一种采用渐变减反射层的选择性涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料技术、涂层技术领域，具体涉及一种太阳能选择性涂层以及其制备方法，该太阳能选择性涂层包含折射率渐变的减反射层。
【背景技术】
[0002]集热元件(HCE)是太阳能槽式热发电集热器的组成部件。槽式集热器通过用线性抛物面反射镜将太阳光聚集到一条焦线上。在这条焦线的位置放置集热元件，将太阳辐射转化成热。
[0003]集热元件已经实现商业化，其典型结构包含一支钢管和与其同心安装的玻璃管。在不锈钢管上镀选择性涂层以提高效率，玻璃管采用硼硅玻璃管，其上镀减反射涂层。玻璃管和钢管之间形成一个环形空间。为了进一步提高效率，这个环形空间于两端密封并抽真空。环形空间的密封是通过在钢管和硼硅玻璃管之间安装膨胀装置来实现的。膨胀装置通过金属连接环，一端与玻璃管相连，另一端与钢管相连。膨胀装置使得钢管和玻璃管之间的线膨胀量差异问题得以解决。
[0004]选择性涂层应在太阳光谱内高吸收(低反射)，同时在集热元件目标工作温度下高反射。涂层在反射率上的这种转变被称为边缘(edge)。要得到在高工作温度下高吸收、低发射，关键在于要在预定的截止波长上形成陡峭的边缘曲线。这个截止波长取决于选择性涂层的工作温度。工作温度越高，目标截止波长越低。选择性涂层包含红外反射层，红外反射层上面是太阳吸收层。让吸收层对工作温度下黑体辐射尽可能透明是非常重要的。
[0005]做出更陡峭的边缘曲线，就可能创造出干涉效果。把吸收层分成数层，其中每一层的折射率不同，这样就能得到想要的干涉效果。在这些涂层的最外层再加上一层减反射层，能进一步提尚吸收。
[0006]选择性吸收涂层中，传统的减反射层是在选择性吸收层上面沉积一层厚70nm左右的二氧化硅、氧化铝、SiN和AlN等涂层。这种四分之一波长减反射层可以对280nm倍数的波长起到减反射的作用。在这些280nm倍数上会出现一个反射最低值，在最低值之间有一个反射最高值。对于大范围角度和波长，这种四分之一波长膜层不能表现出很好的性能。
【发明内容】
[0007]本发明针对上述问题，提供一种太阳能的选择性涂层，采用折射率渐变的减反射层，能够有效提高太阳光的吸收效率。
[0008]本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种太阳能选择性涂层，包含红外反射层和位于其上的吸收层，所述吸收层外设有减反射层，所述减反射层的折射率在所述吸收层的折射率至环境介质的折射率的范围内渐变。
[0010]进一步地，所述减反射层的折射率呈阶梯型渐变。
[0011]进一步地，所述减反射层采用倾斜角沉积技术(GLAD)沉积实现。
[0012]进一步地，所述减反射层的厚度为0.2-1微米。
[0013]一种制备上述太阳能选择性涂层的方法，其步骤包括:
[0014]I)在基体上采用磁控溅射工艺制备红外反射层；
[0015]2)在红外反射层上采用磁控溅射工艺制备吸收层；
[0016]3)在吸收层上采用倾斜角沉积技术(GLAD)沉积减反射层，使减反射层的折射率在吸收层的折射率至环境介质的折射率的范围内渐变。
[0017]本发明的太阳能选择性涂层可以用于太阳能线性聚光集热器，进而可将该太阳能线性聚光集热器用于太阳能光热发电电站。
[0018]本发明为了减少反射损失，使减反射层的折射率实现从吸收层到环境介质的渐变。减反射层的渐变可以通过倾斜角沉积技术实现，用这种方法可以有效生长出纳米结构薄膜材料，实现设计好的纳米级孔洞变化。与其它沉积技术相比，倾斜角沉积技术可以得到折射率接近于空气的材料。由于完全渐变的减反射层很难得到，本发明优选采用阶梯型渐变的减反射层，易于生产。实验结果发现，用总厚度SOOnm的阶梯渐变减反射层可以使太阳光透过率从96 %提高到97.5%。
【附图说明】
[0019]图1是太阳能选择性涂层的示意图。
[0020]图2是渐变减反射层的SEM图像。
[0021 ] 图3是渐变折射率和沉积角度的对应关系图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。
[0023]实施例1:
