太阳能光谱高温选择性吸收膜的制作方法

专利名称：太阳能光谱高温选择性吸收膜的制作方法
技术领域：
本实用新型属于薄膜技术与薄膜材料领域，具体涉及了一种太阳能光谱高 温选择性吸收膜。
背景技术：
根据吸收太阳光的原理和涂层的构造不同，太阳能光谱高温选择性吸收涂 层主要分为半导体涂层、光干涉涂层、多孔涂层和金属陶瓷涂层四类。常见的
半导体材料有硅(Si )、锗(Ge )、黑络(Crx0y)、黑镍(NiS-ZnS)、氧化铜黑(Cux0y ) 和氧化铁(Fe3(k )等；光干涉涂层是由非吸收的介质膜与吸收复合膜、金属底 材或底层薄膜组成，如A1203-Mox-Al203 (AMA)三层膜、A1N-A1/A1八层膜等； 多孔涂层是通过控制涂层表面的形貌和结构，使表面不连续性的尺寸与可见光 谱峰值相当，从而对可见光起陷阱作用，对长波辐射具有很好反射作用；金属 陶瓷层是根据有效的媒质理论，利用在母体中细分散的金属粒子，对可见光的 不同波长级光子产生多次散射和内反射而将其吸收，金属粒子和氧化物的共析 涂层，如A1-Al203、 Mo-Al203、 Mo-Si02、 Ti-TiO2、 W-A她、Ni-AM)3、 Co-Al203、 Au- Al2O3等涂层。
现有的太阳能光谱高温选择性多为四层结构，第一层为基材，第二层为为 金属光反射层，第三层为光吸收层，第四层为光减反射，这四层结构依次叠加， 由于反射层多为单一的金属Mo、 Ni、 Cu或Fe导致其与基材以及吸收层之间的 结合性不够好，同时这种结构的吸收膜的红外反射率较低，导致发射率增加， 因此实用性有待加强。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种层间的结合性好、实用性加强的太阳能光谱 高温选择性吸收膜。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是太阳能光谱高温选择性 吸收膜，包括基材，以及由内至外依次设置在基材上的反射层、吸收层和减反
层，所述的反射层为Fe-Mo合金，所述的吸收层为Mo-Al203合金，所述的减反
层为Al203。
所述反射层的厚度为100-200nm 。 所述吸收层的厚度为150-200nm 。 所述减反层的厚度为30-80nm 。
本实用新型的有益效果是采用了 Fe-Mo合金作为反射层，增强了基材与 吸收层之间的结合力，而且具有好的红外反射性能和防扩散功能，且具有更加 优异的红外反射效果，利于降低发射率，Mo- Al203合金的吸收层为Mo含量逐 步降低的三层结构，形成多界面吸收层，使得太阳光谱的紫外、可见和红外光 经过多次反射、折射、干涉和吸收后，97%以上的辐射被涂层吸收，转化成热量, Al203减反层能进一步提高膜层的吸收率，本实用新型的太阳能光谱高温选择性 吸收膜具有耐高温、抗氧化性能强，化学惰性和微观结构稳定的特性，实用性 大大增强。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。


图1是本实用新型的剖面示意图2是制备本实用新型所使用的三耙溅射设备的剖面示意图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参照
图1所示，太阳能光谱高温选择性吸收膜，包括基材1，所述基材1可 为金属、塑料或陶瓷材质，作为具体实施例，特选用不锈钢金属管，在基材1 上设置有反射层2，反射层2上设置有吸收层3，吸收层3上设置有减反层4， 三层依次溅射叠加，所述的反射层2为Fe-Mo合金，所述的吸收层3为Mo-Al203 合金，包括高金属含量层、中金属含量层和低金属含量层三层，由里层到表层 Mo的含量逐步降低。
作为本实用新型的第一实施例，吸收层3中三层Mo的原子百分比含量分别 为里层Mo含量为80%，中间层Mo含量为50%，表层Mo含量为20% 。
作为本实用新型的第二实施例，吸收层3中三层Mo的原子百分比含量分别 为里层Mo含量为90先，中间层Mo含量为6(F。，表层Mo含量为40呢。
作为本实用新型的第三实施例，吸收层3中三层Mo的原子百分比含量分别 为里层Mo含量为80%,中间层Mo含量为50-60%,表层Mo含量为20-40% 。
本实用新型各层的厚度分别如下反射层的厚度为100-200 nm,通过沉积 这样厚度的反射层，可使光反射得到加强；吸收层的厚度为150-200 nm，这样 可加强对太阳能的吸收；减反层的厚度为30-80 nm，这个范围的厚度虽可使光 辐射透过，但可通过内部吸收及相位补偿干涉促进对太阳能的吸收。
