[发明专利]太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能集热器技术领域，具体涉及一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

众所周知，太阳能选择性吸收涂层对太阳能集热器的集热效率影响很大，该涂层的太阳能吸收率α与热发射率ε的比值越大，集热效率越高；反之，效率越低。

Al-AlN吸收涂层是当前国内使用最广泛，也是最成熟的选择性吸收涂层，主要用在全玻璃真空管集热器的集热管上，在接近真空的环境中，该吸收涂层在100℃以下使用时，吸收率大于92％，热发射率小于8％。但是当工作温度在300℃以上时，这种吸收涂层的热发射率却接近18％。而槽式太阳能发电吸热管的集热管内的工作温度一般在300℃以上，该吸收涂层在耐高温以及耐久性方面不能适用此种太阳能集热器。而对于CPC式平板集热器，由于长期工作在潮湿环境中，因此集热管不仅要能耐高温，而且还要耐潮湿，Al-AlN吸收涂层也不适应。

而从国际太阳能热水器市场销售的份额来看，平板太阳能热水器的使用率远远大于真空管太阳能热水器。而目前平板集热器的吸收涂层主要以TXT涂层为主，该涂层中的TXT涂料由复合金属氧化物和丙烯酸树脂合制而成，其吸收率为92％，而热发射率却高达30％～40％。也有采用镀铬涂层的，该涂层的吸收率为92％～95％，热发射率常常在10％以上，而且由于镀铬会污染环境，目前已遭禁用。

CN1169999C公开了一种太阳光谱选择性吸收涂层，包括反射层、吸收层、减反射层。吸收层是AlN+TiN-AlTi膜或者AlNO+TiNO-AlTi膜。减反射膜为AlN+TiN膜或者AlNO+TiNO膜。吸收层的厚度为150-400nm，减反射层厚度为40-200nm。其80℃的热发射率ε为0.06-0.10，太阳能吸收率α为0.93。CN1020797C公开了一种光-热转换吸收薄膜及制备，用于平板集热器及热管式真空集热器。吸收膜为TiN，膜层为200-1000nm，但是该专利并未提及该吸收薄膜具有耐潮湿性。CN1613807A公开了一种包埋钛或钛合金金属团族的金属陶瓷薄膜，包括反射层(Cu或者Ti)、吸收层(Ti-TiN)和减反射层(TiN)。主要使用于超过300℃的条件下，成为中高温太阳能真空集热管可以应用的，吸收层厚度为30-200nm，但是该专利并未提及该金属陶瓷薄膜具有耐潮湿性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提出一种适用于平板太阳能集热器的耐高温、耐潮湿的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种太阳能选择性吸收涂层，包括吸收层和减反射层，其特征在于：吸收层由溅射沉积在基体上的TiN层、溅射沉积在TiN层上的TiO层以及溅射沉积在TiO层上的TiO₂层构成，减反射层为溅射沉积在TiO₂层上的SiO₂层。

所述吸收层的厚度为80～120nm。所述TiN层的厚度为30～50nm，所述TiO层和TiO₂层的厚度之和为50～70nm。所述减反射层的厚度为80～120nm。

实现本发明另一目的的技术方案是：一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于具有以下步骤：①将进行预处理后的基体装入立式双靶磁控溅射镀膜机中，并将立式双靶磁控溅射镀膜机的真空室内气压抽至0.1×10^-2～1.0×10^-2Pa；立式双靶磁控溅射镀膜机中的两个阴极靶为钛靶和SiO₂靶；②向真空室内通入纯度大于99.95％的氩气，使真空室内气压为0.1～1.0Pa；③在氩气气氛中接通600V～1200V的直流负电压轰击清洗基体，去除基体表面杂质，随后给基体接通200V～500V的负偏压，使立式双靶磁控溅射镀膜机中的钛靶通电，同时向真空室内通入纯度大于99.95％的氮气，起靶向基体溅射沉积TiN层，直至TiN层的厚度达到30～50nm，切断氮气；④向真空室内通入纯度大于99.95％的氧气，起靶向TiN层溅射沉积TiO层和TiO₂层，直至两层的厚度之和达到50～70nm，切断氧气，使钛靶断电；⑤使立式双靶磁控溅射镀膜机中的SiO₂靶通电，同时通入纯度均大于99.95％的氩气和氧气，起靶向TiO₂层溅射沉积减反射层，直至减反射层厚度达到80～120nm，切断氩气和氧气，SiO₂靶断电。