具有渐变性复合涂层形式的亚吸收层及其制法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于平板太阳能集热器的选择性太阳能热吸收涂层，尤其是指一种具有渐变性复合涂层形式的亚吸收层及其制法。
【背景技术】
[0002]对于平板太阳能集热器的应用来说，最常见和普遍的一种制备技术就是在金属板材上制备选择性太阳能热吸收涂层。就目前而言，绝大多数的选择性太阳能热吸收涂层是采用真空镀膜的工艺制得。
[0003]利用真空镀膜的方法制备选择性太阳能热吸收涂层，这种方法包括了一种多层薄膜的结构，以此形成一个选择性太阳能热吸收涂层的膜系。通常情况下选择性太阳能热吸收涂层包括了一层高反射基底层，此高反射基底层拥有较低的红外发射率。在红外高反射基底层之上堆叠一层或多层的中间亚层，这种中间亚层结构构成了选择性太阳能热吸收涂层的吸收层和干涉阻挡层。顶层是一层或多层用于减少反射的膜层(减反层)。
[0004]就目前而言，上述中间亚层结构的作用是建立太阳能选择性热吸收涂层的吸收性能和干涉阻挡性能，通常情况下这种中间亚层是金属氧化物和/或金属氮化物和/或金属氮氧化物的一层或多层结构。目前的选择性太阳能热吸收涂层制备的趋势是应用复合材料包括至少两种金属和它们的氧化物MelMe20x和/或氮化物MelMe2Ny和/或氮氧化物MelMe20xNyo制备这种复合涂层的一般方法是在化合物或一定配比的合金靶材上使用反应性中频交流和/或脉冲直流磁控溅射进行涂层的制备。另一种制备这种复合涂层的方法是包含超过一种金属的复合材料的共同溅射，即两种不同类型的靶材在同一个镀膜腔室中同时进行溅射镀膜。采用以上两种方法制备上述中间亚层对波长范围和入射的太阳辐照度的范围往往过窄，不利于提高对太阳能的热吸收效率。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种具有渐变性复合涂层形式的亚吸收层及其制法，其主要目的在于克服现有中间亚层对波长范围和入射的太阳辐照度的范围往往过窄，不利于提高对太阳能的热吸收效率的缺陷。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种具有渐变性复合涂层形式的亚吸收层，由下往上依次包括一底层复合涂层、至少一渐变复合涂层以及一顶层复合涂层，所述底层复合涂层的化学成分为第一金属Mel，所述顶层复合涂层的化学成分为第二金属Me2，所述渐变复合涂层的化学成分包括第一金属Mel以及第二金属Me2。
[0007]进一步的，各所述渐变复合涂层中第一金属Mel的含量由下往上依次减少，各所述渐变复合涂层中第二金属Me2的含量由下往上依次递增。
[0008]进一步的，各所述渐变复合涂层中第一金属Mel的含量由下往上呈阶梯状减少，各所述渐变复合涂层中第二金属Me2的含量由下往上呈阶梯状递增。
[0009]进一步的，所述渐变复合涂层共设置四层，由下往上分别为第一渐变复合涂层、第二渐变复合涂层、第三渐变复合涂层以及第四渐变复合涂层，所述第一渐变复合涂层的化学成分包括80%的第一金属Mel以及20%第二金属Me2，所述第二渐变复合涂层的化学成分包括60%的第一金属Mel以及40%第二金属Me2，所述第三渐变复合涂层的化学成分包括40%的第一金属Mel以及60%第二金属Me2，所述第四渐变复合涂层的化学成分包括20%的第一金属Mel以及80%第二金属Me2。
[0010]一种上述的亚吸收层的制备方法，包括以下步骤:a、根据所述第一金属Mel和第二金属Me的质量配比进行靶材配对后放置在同一个真空镀膜腔室内，b、通过磁控共同溅射工艺在上述真空镀膜腔室内进行逐层镀膜，先形成所述底层复合涂层，再根据化学成分配比的改变为阶梯状这一特性，逐层叠加从而完成各渐变复合涂层的制备，最后在渐变复合涂层顶面镀上一顶层复合涂层。
[0011]进一步的，在同一个镀膜腔室中配对放置的靶材为纯金属、合金、非金属、金属氧化物或金属氧化物的混合体。
