太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件、太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置和太陽熱發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其包含β-FeSiz相材料。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件對(duì)數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光表現(xiàn)出高吸光率而對(duì)數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外光表現(xiàn)出低吸光率，因此高效地吸收數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光并將其轉(zhuǎn)換為熱并且因在數(shù)百℃的溫度下的熱發(fā)射所致的熱輻射很小。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件因此可高效地吸收太陽光和提供熱并可防止因熱發(fā)射所致的熱輻射。
【專利說明】太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件、太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置和太陽熱發(fā)電裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件、太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置和太陽熱發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的太陽熱發(fā)電裝置將太陽光轉(zhuǎn)換為熱并使用該熱來發(fā)電。在這些裝置中，太陽光在集光部集中并使用該經(jīng)集中的太陽光來加熱容器或流動(dòng)通道中的熱介質(zhì)(油、溶解鹽、熔融鈉等)。
[0003]已對(duì)涂布容器或流動(dòng)通道的表面以用該涂層來促進(jìn)經(jīng)集中的太陽光的吸收和抑制因從容器或流動(dòng)通道向外部的熱發(fā)射所致的熱輻射進(jìn)行了研究(2002年7月，NREL/TP-520-31267, “Review of Mid-to High-Temperature Solar Selective AbsorberMaterials”, C.E.Kennedy (下文稱為 Kennedy))。
[0004]關(guān)于這點(diǎn)，如圖1中所示，太陽光譜(大約5500°C的黑體輻射溫度下的熱發(fā)射譜)延伸居中于數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光區(qū)。另一方面，在為太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置中易于獲得溫度的數(shù)百。C (例如，大約580°C)下的熱發(fā)射譜延伸居中于數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外區(qū)。因此，在太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置中獲得的溫度下的熱發(fā)射譜的范圍偏離太陽光譜的范圍。
[0005]在特定溫度下熱發(fā)射的輻射率與對(duì)應(yīng)于該溫度的熱發(fā)射譜中的光的吸光率相對(duì)應(yīng)。因此，歸因于數(shù)百。C的溫度下的熱發(fā)射的低熱輻射意味著對(duì)應(yīng)于數(shù)百。C的溫度的熱發(fā)射譜中的光的吸光率小，即，對(duì)數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外光的吸光率小。
[0006]因此，對(duì)太陽光表現(xiàn)出高吸光率和由在數(shù)百。C的溫度下的熱發(fā)射所致的低熱輻射的涂層可以說是這樣一種涂層，其對(duì)數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光的吸光率大而對(duì)數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外光的吸光率小。這樣的涂層可有利地用來促進(jìn)經(jīng)集中的太陽光的吸收并抑制從容器或流動(dòng)通道向外部的因熱發(fā)射所致的熱輻射。
[0007]Kennedy列出了用于此類涂層的材料并具體給出了 W、Mo03_摻雜的Mo、B-摻雜的S1、CaF2> HfC、ZrB2> SnO2> In2O3> Eu203> Re03、V2O5> LaB6 等。
[0008]除了用于此類涂層的材料自身的選擇外，還常規(guī)上優(yōu)化涂層的層結(jié)構(gòu)。
[0009]例如Kennedy和W002/103257中明確描述了涂層結(jié)構(gòu)。這些文件還提出，可利用因在多個(gè)具有不同折射率的層疊的層的界面處的反射所致的干涉來提供對(duì)數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光表現(xiàn)出高吸光率而對(duì)數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外光表現(xiàn)出低吸光率的涂層。這里，Kennedy描述了例如金屬層如Mo、Ag、Cu和Ni與介電層如A1203、Si02、CeO2和ZnS的層疊體的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供了新型太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件。本發(fā)明還提供了太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置和包括該太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的太陽熱發(fā)電裝置。
