复合膜层，结构致密，具有很强的高温稳定性，并且膜层吸收率达95%以上，在大于200℃中高温条件下有很好的吸收和较低的发射，并且热稳定性能好。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Medium and high temperature solar selective absorbing coating

The utility model discloses a high-temperature solar selective absorbing coating, the coating consists of five layers, from the bottom to the surface in the infrared reflecting layer, a diffusion barrier layer, high anti metal filling factor absorption layer, low metal fill factor absorption layer and antireflection layer; high infrared reflection layer is Cu film thickness in 100 ~ 250nm; anti diffusion barrier layer of TiN film with thickness of 5 ~ 15nm; high metal fill factor absorption layer for the first Ti-AlN film with thickness of 20 ~ 50nm; low metal filling factor absorption layer is second Ti-AlN film with thickness of 20 ~ 50nm; antireflection layer is AlN film thickness of 50 to 150nm. The composite film, compact structure, has a very high temperature stability, and the film absorption rate of more than 95%, has good absorption and low emission in high temperature condition of 200 DEG in, and good thermal stability.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能光热应用
，具体涉及一种中高温太阳能选择性吸收涂层。
技术介绍
太阳光谱选择性吸收涂层对可见-近红外波段光谱吸收率高，对红外波段光谱吸收率低，是将太阳辐射能转换成热能利用的关键技术。目前，太阳能集热管的应用范围主要有低温(小于100°c )，中温(100 250°C )，高温(250°C以上)。目前应用较多的是低温集热管，如果在较高的温度(200°C以上)下工作，涂层的结构容易被破坏，涂层整体性能发生改变。目前，国内应用较多的是Al-AlN吸收涂层，即吸收层以Al为填充因子，AlN为介质，在低温范围有较好的光热转换性能。此外还有成分渐变的SS-AlN的膜系，上述膜系采用干涉结构，使得热稳定性能提高。但是以上膜系在温度升高时，发射率也随之提高，热损增加，热效率下降。一种中高温太阳能选择性吸收涂层在海水淡化，太阳能发电等领域有着更广泛的应用。因此我们需要一种在中高温条件下，吸收好，发射低，并且热稳定性能好的太阳能选择性吸收涂层。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种中高温太阳能选择性吸收涂层，对可见-近红外波段光谱吸收率高，对红外波段光谱吸收率低，适用于中高温(100°c -500°c)工作温度集热管，涂层吸收率高，发射率低，热稳定性能好，克服在高温下热损升高等不足。本技术的目的在于提供一种中高温太阳能选择性吸收涂层，该涂层包括五层，从底层到表层依次为红外高反射层、防扩散阻隔层、高金属填充因子吸收层、低金属填充因子吸收层和减反射层；所述红外高反射层为Cu膜，厚度在100 250nm ;所述防扩散阻隔层为TiN膜，厚度在5 15nm ;所述高金属填充因子吸收层为第一 T1-AlN膜，厚度在20 50nm ;所述低金属填充因子吸收层为第二 T1-AlN膜，厚度在20 50nm ;所述介质减反射层为AlN膜，厚度为50 150nm。本技术采用以上技术方案具有以下技术效果:(1)本技术是采用Ti靶材料，研制出的新型复合膜层，结构致密，具有很强的高温稳定性，并且膜层吸收率达95%以上。(2)本技术提供的选择性吸收涂层由红外高反射层、TiN膜防扩散阻隔层，第一T1-AIN，第二 T1-AlN干涉双吸收层和AlN陶瓷结构减反射层。在中高温(大于200°C )条件下有很好的吸收和较低的发射，并且热稳定性能好。(3)膜层的稳定性高，在500摄氏度经过真空退火12小时后，其膜层微观形貌未发生明显变化，膜层的结构相当稳定，其吸收率和发射率未发生明显变化。