一种太阳光谱选择性吸收涂层和集热器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光谱选择性吸收涂层领域，尤其是一种太阳光谱选择性吸收涂层 和集热器。
【背景技术】
[0002] 太阳能集热器采用的光谱选择性涂层膜系结构一般可以概括为基底/红外反射 层/太阳光谱吸收层/表面减反射层。红外反射层为高导电率金属，对红外光谱有很高的 反射率，是涂层获得低辐射性能的主要原因；表面减反层降低涂层与空气界面处太阳光的 反射，使更多的太阳光能量进入吸收层，增加了太阳光谱吸收率，进而提高集热效率。
[0003] 然而，红外反射金属与其上沉积的金属陶瓷、金属氮氧化物等热膨胀系数相差较 大，因此涂层膜层之间界面应力较大，导致膜层在高低温实验和使用过程中有出现脱落的 可能性。
【发明内容】
[0004] 本实用新型提供了一种太阳光谱选择性吸收涂层，从而能够使所述涂层的界面处 应力小，膜层附着力好。
[0005] 本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0006] 通过一种太阳光谱选择性吸收涂层，包括：
[0007] 基底层；
[0008] 在基底层上依次排布有红外反射层、复合吸收层和减反层；
[0009] 所述的复合吸收层自下而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材料为对光谱具有吸收性能 的材料，
[0010] 其中：所述红外反射层、所述金属亚层、所述金属氮化物亚层、所述金属氮氧化物 亚层的热膨胀系数依次升高。
[0011] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧 化物亚层的折射率依次降低；
[0012] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧 化物亚层的消光系数依次降低。
[0013] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，在500-2500nm范围内，所述金属亚层的折射 率为3. 19-6. 13,所述金属氮化物亚层的折射率为3. 00-4. 40,所述金属氮氧化物亚层的折 射率为 2. 38-2. 20 ;
[0014] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，在380-2500nm范围内，所述金属亚层的消光 系数为3. 59-6. 84,所述金属氮化物亚层的消光系数为1. 79-0. 76,所述金属氮氧化物亚层 的消光系数为0.47-0. 005。
[0015] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的复合吸收层的总厚度为80nm-140nm， 其中：所述金属吸收亚层的材料为Cr，其厚度为10-30nm;所述金属氮化物吸收亚层的材 料为CrNx，其厚度为30nm-50nm;所述金属氮氧化物吸收亚层的材料为CrNxOy，其厚度为 40nm_60nm 〇
[0016] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的基底的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢， 所述基底层的厚度为〇. 2~10mm。
[0017] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的红外反射层的材料的电导率大于 IO6S ? nT1，所述红外反射层的厚度为50~200nm〇
[0018] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的红外反射层为Al、Cu、Au、Ag或Ni。
[0019] 上述的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述减反层的材料为Si02、Al20 3、Th02、Dy203、 Eu2O 3' Gd2O3' Y2O3' La2O3' MgO 或 Sm203,所述减反层的厚度为 50 ~150nm〇
[0020] 本实用新型的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现的
[0021] 通过一种集热器，包括壳体，在所述壳体上设有盖板，在所述盖板下方设有吸热层 和保温层，所述吸热层为上述的太阳光谱选择性吸收涂层。
[0022] 借由上述技术方案，本实用新型提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层至少具有下 列优点：
[0023] a、金属亚层的热膨胀系数介于红外反射层金属和金属氮化物亚层之间，从而能够 降低红外反射层金属、金属亚层和金属氮化物亚层界面应力，提高了涂层附着力和高低温 循环稳定性。