[0011]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，P-FeSi2相材料適用于太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件并因此實(shí)現(xiàn)下述發(fā)明。[0012]本發(fā)明的第一方面涉及一種包含β-FeSi2相材料的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
[0013]該P(yáng)-FeSi2相材料在太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的比例可為至少95體積％。由β -FeSi2相材料制成的顆?？煞稚⒃跓o機(jī)材料的基質(zhì)中。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可為膜。膜厚度可為Inm至10 μ m。
[0014]本發(fā)明的第二方面涉及一種太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中由前述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件形成的第一層和由無機(jī)材料形成的第二層是層疊的。
[0015]所述第二層可包括由氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物或氧碳氮化物
形成的陶瓷層。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體的最外層可為該陶瓷層。該第二層可包括金屬層并且該金屬層、所述陶瓷層和所述第一層可以此順序?qū)盈B。第二層可包括金屬層；所述陶瓷層可包括第一陶瓷層和第二陶瓷層；并且該金屬層、所述第一陶瓷層、所述第一層和所述第二陶瓷層可以此順序?qū)盈B。所述第二陶瓷層可為最外層。這里，所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體可包括除了所述金屬層、第一陶瓷層、第一層和第二陶瓷層之外的層。例如，所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體可在所述第一層和所述第二陶瓷層之間包含不同于所述第一層并且含有太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的層以及含有氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物或氧碳氮化物的第三陶瓷層。前述金屬層可直接層疊在基材上或以其間插入另一層的方式層疊在基材上。所述金屬層可為鑰層并且所述陶瓷層可為SiO2層。
[0016]本發(fā)明的第三方面涉及一種太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置，其具有由上述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件形成的第一層或上述太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置包括集光部、熱介質(zhì)以及用于所述熱介質(zhì)的容器和/或流動(dòng)通道。優(yōu)選地，上述第一層或太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體設(shè)置在所述容器和/或流動(dòng)通道的表面上；所述熱介質(zhì)保持在所述容器和/或流動(dòng)通道內(nèi)；在集光部中光集中在所述容器和/或流動(dòng)通道上；和在所述容器和/或流動(dòng)通道內(nèi)的熱介質(zhì)被經(jīng)集中的光加熱。
[0017]所述熱介質(zhì)可被加熱到300°C至900°C的溫度。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置可為拋物面碟型、太陽塔型、拋物面槽型、菲涅耳型或線性菲涅耳型。
[0018]本發(fā)明的第四方面涉及一種太陽熱發(fā)電裝置，其包括上述太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)電機(jī)。在此太陽熱發(fā)電裝置中，所述容器和/或流動(dòng)通道中的熱介質(zhì)被所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置加熱，并且利用經(jīng)加熱的熱介質(zhì)的熱能由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。
[0019]本發(fā)明的第五方面涉及一種制造太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的方法，其中通過在至少300°C的基材溫度下的物理氣相沉積(PVD)來獲得上述β-FeSi2相材料。可將FeSi2相材料加熱到至少300°C的溫度以使FeSi2相轉(zhuǎn)化為β -FeSi2相。
[0020]本發(fā)明的第六方面涉及β -FeSi2相材料作為太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的用途。
