[发明专利]一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种Cr‑Si‑N‑O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。所述涂层从底层到表面依次包括基片、红外反射层、吸收层和减反层，所述吸收层包括第一亚层、第二亚层和第三亚层，所述第一亚层与红外反射层接触，所述第三亚层与减反层接触；所述第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；所述第三亚层的材料为CrSiNO；所述第一亚层中，其CrSi的含量大于N的含量；所述的第二亚层中，其CrSi的含量小于等于N的含量。所述涂层能够提高太阳能选择性吸收涂层的热稳定性；所述的涂层经400℃大气环境或者500℃真空环境(3.0x10^‑3pa)退火2h处理之后，其吸收率均大于0.95，发射率均小于等于0.08(80℃)。

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能光谱选择性吸收涂层是太阳能集热器光热转换核心材料，在0.3μm-2.5μm的太阳光波段具有高吸收率，在2.5μm-50μm的红外热辐射波段具有低辐射率，可以实现对太阳能的高吸收低辐射散热，最大限度将太阳能转化为热能。选择性吸收涂层根据工作温度的不同，可分为：低温涂层(低于100℃)、中温涂层(100-400℃)与高温涂层(高于400℃)。低温涂层主要用于太阳能热水器，中温涂层主要应用于工业过程产热、海水淡化和太阳能热水器，高温涂层主要用于集中式太阳能热发电。涂层的热辐射损失与T⁴成正比例关系，因此涂层的热稳定性也是集热器至关重要的性能参数。

金属氮化物或金属氮氧化物因其优异的抗氧化性、热稳定性和可调控光学性能，受到了广泛的关注和研究。中国发明专利CN8510042提出一种Al-N/Al选择性吸收涂层，吸收率可达0.93，发射率为0.06(100℃)，且用单个金属Al靶制备，工艺简单，成本低，在中低温太阳能集热管上得到了广泛应用。但涂层热稳定性差，在较高温度下吸收层易氧化和相互扩散，影响涂层使用寿命。中国发明专利CN105222381.A提出一种Cr-N-O体系选择性吸收涂层，吸收率达到0.90，发射率仅为0.025，但是涂层只能用于中低温。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，所要解决的技术问题是提高金属氮(氧)化物吸收的光谱选择性吸收涂层的热稳定性，从而更加适于中高温领域。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，所述的涂层从底层到表面依次包括基片、红外反射层、吸收层和减反层，所述的吸收层包括第一亚层、第二亚层和第三亚层，所述的第一亚层与红外反射层接触，所述的第三亚层与减反层接触；所述的第一亚层、第二亚层的材料为CrSiN；所述的第三亚层的材料为CrSiNO。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的第一亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量大于N的含量；所述的第二亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N的含量；所述的第三亚层中，以原子个数计，其CrSi的含量小于等于N和O含量之和。

优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的基片为Cu、Al、不锈钢或玻璃的一种或两种以上的组合；所述的红外反射层为Cu、W或Mo中的一种或两种以上的组合；所述的减反层为SiO₂。

优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的基片的厚度为0.3-10mm；所述的红外反射层、吸收层和减反层的总厚度为245-545nm。

优选的，前述的Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层，其中所述的红外反射层的厚度为120-300nm；所述的吸收层的厚度为75-155nm；所述的减反层的厚度为50-90nm。