专利名称：一种太阳能选择性吸收膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能选择性吸收膜的镀膜技术领域，特别涉及一种高吸收低发射且耐候性能好的膜系以及镀膜方法，还涉及了该方法在平板集热器中的应用。
背景技术：
在太阳能的开发利用领域中，将光能转化为热能是较为常见的一种转化利用方式。为了能让太阳能获得充分的利用，提高转化效率，往往需要在基体材料上镀上一层选择性吸收膜，以提高光的吸收率并降低发射率。所谓“选择吸收”就是吸收太阳光谱中的绝大部分的光波(波长为O. 3微米-3微米)，并将其变成热能，同时降低自体发射出的远红外波以降低热福射损失。通常，太阳能选择吸收层涂层可以被分为几类。(C. E. Kennedy, NREL/TP-520-31267,2002, USA，殷志强，全玻璃真空集热管，p. 78，科学出版社，1998)如图所示附图
2所示为第一类吸收膜结构，其由镀在基材表面的本征吸收层和减反层构成，本征吸收层多由钨、掺硼的硅、氧化锡等构成。这一类材料的光吸收效果不太好。附图3所示为第二类吸收膜结构，其吸收层采用一些小能隙的半导体材料，如硅，锗等。而附图4所示为第三种结构，其原理是使金属表面成一定的微观形貌，这些微观形貌可以捕捉光子，吸收光能。同时对远红外波有很强的反射。这种表面形貌可以通过化学腐蚀，金属高温氧化，光学刻蚀等多种方法获取。附图5所示为第四类吸收膜结构，即在金属基材上制备多层膜介质-金属-介质，通过光学干涉法，使得在太阳光区域反射最小，而在远红外区有大的反射。(M. Bornand E. Wolf, Principles of Optics, 6th Ed. , Pergamon, Oxford, 1980) 金属膜层的厚度很小，约10纳米左右，以达到半透明效果，介质层光学厚度为四分之一光波长，这样，穿过金属膜层的光在金属基材和介质界面反射，再穿过金属膜与金属表面的反射光叠加，形成干涉。当两者相位相差180度时，并且两者强度相当时，反射可以接近零。金属具有很好的导电特性。这是由于其拥有大量的自由电子。而这些自由电子会对光子产生作用，吸收或反射光子。当光的波长与电子振动波长相等时，吸收达到最大。这个波长为
权利要求
1.一种太阳能选择性吸收膜，其特征在于它包括形成在基材上的介质层、形成在所述的介质层上的吸收层、形成在所述的吸收层上的减反层，所述的吸收层为金属和金属化合物的复合材料，所述的金属化合物是金属氧化物或金属氮化物或金属氮氧化物，所述的金属为铬、镍、铝、钛、钨、钥、钽、铌以及镍基合金、钨钥合金、铁基合金、不锈钢中的ー种，所述的金属化合物为氧化铬、氧化铝、氧化镍、氧化钛、氧化钨、不锈钢氧化物，氧化硅、氧化錫、氮化铝、氮化硅、氮氧化铝、氮氧化硅中的ー种，所述的吸收层中金属原子占该膜层总物质的摩尔比为0. 3到0. 9，所述的吸收层的厚度为10-60nm ;所述的减反层的厚度为70_100nmo
2.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的减反层为氧化招。
3.根据权利要求1或2所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的吸收层为铬和氧化铬的复合层，或者所述的吸收层为不锈钢和不锈钢氧化物的复合层。
4.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的基材的构成材料为金属，所述的基材的表面在镀膜前经过抛光处理。
5.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的吸收层包括第一吸收层和第二吸收层，所述的介质层、第二吸收层、第一吸收层、減反层依次形成在所述的基材上。
6.根据权利要求5所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的第一吸收层中所含金属原子所含金属原子的摩尔比小于第二吸收层中所含金属原子的摩尔比。
7.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的基材的构成材料为玻璃或高分子材料。
8.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的基材上形成有红外闻反层。
9.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的介质层的厚度为 30_50nm。
10.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的吸收层的厚度为15-30nm，所述的减反层的厚度为80_100nm。
11.根据权利要求1所述的ー种太阳能选择性吸收膜，其特征在于所述的吸收膜通过电控溅射法镀附在所述的基材上，电控溅射过程中的反应气压为15Pa_50Pa。
12.一种制造如权利要求1-11中任意一项所述的太阳能选择性吸收膜的方法，其特征在于包括下述步骤 A、在电控溅射室内放入基材，在所述的电控溅射室的两个空心阴极上分別安装第一金属靶和第二金属靶； B、用泵使所述的电控溅射室内气体排空； C、通过两个空心阴极，向所述的电控派射室内注入5000-20000sccm|J气,在第一金属革巴附近注入50sccm-200sccm反应气体,所述的电控派射室内放电气压保持在 15Pa 50Pa之间,在基片上加5-50V电压,在第一金属祀与第二金属祀上分别加上负电压，使它们放电； D、把所述的基材置于第一金属靶前，在所述的基材上镀介质层；E、再把所述的基材置于第二金属靶前，在第二金属靶附近注入1-1Osccm的反应气体，所述的基材上镀10nm-60nm厚的吸收层； F、再把所述的基材置于第一金属靶前，镀70-100nm厚的减反层； 其中，所述的反应气体为氧气或氮气或氮氧化合物。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于所述的电控溅射室内的放电气压保持在30Pa。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于所述的第一金属靶为纯度大于99 的招。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于所述的第二金属靶为纯度大于99%的不锈钢或铬。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于所述的第一金属靶和第二金属靶均包括相对放置的两块靶板，ー对所述的靶板的靶面相对，且ー对所述的靶板的靶面之间形成靶腔，所述的氩气和反应气体的出口分别位于所述的靶腔的两端，所述的基材位于靠近所述的反应气体出ロー侧。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能选择性吸收膜及其制备方法，该吸收膜包括形成在基材上的介质层、形成在所述的介质层上的吸收层、形成在所述的吸收层上的减反层，所述的吸收层为金属和金属化合物的复合材料，所述的吸收层中金属原子占该膜层总物质的摩尔比为0.3到0.9，所述的吸收层的厚度为10-60nm；所述的减反层的厚度为70-100nm。当太阳能选择性吸收膜受到自然光照射后，一部分光穿过吸收层，被吸收；另一部分光穿过介质层，到达金属基片或红外反射层表面，被反射，并再次穿过介质层和吸收层。通过调整介质层的厚度，调整光的相位，使得光在吸收层中干涉最大，而在吸收层外干涉最小。
文档编号B32B33/00GK103029371SQ2012105862
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者郭射宇, 殷志强 申请人:郭射宇, 殷志强