[0024]本实施例采用总厚度为200nm的双层阶梯渐变减反射层。本实施例的太阳光选择性涂层的制备方法，首先制备红外反射层I和吸收层2，然后制备减反射层3，如图1所示。
[0025]其中，红外反射层的材料可以是银、铝、铜、金、钨、钼、TiSi2、陶瓷材料(如TiN，ITO膜)等，优选采用磁控溅射工艺制备，红外反射层的厚度优选为50?lOOnm。
[0026]其中，吸收层的材料可以是陶瓷金属混合物、掺入半导体材料的陶瓷层等，优选采用磁控溅射工艺制备，优选双层结构(双层结构可以做出干涉效果)，吸收层的总厚度优选为 80 ?120nm。
[0027]其中，减反射层的材料可以是二氧化硅、氧化铝、SiN、AlN等，减反射层采用倾斜角沉积技术(GLAD)制备，其厚度可以在0.2-1微米。减反射层的折射率在所述吸收层的折射率至环境介质的折射率的范围内渐变。理论上应该是均匀过渡，但为了实际可操作性，在生产时优选2?3层。本实施例中采用200nm，双层阶梯渐变减反射层，每层厚度分别为10nm左右。
[0028]图2是本实施例制备的渐变减反射层的SEM图像，其中66°、-66°、87°、-87°表示沉积角度，I和2表示两层阶梯。图3是渐变折射率和沉积角度的对应关系图，由图3可以看出，较大的沉积角度可以得到较低的折射率。
[0029]本实施例制备的太阳光选择性涂层，包含总厚度为200nm的双层阶梯渐变减反射层，可以使太阳光透过率从96 %提高到97.5%。
[0030]实施例2:
[0031]本实施例的太阳光选择性涂层的制备方法，首先制备红外反射层和吸收层，然后制备减反射层。
[0032]其中，减反射层采用倾斜角沉积技术(GLAD)，其厚度可以在0.2?I微米之间，本实施例中采用总厚度为SOOnm的三层阶梯渐变减反射层，每层厚度分别为267nm左右。
[0033]本实施例制备的太阳光选择性涂层，包含总厚度为800nm的三层阶梯渐变减反射层，可以使太阳光透过率从96 %提高到97.5%。
[0034]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。
【主权项】
1.一种太阳能选择性涂层，其特征在于，包含红外反射层和位于其上的吸收层，所述吸收层外设有减反射层，所述减反射层的折射率在所述吸收层的折射率至环境介质的折射率的范围内渐变。
2.如权利要求1所述的太阳能选择性涂层，其特征在于:所述减反射层的折射率呈阶梯型渐变。
3.如权利要求1所述的太阳能选择性涂层，其特征在于:所述减反射层采用倾斜角沉积技术制备。
4.如权利要求1所述的太阳能选择性涂层，其特征在于:所述减反射层的厚度为0.2-1微米。
5.如权利要求1所述的太阳能选择性涂层，其特征在于:所述减反射层为双层阶梯渐变减反射层。
6.如权利要求1所述的太阳能选择性涂层，其特征在于:所述减反射层为三层阶梯渐变减反射层。
7.一种制备权利要求1所述太阳能选择性涂层的方法，其步骤包括: 1)在基体上采用磁控溅射工艺制备红外反射层； 2)在红外反射层上采用磁控溅射工艺制备吸收层； 3)在吸收层上采用倾斜角沉积技术沉积减反射层，使减反射层的折射率在吸收层的折射率至环境介质的折射率的范围内渐变。
8.一种包含权利要求1至6中任一项所述太阳能选择性涂层的太阳能线性聚光集热器。
9.一种包含权利要求8中所述太阳能线性聚光集热器的太阳能光热发电电站。
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能选择性涂层及其制备方法，该太阳能选择性涂层包含红外反射层和位于其上的吸收层，所述吸收层外设有减反射层，所述减反射层的折射率在所述吸收层的折射率至环境介质的折射率的范围内渐变。本发明使减反射层的折射率实现从吸收层到环境介质的渐变，减反射层的渐变可以通过倾斜角沉积技术(GLAD)实现，以有效生长出纳米结构薄膜材料。本发明优选采用阶梯型渐变的减反射层，易于生产，可以使太阳光吸收率从96％提高到97.5％。
【IPC分类】C23C28-00, F24J2-48, B32B33-00
【公开号】CN104633972
【申请号】CN201410743666
【发明人】康雪慧
【申请人】康雪慧
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月8日