[发明专利]一种光谱选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种光谱选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳光谱选择性吸收涂层在可见-近红外波段具有高吸收率，在红外波段具有低发射率的功能薄膜，是用于太阳能集热器，提高光热转换效率的关键。随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用（≤100℃）向中温应用（100℃-350℃）和高温应用（350℃-500℃）发展，以不断满足海水淡化、太阳能发电等中高温应用领域的使用要求。对于集热管使用的选择性吸收涂层也要具备高温热稳定性，适应中高温环境的服务条件。

对于太阳能选择性吸收涂层目前已研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色镍氧化铝（Ni-Al₂O₃）以及具有成分渐变特征的不锈钢-碳/不锈钢（StainlessSteel-C/Stainless Steel,SS-C/SS）和铝-氮铝（Al-N/Al）等膜系，应用于温度在200℃以内的平板型集热装置的集热管表面。但在中高温条件下，由于其红外发射率随温度上升明显升高，导致集热器热损失明显上升，热效率显著下降。

为了提高中高温服役条件下选择性吸收涂层的热稳定性，莫氧化铝/铜（Mo-Al₂O₃/Cu）、不锈钢-铝氮/不锈钢（SS-AlN/SS）等材料体系得到了研究和发展，采用了双靶或多靶金属陶瓷共溅射技术，其中Mo-Al₂O₃/Cu体系的特点是Mo-Al₂O₃吸收层104具有成分渐变的多亚层结构，氧化铝（Al₂O₃）层采用射频溅射方式，SS-AlN/SS体系的特点是吸收层104采用了干涉膜结构，使热稳定性提高。上述涂层在使用温度350℃-500℃范围内的聚焦型中高温集热管表面获得了应用。但是金属陶瓷结构涂层因为金属原子较多，在高温下的微观结构和物理性能都不稳定。而且射频溅射等工艺沉积速率低，生产周期长，工艺复杂，成本高。

对于太阳能的中高温利用，需要一种吸收率高、发射率低、热稳定性好，而且工艺简便的选择性吸收涂层及制备技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光谱选择性吸收涂层及其制备方法，适用于高温（300℃-500℃）工作温度集热管，涂层吸收率高、发射率低、热稳定性好，制备工艺简便，操作方便，生产周期短，溅射工况稳定。

本发明的一个实施例，揭露一种光谱选择性吸收涂层，该光谱选择性吸收涂层位于基体上，依次包括第一扩散阻挡层、红外发射层、第二扩散阻挡层、吸收层和减反射层，其中，所述吸收层包括第一亚层和第二亚层，所述第一亚层在所述第二扩散阻挡层的表面上，所述第二亚层在所述第一亚层上，所述第一亚层和第二亚层只包含相同的两种氧化物或者相同的两种氮化物，其中，所述两种氧化物或者所述两种氮化物在所述第一亚层所占的比例不同于在所述第二亚层中所占的比例。

较佳的，所述两种氧化物包括：二氧化硅SiO₂和二氧化钛TiO₂，二氧化硅SiO₂和氧化铬Cr₂O₃,二氧化钛TiO₂和氧化铝Al₂O₃，或，氧化铬Cr₂O₃和氧化铝Al₂O₃；或者，所述两种氮化物为氮化硅Si₃N₄和氮化铝AlN。

较佳的，较低折射率的氧化物在第一亚层所占体积百分比低于该较低折射率的氧化物在第二亚层所占体积百分比；或者，较低折射率的氮化物在第一亚层所占体积百分比低于该较低折射率的氮化物在第二亚层所占体积百分比。

较佳的，所述第一亚层中折射率较低的氧化物或氮化物占体积百分比为30~50%，所述第二亚层中该折射率较低的氧化物或氮化物占的体积百分比为50~75%。

较佳的，所述两种氧化物为SiO₂和TiO₂，所述第一亚层中SiO₂的体积百分比为40%，其余为TiO₂；所述第二亚层SiO₂的体积百分比为60%，其余为TiO₂。

较佳的，所述第一亚层厚度为80纳米（nm），第二亚层厚度为60纳米（nm）。