一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，属于太阳能光谱选择性吸 收涂层的技术领域。
【背景技术】
[0002] 太阳光谱选择性吸收涂层在波长范围为0. 3ym-2. 5ym的太阳光波段具有高吸 收率a，在波长范围为2. 5ym-50ym的红外波段具有低辐射率e，因此，太阳光谱选择性 吸收涂层广泛应用于太阳能集热器或集热管，是实现太阳能光热转换的核心材料。目前，现 有的太阳能选择性吸收涂层主要包括依次设置在玻璃、铝、不锈钢等基片上的红外反射层、 吸收层和减反层，其中，红外反射层的主要作用是反射红外线，减少热量向外的辐射，当红 外反射层达到一定厚度情况下，红外反射层越致密，红外反射效果越好，保温性能越好；吸 收层用来吸收太阳光能量，温度升高将其转化为热能，减反层用来减少吸收层与空气界面 处的太阳光反射，以使更多的太阳光穿过减反层到达吸收层。
[0003] 随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用 (< 100°C)向中温应用（100-400°C)和高温应用（> 400°C)发展，以不断满足海水淡化、 太阳能发电等中高温应用领域的使用要求。然而，对于太阳能集热管而言，工作温度越高， 对选择性吸收涂层的热稳定性要求越高。随着工作温度的升高，涂层往往存在吸收率降低， 辐射量升高的问题，影响涂层的使用温度和寿命。
[0004] 中国专利文献CN102620456公开了一种太阳能选择吸收涂层，该涂层主要包括依 次沉积在具有红外反射功能的衬底上的扩散阻挡层、吸收层和减反射层；或者主要包括依 次沉积在衬底上的红外反射层、扩散阻挡层、吸收层和减反射层；红外反射层的成分为Cu、 Mo或Ag;扩散阻挡层的成分为含有金属铬的铬-氮复合成分；吸收层由铬单质-氧化铬多 元相、铬单质-氮氧化铬多元相中的一种或两种组成；所述减反射层为310 2陶瓷薄膜。然 而，该吸收涂层热稳定性较差，仅能适用于278°C以下的工作温度，其中的红外反射层、扩散 阻挡层以及吸收层中的金属组分容易发生层间相互扩散，从而导致该薄膜的太阳光谱吸收 率明显降低，红外辐射率急剧升高，因此，使用该薄膜的太阳能集热管并不能满足278°C以 上的应用要求。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中太阳能选择吸收涂层中的红外 反射层与吸收层之间发生相互扩散，及含有扩散阻挡层的太阳能选择性吸收涂层中的红外 反射层、扩散阻挡层和吸收层之间发生的相互扩散导致热稳定性较差，太阳光谱吸收率明 显降低，红外辐射率急剧升高的问题，提出一种具有良好热稳定性的太阳能选择性吸收涂 层及其制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
[0007] -种太阳能选择性吸收涂层，从底层到表面依次设置基片、红外反射层、过渡层、 复合吸收层和减反层；
[0008]其中，所述过渡层为CrNx、yCrN? (l-y)Cr203、ySi3N4 ? (l-y)Si02、yAlN? (l-y)Al203、 yTi3N4. (11)打02中的一种或几种，其中，1 <x<1.5,0<y<l。
[0009] 所述红外反射层、过渡层、复合吸收层和减反层的厚度的比值范围为 80-200:5-35:65-160:50-150。
[0010] 所述复合吸收层由下至上依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚 层，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的折射率和消光系数均为依次降 低。
[0011] 所述金属亚层为Cr层，所述金属氮化物亚层为(^^层，所述金属氮氧化物亚层为 CrrtA，其中，1 彡 1. 5,0 <m2彡 1. 5,0 <n彡 2。
[0012] 所述Cr层、CrNw层、CrNwOjl的厚度之比为 10-40:25-60:30-60。
[0013] 所述基片为玻璃、铝、铜或不锈钢中的一种或几种；
[0014] 所述红外反射层为六1、(：11、411、48、附中的一种或几种；
[0015] 所述减反层为Si02、Si3N4、A1203、Th02、Dy203、Eu203、Gd203、Y203、La203、MgO或Sm203 中的一种或几种，优选地，所述减反层为Si02。
[0016] -种制备所述的太阳能选择性吸收涂层的方法，在所述基片上依次镀制所述红外 反射层、过渡层、复合吸收层和减反层，即得。