参照图2所示，本实用新型吸收膜可使用三靶溅射设备来制备，该设备包 括密闭的溅射炉7，溅射炉7内的侧壁上均匀分布有三个圆柱形的靶电极，即Fe靶8、 Mo靶9和Al靶10，任意两个靶电极的轴线呈60°的夹角，三个靶电极分别且选择性地与电源相接作为阴极，溅射炉与电源连接形成阳极接地，溅射炉7的壁面上设置有两个进气管，溅射炉7的中心设置有绕溅射炉中心轴旋转的旋转工架11，用于放置基材1，基材1可以在旋转工架11的环形轨道上转动的同时实现自身旋转，便于均匀镀膜，在靶电极和基材之间设置不同电压，从进气管5和进气管6中可分别通入氩气和氧气。本实用新型制造方法如下
a) 、对作为基材的不锈钢金属管表面进行抛光、去污、丙酮超声清洗以及酒精漂洗，然后将基材置于旋转工架11上，基材在旋转工架11上公转的同时保持自转。
b) 、关闭溅射炉，抽真空，当真空度达到一定要求后，从进气管5向溅射炉7内充入氩气，并在基材上施加偏压，先对基材进行等离子清洗。之后开启Fe靶8和Mo靶9，当氩离子轰击靶材的表面时，Fe和Mo金属原子及原子团被溅射出来，溅射形成Mo含量为50-6(m的Fe-Mo合金反射层。本阶段的工艺条件可设置如下Fe靶8的电流为35A，电压为411 V; Mo靶9的电流为40A，电压为450 V;基体偏压为270-300 V;真空度为0. 10 Pa，沉积时间为8-10 min。
c) 、从进气管5向溅射炉7内充入氩气，同时从进气管6向溅射炉7内充入氧气。关闭Fe靶，开启Mo靶、和A1靶，在Fe-Mo合金的反射层2表面溅射一层M0-AI2O3金属，形成梯度吸收层3，此时，Mo金属不与氧气反应，而A1与氧气反应生成Al203，两种物质共同沉积在基材上形成Mo-Al203薄膜，Mo金属的含量通过设置靶电流、电压、氧气分压进行控制，薄膜的厚度通过控制溅射速率和时间进行控制，控制氧气的流量可以控制氧化物的生成量，通入过量的氧气全部反应生成氧化物沉积到基材上，从而完成复合涂层的制备。本阶段溅射炉7内的真空度可以控制在0.16-0.2 Pa之间，基体偏压设置为200-250 V，沉积时间设置为10-15 min。
d)、同时向溅射炉内充入氧气和氩气，关闭Fe耙和Mo靶，开启A1耙对基材进行离子轰击，采用与上述相同的方法溅射得到一层完全透明的Al203薄膜。本阶段Al靶的电流为38 A，电压为320 V，真空度为0. 25 Pa，沉积时间5-8 min。
本实用新型具有对太阳光谱优异的选择吸收特性，测得其在200-2500 nm的平均吸收率》97%;发射率《7 % (室温)。在空气中和真空条件下分别进行退火，测试了不同温度和时间的热稳定性，结果如下
在空气中退火，、温度为75(TC、时间2小时，其热稳定性不变。
在真空中退火，温度为60CTC、时间3小时，其吸收率和发射率均保持稳定。
在空气中退火，温度为50(TC、时间48小时，其光学性质也无明显地退化现象。
本实用新型的吸收膜采用Fe-Mo合金作为反射层，增强了基材与吸收膜之间的结合力，且具有更加优异的红外反射效果，利于降低发射率。根据各膜层的折射率和消光系数不同，不但将反射层、吸收层和减反层设计成梯度膜层，而且进一步将Mo- Al203吸收层设计成三层的梯度结构，使得太阳光谱的紫外、可见和红外光(200-2500 nm)经过多次反射、折射、干涉和吸收后，97%以上的辐射被涂层吸收，转化成热量，获得一种结合力强、高吸收率、低发射率的太阳能选择性吸收涂层。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
权利要求1、太阳能光谱高温选择性吸收膜，包括基材，以及由内至外依次设置在基材上的反射层、吸收层和减反层，其特征在于所述的反射层为Fe-Mo合金，所述的吸收层为Mo-Al2O3合金，所述的减反层为Al2O3。
2、 根据权利要求l所述的太阳能光谱高温选择性吸收膜，其特征在于，所述反射层的厚度为100-200nm 。
3、 根据权利要求l所述的太阳能光谱高温选择性吸收膜，其特征在于，所述吸收层的厚度为150-200nm 。
4、 根据权利要求l所述的太阳能光谱高温选择性吸收膜，其特征在于，所述减反层的厚度为30-80nm 。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能光谱高温选择性吸收膜，包括基材，以及由内至外依次设置在基材上的反射层、吸收层和减反层，所述的反射层为Fe-Mo合金，所述的吸收层为Mo-Al₂O₃合金，所述的减反层为Al₂O₃；本实用新型具有优异的红外反射效果，利于降低发射率，实用性大大增强。
文档编号B32B7/02GK201407852SQ20092005170
公开日2010年2月17日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者周拥仔, 彭启成, 李皓桢, 贺冬枚, 赵华平, 陈玉琴 申请人:东莞市康达机电工程有限公司