[0021]本發(fā)明的新型太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件對(duì)數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光具有高吸光率并且還對(duì)數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外光具有低吸光率。因此，數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光被高效地吸收并轉(zhuǎn)換為熱，而幾乎沒有因在數(shù)百。C的溫度下的熱發(fā)射所致的熱輻射。相應(yīng)地，本發(fā)明的新型太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可通過高效地吸收太陽光而產(chǎn)生熱并且可抑制因熱發(fā)射所致的熱輻射。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)重要性將在下文結(jié)合附圖描述，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的要素，且其中:
[0023]圖1為示出了太陽光譜(大約5500°C的黑體輻射溫度下的熱發(fā)射譜)與大約580°C下的熱發(fā)射譜之間的關(guān)系的圖，所述大約580°C為太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置中易于獲得的
溫度;
[0024]圖2A為示出了在600°C和室溫(24°C )的基材溫度下產(chǎn)生的Mo膜的透射和反射率譜圖的圖，圖2B為示出了實(shí)施例1中在600°C和室溫(24°C )的基材溫度下產(chǎn)生的Mo膜的吸光率譜圖的圖；
[0025]圖3A為示出了實(shí)施例1中在600°C和室溫(24°C )的基材溫度下產(chǎn)生的FeSi2膜的透射和反射率譜圖的圖，圖3B為示出了實(shí)施例1中在600°C和室溫(24°C )的基材溫度下產(chǎn)生的FeSi2膜的吸光率譜圖的圖；
[0026]圖4為示出了實(shí)施例1中在600°C和室溫(24°C )的基材溫度下產(chǎn)生的FeSi2膜的X-射線衍射分析結(jié)果的圖；
[0027]圖5A為示出了實(shí)施例2中通過計(jì)算獲得的層疊體1-1至1_3的反射率譜圖的圖，圖5B為示出了實(shí)施例2中通過計(jì)算獲得的層疊體1-3和1-4的反射率譜圖的圖；
[0028]圖6A為示出了實(shí)施例3中獲得的層疊體的結(jié)構(gòu)的圖，圖6B為示出了實(shí)施例3中獲得的層疊體的反射率譜圖的圖；
[0029]圖7A為示出了實(shí)施例4中獲得的層疊體的結(jié)構(gòu)的圖，圖7B為給出了用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)實(shí)施例4中獲得的層疊體的截面拍攝的照片的圖；
[0030]圖8A為示出了太陽光譜與大約580°C下的熱發(fā)射譜之間的關(guān)系的圖，圖8B為示出了實(shí)施例4中獲得的層疊體的反射率譜圖的圖；
[0031]圖9A和圖9B為示出了實(shí)施例5中獲得的FeSi2-SiO2復(fù)合材料膜和Mo-SiO2復(fù)合材料膜的透射和反射率譜圖的圖；
[0032]圖10為示出了實(shí)施例5中獲得的FeSi2-SiO2復(fù)合材料膜和Mo-SiO2復(fù)合材料膜的吸光率譜圖的圖；
[0033]圖1lA為示出了實(shí)施例6中獲得的層疊體的結(jié)構(gòu)的圖，圖1lB為給出了用SEM對(duì)實(shí)施例6中獲得的層疊體的截面拍攝的照片的圖；
[0034]圖12A為示出了太陽光譜與大約580 V下的熱發(fā)射譜之間的關(guān)系的圖，圖12B為示出了實(shí)施例6中獲得的層疊體的反射率譜圖的圖；
[0035]圖13A為示出了實(shí)施例7中獲得的層疊體的結(jié)構(gòu)的圖，圖13B為給出了用SEM對(duì)實(shí)施例7中獲得的層疊體的截面拍攝的照片的圖；
[0036]圖14A為示出了太陽光譜與大約580°C下的熱發(fā)射譜之間的關(guān)系的圖，圖14B為示出了實(shí)施例7中獲得的層疊體的反射率譜圖的圖；
[0037]圖15為太陽熱發(fā)電裝置的示意圖；和
[0038]圖16為集光部與發(fā)電機(jī)之間的熱介質(zhì)循環(huán)路徑的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039](太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件)
[0040]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件包含β-FeSi2相材料。
[0041]本發(fā)明人確定，β -FeSid@材料的光學(xué)特性包括對(duì)數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光的大吸光率和對(duì)數(shù)千nm波長(zhǎng)下的紅外光的小吸光率。相應(yīng)地，包含這樣的P-FeSi2相材料的本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可有效地吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)換為熱并可抑制因熱發(fā)射所致的熱輻射。
[0042]與該實(shí)施方案相關(guān)的β -FeSi2相材料指其中所含的Fe和Si中的至少一部分形成β-FeSi2相的材料以及基本上由β-FeSi2相構(gòu)成的材料。更特別地，關(guān)于該實(shí)施方案，β -FeSi2相材料指其中所含的Fe和Si形成β -FeSi2相至在通過X-射線衍射分析進(jìn)行分析時(shí)將識(shí)別出β -FeSi2相的存在的程度的材料。
