一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光譜選擇性吸收涂層領(lǐng)域，尤其是一種雙吸收層太陽光譜選擇性 吸收涂層。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽光譜選擇性吸收涂層是實現(xiàn)太陽能光熱轉(zhuǎn)換的核心材料，一方面，它在太陽 光波段（0.3ym-2. 5ym)具有高的吸收率，吸收太陽光能量將其轉(zhuǎn)換為熱能，另一方面，它 在紅外熱輻射波段（2.5ym-50ym)具有低的輻射率，有效抑制輻射散熱。衡量涂層選擇性 吸收性能的重要指標之一是太陽光譜吸收率a與紅外輻射率e(T)之比，a/e，a/e值 越大越適合200°C以上的中高溫應(yīng)用。
[0003]目前，太陽能集熱器采用的光譜選擇性涂層膜系結(jié)構(gòu)一般可以概括為基底/紅外 反射層/太陽光譜吸收層/表面減反射層。紅外反射層為高導電率金屬，對紅外光譜有很 高的反射率，是涂層獲得低輻射性能的主要原因；表面減反層降低涂層與空氣界面處太陽 光的反射，使更多的太陽光能量進入吸收層，增加了太陽光譜吸收率，進而提高集熱效率。
[0004] 目前市場上出現(xiàn)的選擇性吸收涂層中吸收層材料主要有Cr203-Cr、A1N-A1 (NiOx、 TiN)、Al(Mo、W、Ni、Co)-Al203、Al203-Mo_Al203、NiCrNx0y，TiNxOy等，其中NiCrNxOy、TiNxOy使 用較多。中國專利公開號CN1584445A中采用成分漸變NiCrNxOy，太陽光譜吸收率最高為 92%，輻射率最低為10%，a/e最大9. 2;中國專利公開號CN101240944A、CN201196495Y 中，通過精確調(diào)控氮氧比，獲得吸收率96 %，輻射率4%的基于多層梯度TiNxOy吸收的選擇 性涂層，a/e(80°C)最大24,主要適合200°C以下的低溫應(yīng)用。Al(Mo、W、Ni、Co、NiOx、 TiN)-Al203、A1203-M〇-A1203等金屬陶瓷和薄金屬干涉膜系的共同的特點是涂層高的吸收率 和低的輻射率是通過嚴格控制復合材料成分，金屬或金屬氮化物顆粒尺寸、形狀，或者金 屬薄膜生長過程中連續(xù)或不連續(xù)的島狀或其他形態(tài)結(jié)構(gòu)等而獲得的，制造工藝復雜，并且 工藝穩(wěn)定性對涂層性能影響較大，不容易獲得性能優(yōu)異的涂層，導致太陽光譜吸收率a高 的同時（一般高于90% )，紅外輻射率e(T)也較高（一般高于5%，80°C)，而且從太陽光 吸收到紅外反射的過渡區(qū)較寬，紅外輻射率e(T)隨溫度上升較快（中高溫區(qū)大于10%)， a/e-般小于20。因此當涂層應(yīng)用于聚焦比較低的集熱器，普遍存在工作溫度200°C以上 時集熱器光熱轉(zhuǎn)換效率較低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型提供了一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層，該涂層輻射率低，太 陽光譜吸收率a與紅外輻射率e(T)之比高，適合200°C以上的中高溫應(yīng)用。
[0006] 本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0007] 通過一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層，包括基底層；在基底層自下而上依 次排布有紅外反射層、雙結(jié)構(gòu)吸收層和減反層；所述的雙結(jié)構(gòu)吸收層自下而上依次包括高 折射率吸收亞層與低折射率吸收亞層；其中：所述紅外反射層的材料為導電金屬。
[0008] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述高折射率吸收亞層的材料為 CrNx，所述0隊在350nm~2500nm的波長范圍內(nèi)折射率為2. 4~4. 4,在350~1250nm的 波長范圍內(nèi)消光系數(shù)為1. 76~1. 24,大于2000nm的波長的消光系數(shù)小于0. 9。
[0009] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述低折射率吸收亞層的材料為 CrNxOy，所述CrNxOy在350nm-2500nm的波長范圍內(nèi)折射率為2. 2~2. 4,在350~1250nm的 波長范圍內(nèi)消光系數(shù)為0. 52~0. 11，大于2000nm的波長的消光系數(shù)小于0. 07。
[0010] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的雙結(jié)構(gòu)吸收層的總厚度為 45nm~125nm，其中：所述高折射率吸收亞層的厚度為25nm~55nm，低折射率吸收亞層的 厚度為20nm~70nm。
[0011] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的基底層的材料為玻璃、鋁、 銅或不銹鋼。
[0012] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述基底層的厚度為0. 2~10_。
[0013] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的紅外反射層的材料為鋁、銅、 金、銀、鎳或絡(luò)。
[0014] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述紅外反射層的厚度為50~ 200nm〇
