[发明专利]一种高温稳定的DMD结构太阳光谱选择性吸收涂层

说明书

本发明涉及一种高性能DMD结构太阳光谱选择性吸收涂层。具有五层膜结构，从底层到表面依次为扩散阻挡层、红外反射层、电介质干涉层、金属吸收层和减反射层。减反射层、金属吸收层、电介质干涉层组成了电介质‑金属‑电介质串联结构(Dielectric‑Metal‑Dielectric，DMD)。以AlN/TiBsubgt;2/subgt;/AlN/Mo/AlN/基片为例，扩散阻挡层、电介质干涉层和减反射层均为AlN，红外反射层为Mo，金属吸收层为TiBsubgt;2/subgt;。利用DMD结构形成谐振腔产生等离激元效应和多层干涉增强太阳波段的吸收。由于AlN和TiBsubgt;2/subgt;具有较高的扩散激活能和较低的扩散速率使得涂层在高温下(600℃～900℃)长时间稳定。该发明采用磁控溅射技术只需三块靶材便可制备，工艺简便、易于控制、显著降低成本、缩短生产周期，适合作为高温热发电的太阳光谱选择性吸收涂层。

技术领域

本发明涉及太阳能光热发电利用技术领域，具体涉及一种用于太阳能高温真空集热管的高温稳定的DMD结构太阳光谱选择性吸收涂层。

背景技术

太阳能利用方式主要分为光-电能转换、光-热能转换、光-化学能转换和光-生物能转换。其中光-电能转换与光-热能转换已经较为成熟，太阳能光伏发电占有太阳能利用最大的份额。但是硅基太阳能电池在制造过程中不可避免的存在着高能耗、高污染的问题，光伏发电还受日照条件变化影响，对电网冲击较大。所以运行平稳、生产能耗低、使用时无污染、通过储热能连续24小时发电的太阳能热发电技术受到人们青睐。太阳能热发电技术的基本原理是使用聚光集热器将太阳辐射能转换成媒介的热能，以媒介的热能去驱动汽轮机带动发电机发电。太阳能热发电主要有四种聚光集热模式：塔式、槽式、线性菲涅尔阵列和碟式。槽式聚光集热发电系统是目前国际上发展最为成熟的技术之一。传统的槽式太阳能热发电系统使用合成导热油作为热媒介质。用熔融盐代替合成导热油可以将工作温度从400℃提高到550℃，可以进一步提高效率并降低成本。太阳能聚光集热发电系统中实现光热能量转换的关键装置是太阳能集热器，而太阳能集热器的关键材料则是太阳光谱选择性吸收涂层。理想情况下的太阳光谱选择性吸收涂层应在太阳光谱波段范围(0.3-2.5μm)高吸收、中远红外波段范围(2.5-25μm)高反射，可以最大限度的吸收太阳能而尽量减少红外辐射损失的能量。根据吸收原理与涂层膜系结构的区别，太阳光谱选择性吸收涂层可以分为：本征吸收涂层、渐变型吸收涂层、表面超结构涂层、金属-电介质复合涂层、多层干涉涂层(电介质-金属-电介质串联结构，Dielectric-Metal-Dielectric，DMD)、选择性透过-类黑体涂层等。太阳光谱选择性吸收涂层光学性能及耐高温性能关系着整个太阳能热发电系统的工作效率和寿命。该涂层在更高的温度下保持热稳定性的能力意味着在550℃下有更长的使用寿命。因此，进一步开发出能在更高温度下保持稳定的太阳光谱选择性吸收涂层是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温稳定的太阳光谱选择性吸收涂层，该涂层具有在太阳光谱波段(0.3-2.5μm)吸收率高、中远红外光谱波段(2.5-20μm)反射率高，制备工艺简便，操作方便，成本低，热稳定性高的优点。

为达到上述目的，本发明提供一种高性能的DMD结构太阳光谱选择性吸收涂层，采用特殊成分的DMD结构，作为光的一种谐振腔，既能获得优异的光吸收，又能保证热稳定性。该涂层在基材表面由底部到顶部形成五层膜结构，每层膜的功能、组成与制备方法如下：

第一层是扩散阻挡层，一般由金属氮化物或氧化物等材料构成，如AlN、Si₃N₄、Al₂O₃、SiO₂等。对于金属氮化物采用直流反应磁控溅射方法，以Ar+N₂作为工作气体制备，对于氧化物等材料采用射频磁控溅射方法，以Ar作为工作气体制备。该层可有效阻挡基底不锈钢中的元素向太阳光谱选择性吸收涂层扩散，从而提高太阳光谱选择性吸收涂层的高温热稳定性。