[0043]〈太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件(組成)>
[0044]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以以任何比例包含β -FeSi2相材料并且例如可以至少10體積％、至少20體積％、至少30體積％、至少40體積％、至少50體積％、至少60體積％、至少70體積％、至少80體積％、至少90體積％或至少95體積％的比例包含β -FeSi2相材料。另外,該比例可例如為小于100體積％、不大于95體積％、不大于90體積％、不大于80體積％、不大于70體積％、不大于60體積％、不大于50體積％、不大于40體積％或不大于30體積％。
[0045]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可基本上僅由P-FeSi2相材料構(gòu)成。另外，β -FeSi2相材料的比例可為至少80體積％、至少90體積％或至少95體積％。
[0046]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件也可為P-FeSi2相材料與另一材料的復(fù)合材料。
[0047]具體而言，例如，本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的P-FeSi2相材料可為微粒并且β -FeSi2相材料的顆粒可分散在無機(jī)材料的基質(zhì)中。
[0048]在這種情況下,可通過充當(dāng)基質(zhì)的無機(jī)材料來防止β-FeSi2相材料與另一材料之間的反應(yīng)。另外，在這種情況下，可使用充當(dāng)基質(zhì)的無機(jī)材料來調(diào)節(jié)本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的折射率。
[0049]可使用可分散并保持β -FeSi2相材料顆粒的任何材料作為充當(dāng)基質(zhì)的無機(jī)材料，具體地說，可使用金屬和半金屬的氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物和氧碳氮化物，例如二氧化硅(SiO2)。
[0050]〈太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件(形式)>
[0051]原則上，本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以以任何形式例如以膜、圓筒或板的形式來使用，特別是可以以膜的形式來使用。
[0052]當(dāng)使用膜形式的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件時(shí)，其膜厚度可為至少lnm、至少5nm、至少10nm、至少20nm或至少30nm。另外，該膜厚度可不大于10 μ m、不大于5 μ m、不大于I μ m或不大于500nm。
[0053]〈太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件(制造方法)>
[0054]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件可通過任意方法獲得。用于本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的β-FeSi2相材料本身是可得的。例如，已考慮將其用作半導(dǎo)體材料(日本專利申請(qǐng)公開第10-153704號(hào)(JP10-153704A))及用于光學(xué)裝置如光盤、照相機(jī)和激光打印機(jī)中的光吸收元件的光吸收層(日本專利申請(qǐng)公開第2004-303868號(hào)(JP-2004-303868A))。因此，關(guān)于β-FeSi2相材料的制備，可參考這些領(lǐng)域中的技術(shù)。
[0055]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的P-FeSi2相材料可例如通過在至少300°C、至少400°C或至少500°C的基材溫度下的物理氣相沉積(PVD)、特別是通過濺射獲得。對(duì)于形成P-FeSi2相來說，這里優(yōu)選較高的基材溫度。另外，基材溫度可例如不大于1000°C、不大于900°C、不大于800°C或不大于700°C。
[0056]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的P-FeSi2相材料也可通過如下方法獲得，所述方法包括將FeSi2相材料例如沉積于基材上的FeSi2相材料膜加熱到至少300°C、至少400°C或至少500°C的溫度以將FeSi2相轉(zhuǎn)化為β -FeSi2相。
[0057](太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體)
[0058]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體具有與無機(jī)材料的單個(gè)層或多個(gè)層層疊的本實(shí)施方案的膜形式太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的單個(gè)層或多個(gè)層。
[0059]當(dāng)使用本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的兩個(gè)層或更多層時(shí)，太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件層的性質(zhì)、特別是光學(xué)性質(zhì)如折射率可例如通過改變太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中存在的β -FeSi2相材料的比例或通過改變與β -FeSi2相材料組合的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中存在的材料來調(diào)節(jié)。
