[发明专利]多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法，包括在基底上按照由下至上的顺序依次设置的红外反射层、吸收层和减反射层；红外反射层为Ti沉积层；吸收层是复合层，包括第一吸收层和第二吸收层，第一吸收层和第二吸收层均为钛碳掺杂的含氢非晶碳层（TiC/a‑C:H）；减反射层为含氢非晶碳层。本发明的涂层光学性能好，适宜在平板集热器上使用。

技术领域

本发明涉及太阳能集热器领域，具体涉及一种太阳能集热器用的多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种新型能源，正在人类活动中扮演越来越重要的角色。目前在我国，太阳能最主要的利用方式是将太阳辐射直接转换成热能，即通过太阳能集热器(一般分为平板集热器和真空管集热器)实现光-热转换。对于任何一种太阳能集热器，太阳光谱选择性吸收涂层是最主要的部分，因为集热器的集热效率与吸收涂层的吸收能力有着强烈的依赖关系。太阳光谱选择性吸收涂层在太阳辐射光谱中的可见-近红外波长范围内具有高的吸收能力，对红外波长辐射有低的发射率（高的吸收比）。太阳光谱选择性吸收涂层由三个主要部分组成：红外高反射层、吸收层和减反射层。

非晶碳薄膜（简称DLC或a–C:H)是近来兴起的一种以sp³和 sp²杂化键为主的亚稳态固体薄膜材料，DLC具有高硬度、高电阻率、良好光学性能以及优秀的摩擦学特性。含氢非晶碳薄膜对成膜条件非常敏感，不同的制备条件将直接影响其中杂化键比例和氢含量，造成膜层微观结构、力学性能、光学性能等的差异。在特定的条件下，可以制备出具有较高硬度、高的化学稳定性和耐腐蚀性、高的热传导性以及高的光透过性（可见和近红外波段）等优点的光学薄膜，能够作为性能优异的减反射涂层。

例如，中国专利文献CN 107314559 A（申请号 201710448452.X）公开了一种光热转换涂层及其制备方法，光热转换涂层包括基底上按照由下至上的顺序依次设置的金属碳化物层、金属掺杂的氢化类金刚石复合层a-C:H/Me和氢化类金刚石层。据该发明记载，光热转换涂层太阳吸收比大于0.93，发射率在0.06 ~ 0.08之间，具有优异的光学性能。此外，涂层耐候性强，适用于平板集热器，并且涂层可在600 ℃高温真空环境下使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集优异力学性能、光学性能和化学稳定性于一身的多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是一种多层复合太阳光谱选择性吸收涂层，包括在基底上按照由下至上的顺序依次设置的红外反射层、吸收层和减反射层；红外反射层为Ti沉积层；吸收层是复合层，包括第一吸收层和第二吸收层，第一吸收层和第二吸收层均为含不同填充因子的钛碳掺杂含氢非晶碳层（TiC/a-C:H）；减反射层为含氢非晶碳层。

红外反射层的厚度为70 ~ 80 nm。

第一吸收层和第二吸收层的总厚度为51 ~ 161 nm。

减反射层的厚度为49 ~ 168 nm。

一种如上所述的多层复合太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：

①将基底清洗、烘干后装入磁控溅射镀膜机的真空腔内，真空腔内抽真空。

②对基底进行氩离子清洗。

③沉积红外反射层：在真空腔中通入氩气，溅射钛靶，在基底表面形成一层金属钛沉积层。

④沉积吸收层：在真空腔中通入氩气和甲烷混合气体，同时溅射钛靶和石墨靶，在金属钛沉积层上沉积第一层钛碳掺杂的含氢非晶碳层；再向真空腔中通入氩气和甲烷混合气体，同时溅射钛靶和石墨靶，沉积第二层钛碳掺杂的含氢非晶碳层。

⑤沉积减反射层：在真空腔中通入氩气和甲烷混合气体，溅射石墨靶，在步骤④的吸收层上方沉积一层含氢非晶碳层，完成选择性吸收涂层的制备。