[0024] b、本实用新型所公开的太阳光谱选择性吸收涂层吸收层包括由内到外折射率、消 光系数依次降低的金属、金属氮化物和金属氮氧化物，实现在80°C的测试温度条件下，太阳 光谱吸收率高于95%，辐射率低于4%。
[0025] c、本实用新型的【具体实施方式】中，红外金属反射层的材料在优选为铝，通过铝参 与太阳光波段光谱吸收进一步提高了涂层的太阳光谱吸收率。
[0026] 上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技 术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详 细说明如后。
【附图说明】
[0027] 图1是本实用新型提出的太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图；
[0028] 图2是本实用新型实例1和TiNxOy膜系的紫外-红外波段吸收光谱图；
[0029] 图3是本实用新型的实例1和对比例的紫外-红外波段吸收光谱图。
【具体实施方式】
[0030] 为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下 结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层，详细说 明如后。
[0031] 实施例1
[0032] 如图1所示一种太阳光谱选择性吸收涂层，包括：基底层；
[0033] 在基底层上依次排布有红外反射层、复合吸收层和减反层；所述的复合吸收层自 下而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材料为对光谱具有吸收性能的材料，其中：所述红外反射层、 所述金属亚层所述金属氮化物亚层、所述金属氮氧化物亚层的热膨胀系数依次升高。
[0034]金属亚层的热膨胀系数介于红外反射层金属和金属氮化物亚层之间，从而能够降 低红外反射层金属、金属亚层和金属氮化物亚层界面应力，提高了涂层附着力和高低温循 环稳定性。
[0035] 热能传递有传导、对流、辐射三种方式，太阳取之不尽用之不竭的热能以辐射的方 式输送到地球上。太阳光谱选择性吸收涂层是实现太阳能光热转换的核心材料，一方面，它 在太阳光波段（0.3 ym-2. 5 ym)具有高的吸收率a，吸收太阳光能量将其转换为热能，另 一方面，它在受热后发生黑体辐射的红外波段（2.5 ym-50ym)具有低的辐射率e，有效抑 制辐射散热，实现对热能的进的多，出的少。一般说来，a越大越好，e越小越好。但在实 际制备膜时，当a达到某一数值后，要想进一步增大a，e也会随之增大。而且，有时e 增加的值大于a增加的值，故实际应用中用a与e的比值（a/e)来表征涂层选择性的 高低，a/e值越大，其光谱选择性越好，并且a/e⑴值越大越适合200°C以上的中高温 应用。
[0036] 本实用新型所公开的太阳光谱选择性吸收涂层的复合吸收层包括由内到外折射 率、消光吸收依次降低的金属、金属氮化物和金属氮氧化物，实现在80°C的测试温度条件 下，太阳光谱吸收率高于95%，辐射率低于4%。
[0037]具体实施时，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依次 降低；所述金属亚层、金属氮化物亚层和金属氮氧化物亚层的消光系数依次降低。从而能够 降低选择性吸收涂层对入射光的反射作用，增高所述选择性吸收涂层对光的吸收率。
[0038]具体实施时，在500-2500nm范围内，所述金属亚层的折射率为3. 19-6. 13,所述金 属氮化物亚层的折射率为3. 00-4. 40,所述金属氮氧化物亚层的折射率为2. 38-2. 20 ;
[0039] 在380-2500nm范围内，所述金属亚层的消光系数为3. 59-6. 84,所述金属氮化物 亚层的消光系数为1. 79-0. 76,所述金属氮氧化物亚层的消光系数为0. 47-0. 005。
[0040] 具体实施时，所述的复合吸收层的总厚度为80nm-140nm，其中：所述金属吸收 亚层的材料为Cr，其厚度为10-30nm;所述金属氮化物吸收亚层的材料为CrNx，其厚度 为30nm-50nm;所述金属氮氧化物吸收亚层的材料为CrNxOy,其厚度为40nm-60nm。其中： 0. 05〈X〈0. 35,0. 71〈Y〈1. 45。
[0041] 由于Ti、Ni等金属氧化反应活性和速度远高于氮化反应活性和速度，导致获得最 佳性能吸收层的氮氧比例工艺窗口窄，需要精确控制镀膜过程中氮气和氧气的含量，氮氧 比的微小变化会引起膜系吸收率、辐射率、甚至涂层颜色的明显改变，镀膜工艺稳定性差， 对镀膜设备要求高。而本实用新型选择Cr，与Ti、Ni相比，对氧较不敏感，所以，CrN xOy制 备的过程相对简单。
[0042]具体实施时，所述的基底的材料为玻璃、铝、铜或