[0060]采用本實(shí)施方案的這類太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，對(duì)數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光的吸光率可通過利用構(gòu)成太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體的不同層之間的干涉來進(jìn)一步提高。具體而言，可使得在兩個(gè)不同的層的表面處反射的光的光程差為可見光波長(zhǎng)(例如，550nm)的n+1/2倍(當(dāng)相位因來自兩個(gè)層的每個(gè)表面的反射而偏移(shift) 1/2波長(zhǎng)時(shí)或當(dāng)相位未因來自兩個(gè)層的每個(gè)表面的反射而偏移時(shí))或可見光波長(zhǎng)(例如，550nm)的η倍(當(dāng)相位僅因來自一個(gè)層的表面的反射而偏移1/2波長(zhǎng)時(shí))(η為O或正整數(shù))。
[0061]在這種情況下，可通過使光程差不為紅外光波長(zhǎng)(數(shù)千nm波長(zhǎng))的n+1/2倍或η倍來避免紅外光干涉的發(fā)生。
[0062]在本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體中，可使用單層或多層無機(jī)材料來抑制β -FeSi2相材料與其它材料之間的反應(yīng)。
[0063]可用于該單層或多層無機(jī)材料的無機(jī)材料可依照預(yù)期用途自由地選擇，具體地說，可使用金屬或半金屬的氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物或氧碳氮化物。
[0064]通過以所示順序?qū)⒔饘賹?；氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物或氧碳氮化物層；和太陽?熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的層直接層疊在基材上或以其間插入另一層的方式層疊在基材上，可獲得因金屬層產(chǎn)生的光學(xué)性質(zhì)例如光反射、吸收等所致的效應(yīng)，同時(shí)防止金屬層與β-FeSi2相材料之間的反應(yīng)。這里提及的金屬層可為例如鑰(Mo)層、鎢(W)層、銀(Ag)層、金(Au)層或銅(Cu)層，特別是鑰(Mo)層。對(duì)于所述氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物或氧碳氮化物層，可使用二氧化硅(SiO2)層。所述基材可為例如鋼如不銹鋼(SUS)。所述另一層可為例如氧化物如5102和八1203。鋼與金屬層之間的反應(yīng)通過由氧化物形成的所述另一層而防止。因此，將抑制太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體的性能下降和腐蝕降解。
[0065](太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置)
[0066]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置具有本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體或本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的層、集光部、熱介質(zhì)和用于所述熱介質(zhì)的容器和/或流動(dòng)通道。所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件層或太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體涂布在該容器和/或流動(dòng)通道的表面上；熱介質(zhì)保持在容器和/或流動(dòng)通道內(nèi)；在集光部中太陽光集中在容器和/或流動(dòng)通道上；容器和/或流動(dòng)通道中的熱介質(zhì)被經(jīng)集中的太陽光加熱。[0067]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件層或本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體可高效地吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)換為熱并且可在抑制因從經(jīng)加熱的容器和/或流動(dòng)通道的熱發(fā)射所致的熱輻射的同時(shí)這樣做。相應(yīng)地，本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置可用太陽光高效地加熱熱介質(zhì)。
[0068]可使用本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置將熱介質(zhì)加熱到至少300°C、至少400°C或至少500°C。該熱介質(zhì)的加熱溫度可例如不大于1100°C、不大于1000°C、不大于900°C、不大于800°C或不大于700°C。
[0069]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置使用的集光部可為任何類型的集光部并且可例如為拋物面碟型、太陽塔型、拋物面槽型、菲涅耳型或線性菲涅耳型。