(4)本技术的制备方法简单无污染，可重复性强，适合于工业化生产。附图说明图1为选择性吸收涂层的结构示意图。图中:1为红外高反射层，2为防扩散阻隔层，3为高金属填充因子吸收层，4为低金属填充因子吸收层，5为减反射层。具体实施方式本技术经过大量实验，在多种膜系结构的基础上，完成此技术。下面结合图1对本技术作进一步详细说明，以下实施例仅用于说明本技术，而非限制本技术。如图1所示，为本技术的中高温太阳能选择性吸收涂层的结构示意图，由下而上依次包括红外高反射层1，防扩散阻隔层2，高金属填充因子吸收层3，低金属填充因子吸收层4，减反射层5.其中红外反射层为Cu层，防扩散阻隔层为TiN层，高金属填充因子吸收层和低金属填充因子吸收层分别为第一 T1-AlN和第二 T1-AlN膜层，减反射层为AlN膜层实施例1:本技术采用以下步骤制备:步骤一:在经过去离子水清洗并烘干后的基体上制备第一层红外高反射层；采用磁控溅射方法，纯金属为Cu靶，以Ar作为溅射气体。本工序运行前先将真空室预抽至3.0X10_3Pa 5X10_3Pa，通入气体Ar作为溅射气体，调节运行溅射压强为0.15Pa 0.4Pa，利用溅射方式制备，涂层厚度为IOOnm 250nm的Cu膜。步骤二:在第一层涂层上制备第二层防扩散阻隔层；采用金属Ti祀磁控派射方法,反应气体为N2气。通入Ar和N2混合气体，Ar的流量为60 80sccm，N2的流量为30_60sccm，且氩气和氮气的流量比为1.5 1:1，调节运行压强为0.15Pa 0.4Pa，开启Ti靶，在红外高反射层上面制备一层TiN，厚度为5nm 15nm。步骤三:在第二层涂层上制备第三层高金属填充因子吸收层；采用金属Ti祀和Al祀,磁控派射方法,反应气体为N2气。通入Ai^PN2混合气体，Ar的流量为60 80sccm，N2的流量在80 150sccm，且其氩气和氮气的流量比为1:2 1.5，调节运行压强为0.15Pa 0.4Pa，开启Ti靶和Al靶，在TiN防扩散阻隔层上制备第一 T1-AlN膜，厚度为20nm 50nm，这第一 T1-AlN膜中的Ti金属填充因子的体积与第一T1-AlN膜的体积的比值X为40% 60%。步骤四:在第三层涂层上制备第四层低金属填充因子吸收层；采用金属Ti靶和Al靶，磁控溅射方法，反应气体为N2气。通入Ai^P N2混合气体，Ar的流量为60 80sccm，N2的流量在80 150sccm，且其氩气和氮气的流量比为1:2 1:1，调节运行压强为0.15Pa 0.4Pa，开启Ti靶和Al靶，沉积第二 T1-AlN膜，其厚度为20 50nm;这第二 T1-AlN膜中金属填充因子Ti的体积百分比比第一 T1-AlN膜中的小，其第二 T1-AlN膜中的Ti金属填充因子的体积与第二 T1-AlN膜的体积的比值Y为20 40%，且X与Y的比为3 1.5:1两吸收层之间形成干涉效果，很大程度上提高吸收率。步骤五:在第四层涂层上制备第五层减反射层；采用金属Al靶，磁控溅射方法，反应气体为N2气。通入Ar和N2混合气体，Ar的流量为60 80sccm，N2的流量在50 lOOsccm，且其氩气和氮气的流量比为2 1:2，调节运行压强为0.15Pa 0.4Pa，开启Al靶，在第二 T1-AlN膜上制备AlN减反射层，厚度为50 150nm。减反射层具备增透和抗氧化性的效果。实施例2:一种太阳能选择性吸收涂层，包括五个涂层即第一层红外高反射层、第二层防扩散阻隔层，第三层高金属填充因子吸收层，第四层低金属填充因子吸收层，第五层减反射层。该太阳能选择性吸收涂层的制备步骤如下:步骤一:在经过去离子水清洗并烘干后的基体(硼硅3.3玻璃基体)上制备第一层红外高反射层；采用纯金属靶，磁控溅射方法，纯金属为Cu靶，以Ar作为溅射气体。本工序运行前先将真空室的真空压强保持在5 X 10_3Pa，通入气体Ar作为溅射气体，调节运行溅射压强为0.36Pa、.38Pa，利用溅射方式制备，使用电子透镜测得厚度为230nm。步骤二:在第一层涂层上制备第二层防扩散阻隔层；采用金属Ti IE,磁控溅射方法，反应气体为N2气。通入Ar和N2混合气体，Ar的流量为78 80sccm，N2的流量为6(T62sccm，调节运行压强为0.36Pa"0.38Pa，开启Ti靶，在红外反射层上面制备一层TiN，厚度为15nm。步骤三:在第二层涂层上制备第三层高金属填充因子吸收层；采用金属Ti靶和Al靶，磁控溅射方法，反应气体为N2气。通入Ar和N2混合气体，Ar的流量为78 80sccm，N2的流量在106 108sccm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层包括五层，从底层到表层依次为红外高反射层、防扩散阻隔层、高金属填充因子吸收层、低金属填充因子吸收层和减反射层；所述红外高反射层为Cu膜；所述防扩散阻隔层为TiN膜；所述高金属填充因子吸收层为第一Ti?AlN膜；所述低金属填充因子吸收层为第二Ti?AlN膜；所述减反射层为AlN膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志雄，赵锋，高雄虎，
申请(专利权)人：湖北桑夏太阳能产业有限公司，
类型：实用新型
国别省市：