[0015] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述減反層的厚度為50~150nm。
[0016] 上述的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述減反層的材料為Si02、A1203、 Th02、Dy203、Eu203、Gd203、Y203、La203、MgO或Sm203〇
[0017] 借由上述技術(shù)方案，本實用新型提出的一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層至 少具有下列優(yōu)點：
[0018] 1)本實用新型公開的雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層具有優(yōu)異的光譜選擇性。 吸收-反射過渡區(qū)陡峭，選擇性吸收涂層的中高溫（200°C-400°C)輻射率e低于3%，吸 收率a較高（約90%)，a/e高于現(xiàn)有商業(yè)產(chǎn)品，適用于低倍聚焦的中高溫太陽能集熱 器。
[0019] 2)吸收層為內(nèi)層高折射率吸收亞層與外層低折射率吸收亞層組成的雙結(jié)構(gòu)吸收 層，且材料熱穩(wěn)定性良好。由于〇隊與CrNx0y具有中高溫熱穩(wěn)定性良好的特點，所以本實 用新型中的太陽光譜選擇性吸收涂層具有良好的中高溫熱穩(wěn)定性。
[0020] 3)涂層制備工藝簡單、鍍膜設(shè)備所需條件要求低，適用于大規(guī)模低成本生產(chǎn)。
[0021] 4)紅外金屬反射層的材料選擇為鋁時，在整個光波波段（太陽光波段和熱輻射紅 外波段）相比于具有相近紅外輻射性能的金、銀、銅等金屬，具有高折射率和消光系數(shù)，實 現(xiàn)選擇性吸收涂層在具有低紅外輻射率的同時，通過鋁參與太陽光波段光譜吸收進一步提 高了涂層的太陽光譜吸收率。
[0022] 5)在波長大于2000nm時，CrNx、CrNxOy消光系數(shù)比紅外反射層A1的消光系數(shù)（大 于21)小很多，所以對A1紅外反射光譜的影響很小，因此涂層的輻射率低。
[0023] 上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技 術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳 細說明如后。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本實用新型提出的太陽光譜選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2是本實用新型實施例紫外-紅外波段吸收光譜圖。
【具體實施方式】
[0026] 為更進一步闡述本實用新型為達成預定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下 結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂 層，詳細說明如后。
[0027] 如圖1所示的一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層，包括：基底層；在基底層 自下而上依次排布有紅外反射層、雙結(jié)構(gòu)吸收層和減反層；所述的雙結(jié)構(gòu)吸收層自下而上 依次包括高折射率吸收亞層與低折射率吸收亞層；其中：所述紅外反射層的材料為導電金 屬。
[0028] 通過紅外反射層、雙結(jié)構(gòu)吸收層和減反層的共同作用，使太陽光在雙結(jié)構(gòu)吸收層 和紅外反射層之間實現(xiàn)多次反射與吸收，并且紅外反射層也參與部分太陽光譜吸收，從而 使所述雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層具有優(yōu)異的光譜選擇性。所述雙吸收層太陽光譜 選擇性吸收涂層的吸收-反射過渡區(qū)陡峭，在太陽能光譜范圍（0.3-2. 5微米）具有較高的 吸收率a，在熱輻射紅外區(qū)域（2-50微米）具有極低的輻射率e，所述雙吸收層太陽光譜 選擇性吸收涂層中高溫（200°C-400°C)輻射率e低于3%，吸收率a較高（約90% )， a/e高于現(xiàn)有的商業(yè)產(chǎn)品，適合于低倍聚焦的中高溫太陽能集熱器；并且制備工藝簡單、 鍍膜設(shè)備要求低，適用于大規(guī)模低成本生產(chǎn)。
[0029] 本實用新型的另一實施例提出了一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層，與上述 實施例相比，所述高折射率吸收亞層的材料為CrNx，所述&隊在350nm~2500nm的波長范 圍內(nèi)折射率為2. 4~4. 4,在350~1250nm的波長范圍內(nèi)消光系數(shù)為1. 76~1. 24,大于 2000nm的波長的消光系數(shù)小于0. 9。CrNx的熱穩(wěn)定性良好。
[0030] 本實用新型的另一實施例提出了一種雙吸收層太陽光譜選擇性吸收涂層，與上述 實施例相比，所述低折射率吸收亞層的材料為CrNxOy，所述CrNxOy在350nm-2500nm的波長 范圍內(nèi)折射率為2. 2~2. 4,在350~1250nm的波長范圍內(nèi)消光系數(shù)為0. 52~0. 11，大于 2000nm的波長的消光系數(shù)小于0. 07。CrNxOy的熱穩(wěn)定性良好
[0031] 所述的吸收層設(shè)置于紅外反射層之上，結(jié)構(gòu)為內(nèi)層高折射率吸收亞層與外層