[0070]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置使用的容器和/或流動(dòng)通道可為能夠保持熱介質(zhì)的任何容器和/或流動(dòng)通道。例如，對(duì)于該流動(dòng)通道，可使用管，并且熱介質(zhì)可流過它。
[0071](太陽熱發(fā)電裝置)
[0072]本實(shí)施方案的太陽熱發(fā)電裝置具有本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)電機(jī)；其使用太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置加熱容器和/或流動(dòng)通道中的熱介質(zhì)并通過利用經(jīng)加熱的熱介質(zhì)的熱能在發(fā)電機(jī)處產(chǎn)生電力。
[0073]本實(shí)施方案的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置可使用太陽光高效地加熱熱介質(zhì)。本實(shí)施方案的太陽熱發(fā)電裝置可利用太陽熱高效地發(fā)電。
[0074]采用本實(shí)施方案的太陽熱發(fā)電裝置的發(fā)電機(jī)，可使用任何機(jī)制來產(chǎn)生電力。相應(yīng)地，例如，可通過用經(jīng)加熱的熱介質(zhì)來使蒸發(fā)介質(zhì)如水或氨蒸發(fā)并使用該蒸氣來使發(fā)電機(jī)的氨/蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電力。
[0075]在實(shí)施例1至4中，與基本上由Mo構(gòu)成的Mo單相膜和具有該單相膜的層疊體相比較來評(píng)價(jià)基本上由P-FeSi2相材料構(gòu)成的P-FeSi2單相膜和具有該單相膜的層疊體。在實(shí)施例5至7中，與含有Mo和SiO2的Mo-SiO2復(fù)合材料膜和含有該復(fù)合材料膜的層疊體相比較來評(píng)價(jià)含有β -FeSi2相材料和SiO2的β -FeSi2-SiO2復(fù)合材料膜和含有該復(fù)合材料膜的層疊體。
[0076]實(shí)施例1
[0077]Mo膜和FeSi2膜的光學(xué)性質(zhì)測(cè)定
[0078]通過濺射各自形成Mo膜和FeSi2膜并評(píng)價(jià)這些膜的透射、反射和吸光率譜圖。具體而言，形成Mo膜和FeSi2膜并且如下進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0079](Mo膜和FeSi2膜的形成)
[0080]使用石英玻璃(長(zhǎng)30mmX寬20mmX厚Imm)作為基材，并設(shè)定基材溫度為600°C或室溫(24°C )。濺射過程中的氣氛為Ar氣氛(流量=20sCCm，壓力=0.4Pa)。分別使用Mo金屬和P-FeSiJt為靶。使用直流(DC)電源在50W的濺射功率下產(chǎn)生等離子體。兩種情況下成膜時(shí)間均為30分鐘。
[0081]對(duì)于Mo膜，所得膜厚度為大約160nm，對(duì)于？6312膜，所得膜厚度為大約90nm。
[0082](評(píng)價(jià))
[0083]評(píng)價(jià)在600°C和室溫(24°C )的基材溫度下形成的Mo膜和FeSi2膜的透射率、反射率和吸光率譜圖。對(duì)Mo膜的評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖2A和2B中，對(duì)β -FeSi2膜的評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖3Α和3Β中。[0084]圖2B和圖3B中針對(duì)吸光率的曲線圖從圖2A和圖3A中針對(duì)透射率和反射率曲線圖基于以下關(guān)系確定。
[0085](吸光率))= 100% _(透射率))_(反射率))
[0086]從圖2A和2B以及圖3A和3B很明顯，當(dāng)在室溫下進(jìn)行成膜時(shí)，Mo膜和FeSi2膜之間在透射率、反射率和吸光率方面不存在大的差異。
[0087]與此形成對(duì)照，并且從圖2A和2B以及圖3A和3B很明顯，當(dāng)在600°C下進(jìn)行成膜時(shí)，Mo膜和FeSi2膜之間在透射率、反射率和吸光率方面出現(xiàn)大的差異。
[0088]具體而言，在針對(duì)在600°C下形成的FeSi2膜的吸光率譜圖中，在靠近可見光波長(zhǎng)的波長(zhǎng)中觀察到高的吸光率而在靠近1200nm的波長(zhǎng)中吸光率急劇下降并且在近紅外區(qū)中觀察到相當(dāng)?shù)偷奈饴?。即，表明?00°C下形成的FeSi2膜高效地吸收數(shù)百nm波長(zhǎng)下的可見光并將其轉(zhuǎn)換為熱并且表現(xiàn)出很小的因在數(shù)百。C的溫度下的熱發(fā)射所致的熱輻射。
[0089]圖4中示出了在600°C和室溫下形成的FeSi2膜的X-射線衍射分析(薄膜法(Θ= 1.5° ))的結(jié)果。從該圖4可了解，在600°C下形成的FeSi2的膜為β -相FeSi2的膜而在室溫(24°C )下形成的FeSi2的膜為非晶FeSi2的膜。
[0090]因此，這些結(jié)果證實(shí)，β -FeSi2膜一而非非晶FeSi2膜——在太陽光-熱轉(zhuǎn)換方面具有優(yōu)選的性質(zhì)并且通過在高溫下濺射獲得了 β -FeSi2膜。
[0091]實(shí)施例2
[0092]含有P-FeSi2層的層疊體的光學(xué)性質(zhì)研究
[0093]基于各個(gè)層的光學(xué)常數(shù)通過計(jì)算確定下面示出的層疊體1-1至1-4的反射率譜圖。
[0094]表1
【權(quán)利要求】