[0017] 所述的太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0018] (1)选取相应的金属靶材，通入惰性工作气体，采用脉冲直流磁控溅射法在所述基 片上沉积金属膜作为红外反射层；
[0019] (2)选取相应的金属靶材，通入惰性工作气体和第一反应气体，采用脉冲直流磁控 溅射法在所述红外反射层上沉积所述过渡层；
[0020] (3)选取相应的金属靶材，先后通入惰性工作气体、第二反应气体、第三反应气体， 采用脉冲直流磁控溅射法在所述过渡层上沉积所述复合吸收层；
[0021] (4)选取相应的金属靶材，通入惰性工作气体和第四反应气体，采用脉冲直流磁控 溅射法在所述复合吸收层上沉积所述减反层。还对所述基片进行预处理，具体如下：
[0022] 先采用中性洗涤液对所述基片进行清洗，之后再采用射频离子源对基片进行二次 清洗，得到预处理后的基片。
[0023] 步骤（1)-⑷中所述的惰性工作气体均为氩气；
[0024] 所述第一反应气体为氮气或者氮气和氧气的混合气，所述第二反应气体为氮气， 所述第三反应气体为氧气，所述第四反应气体为氧气。
[0025] 所述惰性工作气体的通入流量为40_60sccm，所述第一反应气体中氮气的通入 流量为50-80sccm，所述第一反应气体中氧气的通入流量为5-30sccm，所述第二气体的通 入流量为5-8〇SCCm，所述第三气体的通入流量为5-3〇SCCm，所述第四气体的通入流量为 5-30sccm〇
[0026] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0027] (1)本发明所述的太阳能选择性吸收涂层，通过从底层到表面依次设置基片、红 外反射层、过渡层、复合吸收层和减反层，并设置所述过渡层为CrNx、yCrN* (l-y)Cr203、 ySi3N4* (l-y)Si02、yAlN- (l-y)Al203、yTi3N4* (l-y)Ti02中的一种或几种，其中，l<x < 1. 5,0 <y< 1，从而使得本发明所述涂层能够有效阻止所述红外反射层与吸收层之间 发生相互扩散，及含有扩散阻挡层的太阳能选择性吸收涂层中的红外反射层、扩散阻挡层 和吸收层之间发生的相互扩散，有效提高所述选择性吸收涂层的热稳定性能，本发明所述 选择性吸收涂层的吸收率a高达95%以上，辐射率e低于5% (80°C)，经过250°C大气 环境372h退火后，性能和表面形貌无明显变化，经过400°C大气环境28h退火后，吸收率为 93. 45%，辐射率为4. 70%，吸收发射比为19. 9,表面形貌无明显变化，由此可见，本发明所 述的选择性吸收涂层具有良好的热稳定性能和较好的光谱选择性。
[0028] (2)本发明所述的太阳能选择性吸收涂层，通过将所述复合吸收层设置为由下至 上依次包括金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层，所述金属亚层、金属氮化物亚 层和金属氮氧化物亚层的折射率和消光系数均为依次降低，从而本发明所述选择性吸收涂 层的吸收-反射过渡区陡峭，进一步使其在太阳能光谱范围〇. 3ym-2. 5ym具有较高的吸 收率，在热辐射红外区域2.5 具有极低的辐射率，并且能够使得红外反射层、所 述金属亚层、金属氮化物之间的界面应力得以有效降低，提高涂层之间的附着力，进一步有 利于提高所述选择性吸收涂层的热稳定性。
【附图说明】
[0029] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合 附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0030] 图1是本发明所述的太阳能选择性吸收涂层的结构示意图；
[0031] 图2A-2C是本发明所述的太阳能选择性吸收涂层分别在未处理、250°C、400°C处 理后的表面形貌图；
[0032] 图3A-3C是对比例2所述的选择性吸收涂层分别在未处理、250 °C、400 °C处理后的 表面形貌图。
[0033] 图中附图标记表示为：1-基片，2-红外反射层，3-过渡层，41-金属吸收亚层， 42-金属氮化物亚层，43-金属氮氧化物亚层，5-减反层。
【具体实施方式】
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例提供一种太阳能选择性吸收涂层，其结构如图1所示，从底层到表面依 次设置基片、红外反射层、过渡层、复合吸收层和减反层。
[0036] 其中，所述基片为错基片，其厚度为0. 5mm。
[0037] 所述红外反射层为A1层，其厚度为200nm，所述红外反射层的电导率大于 106S?m:〇
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