[0012]进一步的，在同一个镀膜腔室中配对放置的靶材为Si or SiAl/Mo、Si or SiAl/Al、Si or SiAl / Ni Cr, Sn/T1、Sn/Al、Sn/Cr、Sn/Mo、Sn/NiCr、Ti/In、Zn0:A1203(AZO) /Al 或 ZnO: Ga203 (GZO) /Al 中的一种配对。
[0013]一种选择性太阳能热吸收涂层，包括一具有低红外发射率的高反射基底层、一覆盖于该高反射基底层上的主吸收性涂层以及堆叠于该主吸收性涂层的减反层，所述主吸收性涂层为上述一种具有渐变性复合涂层形式的亚吸收层。
[0014]进一步的，所述减反层包括一作为次减反层的TCO透明导电氧化物涂层以及一作为主减反层的Si02 (S1x)氧化物涂层，所述Si02 (S1x)氧化物涂层覆盖于所述TCO透明导电氧化物涂层，该选择性太阳能热吸收涂层被镀制于金属带基材上，所述金属带基材为铝带、不锈钢带或铜带。
[0015]进一步的，所述高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蒸发材料为铝、铜或者银，所述高反射基底层的下表面覆盖有一用于提高和改善选择性太阳能热吸收涂层的附着性和/或抗腐蚀性的薄膜涂层，所述薄膜涂层的成分为至少一种金属、至少一种金属氧化物、至少一种金属氮化物、至少一种金属氮氧化物或者以上金属、金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物的任意组合，所述薄膜涂层采用DC磁控溅射工艺或者AC磁控溅射工艺镀制于所高反射基底层的下表面。
[0016]和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
1、本发明设计巧妙、实用性强，通过设置由第一金属Mel到第二金属Me2并且重量百分比呈阶段状渐变的渐变复合涂层，可以使得本发明制得的亚吸收层具有至少两种金属成分，实现从亚吸收层的底层涂层到顶层涂层金属成分的渐变。这种涂层结构将会让选择性太阳能热吸收涂层的结构设计变得更加灵活多变。另外，这种渐变结构能够让选择性太阳能热吸收涂层的选择性对象的波长范围和入射的太阳辐照度的范围变宽并且使得选择性太阳能热吸收涂层的性能也会由此而提高。
[0017]2、在本发明中，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红外高反射基底层，可以增厚红外高反射基底层的厚度，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红外高反射基底层质量的改善，进而能够帮助改善并提高平板太阳能集热器的使用性能。
[0018]3、在本发明中，通过在电子束蒸发镀制的较厚的高反射基底层之下再镀上一层较薄的薄膜可以提高和改善选择性太阳能热吸收涂层的附着性和/或抗腐蚀性。镀制这种较薄的能够提高和改善膜系附着性和/或抗腐蚀性的涂层的方法可以是DC或AC磁控溅射工艺。这种薄膜涂层的成分可以是一种金属Me或一种金属氧化物MeOx或一种金属氮化物MeNy或一种金属氮氧化物MeOxNy。在电子束蒸发镀制的较厚的高反射基底层之下再镀上一层较薄的可以提高和改善膜系附着性和/或抗腐蚀性的薄膜，这样就形成了一种具有红外高反射特性的选择性太阳能热吸收涂层膜系。
[0019]4、在本发明中，通过使用透明导电薄膜(TCO)来作为选择性太阳能热吸收涂层亚层结构中的减反层，在选择性太阳能热吸收涂层的亚层结构中使用TCO涂层作为减反层能够使减反层具有较好的性能，而且对于大面积选择性太阳能热吸收涂层制备的生产能力来说也是相当高的。
【附图说明】
[0020]图1为本发明中所述选择性太阳能热吸收涂层的结构示意图。
[0021]图2为本发明实施例四的中间亚层结构AZ0/Si02减反层和单层Si02减反层选择性太阳能热吸收涂层膜系反射率光谱的对比示意图。
[0022]图3为本发明实施例五的中间亚