1.一種太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件，包含β-FeSii^g材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其中所述P-FeSi2相材料在所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件中的比例為至少95體積％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其中由所述P-FeSi2相材料制成的顆粒分散在無機(jī)材料的基質(zhì)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其中所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件為月吳。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其中所述膜的厚度為Inm至10μ m。
6.一種太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，包含: 第一層，所述第一層由根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件形成；和 第二層，所述第二層由無機(jī)材料形成， 其中所述第一層和所述第二層是層疊的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中所述第二層包括由氧化物、氮化物、碳化物、氧氮化物、碳氧化物或氧碳氮化物形成的陶瓷層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體的最外層為所述陶瓷層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中 所述第二層還包括金屬層，和 所述金屬層、所述陶瓷層和所述第一層以此順序?qū)盈B。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中 所述第二層還包括金屬層， 所述陶瓷層包括第一陶瓷層和第二陶瓷層；和 所述金屬層、所述第一陶瓷層、所述第一層和所述第二陶瓷層以此順序?qū)盈B。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中所述金屬層直接層疊在基材上或以其間插入另一層的方式層疊在基材上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至10中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體，其中 所述金屬層為鑰層，和 所述陶瓷層為SiO2層。
13.—種太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置，包括: 由根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件形成的第一層和根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體中之一； 集光部； 熱介質(zhì)；和 用于所述熱介質(zhì)的容器和流動(dòng)通道中的至少之一， 其中所述第一層或所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換層疊體設(shè)置在所述容器和所述流動(dòng)通道中的至少之一的表面上； 所述熱介質(zhì)保持在所述容器和所述流動(dòng)通道中的至少之一內(nèi)； 光集中在所述容器和所述流動(dòng)通道中的至少之一上；和在所述容器和所述流動(dòng)通道中的至少之一內(nèi)的所述熱介質(zhì)被經(jīng)集中的光加熱。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置，其中所述熱介質(zhì)被加熱到300°C至900°C的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置，其中所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置為拋物面碟型、太陽塔型、拋物面槽型、菲涅耳型或線性菲涅耳型。
16.一種太陽熱發(fā)電裝置，包括: 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置；和 發(fā)電機(jī)， 其中所述容器和所述流動(dòng)通道中的至少之一中的所述熱介質(zhì)被所述太陽光-熱轉(zhuǎn)換裝置加熱，并且利用經(jīng)加熱的熱介質(zhì)的所述熱能由所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。
17.—種制造根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的方法，包括: 通過在至少300°C的基材溫度下的物理氣相沉積來獲得所述β -FeSi2相材料。
18.制造根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的方法，包括: 將FeSi2相材料加熱到至少300°C的溫度并且使所述FeSi2相轉(zhuǎn)化為所述β -FeSi2相。
19.β -FeSi2相 材料作為太陽光-熱轉(zhuǎn)換構(gòu)件的用途。
【文檔編號(hào)】C23C14/00GK103946645SQ201280055745
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】佐藤彰倫, 奧原芳樹, 須田圣一, 橫江大作, 加藤丈晴, 笹谷亨 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 財(cái)團(tuán)法人日本精細(xì)陶瓷中心, 株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)