[发明专利]一种高温太阳光谱选择性吸收薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温太阳光谱选择性吸收薄膜及其制备方法。该薄膜由沉积在基底上的金属红外高反射层、扩散阻挡层、吸收层和减反射层依次组成，其中金属红外高反射层为金属Ti、Cr、Al或Cu中的一种；扩散阻挡层为Cr₂O₃；吸收层为金属和陶瓷的复合材料，其中第一吸收层中金属的体积分数大于第二吸收层中金属的体积分数；减反射层为Cr₂O₃。其制备方法为：采用直流或中频反应溅射制备薄膜，针对不同的膜层材料通过控制气体流量和溅射功率控制其成分和含量。本发明的薄膜结构简单，金属粒子高温稳定性佳，吸收层在高温使用过程中膜层稳定不易紊乱，可广泛应用于太阳能中高温光热利用领域。

技术领域

本发明涉及一种高温太阳光谱选择性吸收薄膜及其制备方法，属于太阳能热利用材料技术领域。

背景技术

太阳光谱选择性吸收薄膜是太阳能光热利用中的核心技术，尤其在太阳能中高温热利用领域，吸收薄膜的性能决定了集热管的品质。

我国是太阳能热利用大国，但目前为止，选择性吸收薄膜的应用主要集中在低温和中温领域，比如Al-N/Al渐变薄膜和SS-AlN干涉吸收薄膜等，而在高温热利用方面，这些膜系却无法满足使用要求，原因如下：一方面这些薄膜高温稳定性差，长时间高温工作易造成膜层结构紊乱，导致薄膜性能急剧下降；另一方面薄膜高温发射率过高，造成大的热能损耗，影响了集热管的性能。因此，如何选择耐高温材料、设计合理的薄膜结构和开发新型的制备工艺，成为太阳能热利用材料领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种高温太阳光谱选择性吸收薄膜，该薄膜具有结构简单、光学性能优良、高温稳定性强等特点，尤其适用于太阳能中高温真空集热管。

本发明的另一目的在于提供一种所述高温太阳光谱选择性吸收薄膜的制备方法，该方法易于实现。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温太阳光谱选择性吸收薄膜，该薄膜由沉积在基底上的金属红外高反射层、扩散阻挡层、吸收层和减反射层依次组成，其中金属红外高反射层为具有低红外发射率的Ti、Cr、Al或Cu中的一种；扩散阻挡层为Cr₂O₃；吸收层为金属和陶瓷的复合材料，其中第一吸收层中金属的体积分数大于第二吸收层中金属的体积分数；减反射层为Cr₂O₃。

优选地，所述吸收层中的金属为具有良好高温稳定性的Ti、Cr，陶瓷为金属Ti、Cr的氧化物，所述吸收层是采用直流或中频反应溅射的方法将Ti、Cr作为金属粒子掺杂在其氧化物陶瓷基体中形成的。所述第一吸收层中金属的体积分数为20～90％，所述第二吸收层中金属的体积分数为10～60％。

在本发明的薄膜中，由于第一吸收层中金属的体积分数大于第二吸收层中金属的体积分数，第一吸收层对太阳光谱具有较强的吸收能力，为主要吸收层。第二吸收层折射率大小处于第一吸收层和减反射层之间，与减反射层和第一吸收层共同组成一个折射率逐渐变化的膜系结构，产生的干涉效应进一步增加了薄膜的吸收率。

在本发明的薄膜中，金属红外高反射层的厚度为50-300nm。扩散阻挡层的厚度为20-100nm。第一吸收层的厚度为20-150nm，第二吸收层的厚度为20-150nm。

本发明中的基底材料为表面抛光的不锈钢、Cu、Al中的一种，不锈钢为304或316。

一种所述高温太阳光谱选择性吸收薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)基底材料超声清洗烘干后置入真空室后，对其表面进行氩离子轰击20～30min；

(2)采用直流磁控溅射的方法沉积金属红外高反射层，反应气体和工作气体均为高纯Ar；