具有太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法，屬于太陽能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來全球?qū)δ茉吹男枨笤絹碓酱?，傳統(tǒng)的化石能源已經(jīng)不能滿足人類對能源的需求。太陽能是一種取之不盡用之不竭，且清潔環(huán)保，無污染的能源，越來越得到人們的重視。太陽能的利用主要分為光熱轉(zhuǎn)化、光電轉(zhuǎn)化、光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。相對于太陽能光伏轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換的高昂成本和較低的能量轉(zhuǎn)換效率，太陽能光熱轉(zhuǎn)化是一種能量轉(zhuǎn)換效率高，且成本低廉、可在全社會廣泛推廣的太陽能光熱利用方式。在太陽能光熱利用裝置中，關(guān)鍵是要將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的器件稱為太陽能集熱器。
[0003]現(xiàn)在常見的全玻璃真空管集熱器，一般采用黑鎳和黑鉻涂料作為其吸收膜，其吸收率最高可達(dá)90%，但其發(fā)射率卻高達(dá)30?40%，光熱轉(zhuǎn)換效率低下，同時還有無法承壓、易爆裂、維修率高，使用壽命短等缺點；而目前廣泛應(yīng)用的鋁/氮鋁鍍膜其光熱轉(zhuǎn)換效率較高，但其長時間使用后膜層易開裂脫落，影響太陽能集熱器的使用壽命。
[0004]太陽輻射相當(dāng)于6000K的黑體向外的熱輻射，其輻射能主要集中在可見光和近紅外波段范圍(0.3?2.5μπι)。因此，為了提高太陽能集熱器的光熱轉(zhuǎn)換效率，通常要求吸收部件在波長0.3?2.5μπι的太陽光譜范圍內(nèi)具有較高的吸收率(α)。而對于一個受熱體，其熱輻射能量集中在波長為2.5?25μπι的紅外光譜范圍內(nèi)，為了盡量減少熱損失，就要在熱輻射波段內(nèi)保持盡可能低的發(fā)射率(ε )。由于集熱板芯的薄膜長期處在與自然環(huán)境直接接觸的條件下工作，因而，要求集熱板芯的薄膜，必須具備良好的耐熱性能和耐候性能。
[0005]鑒于此，有必要提供一種新的制備方法克服上述缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于太陽能平板集熱器板芯的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法，該方法制備的薄膜性能優(yōu)異，大大提高了太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率。
[0007]為了達(dá)成上述目的，提供了一種具有太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法，包括如下步驟:(I)采用氫氟酸和TMAH混合后的復(fù)合溶液對金屬基片進(jìn)行噴淋(2)清洗金屬基片，后用高壓N2吹干；(3)采用磁控濺射技術(shù)在所述金屬基片表面微結(jié)構(gòu)上沉積TiN高金屬填充因子層、TiNxOy低金屬填充因子層、Ti02、AlN和Si02組成的減反層，從而得到太陽能選擇性吸收膜系。
[0008]—些實施例中，所述的金屬基片可以是Ag箔片，Cu箔片，Al箔片或不銹鋼箔片上沉積一層Ag薄膜、Cu薄膜或Al薄膜。
[0009]一些實施例中，所述步驟(I)氫氟酸為質(zhì)量濃度之40%的氫氟酸水溶液。
[0010]一些實施例中，所述步驟(I)TMAH為質(zhì)量濃度2 20%的四甲基氫氧化銨水溶液。
[0011]一些實施例中，所述步驟(I)復(fù)合溶液中氫氟酸和TMAH的體積比為I: (40?70)。
[0012]一些實施例中，所述步驟(I)使用復(fù)合溶液噴淋時間為10?20s。
[0013]一些實施例中，所述步驟(2)清洗金屬基片，包括先用丙酮超聲20min，再用酒精超聲20min，最后用去離子水超聲20min。
[0014]一些實施例中，所述步驟(3)中磁控濺射鍍TiN薄膜中，本底真空< 9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6 X KT1Pa ；直流濺射功率75?100W;靶材為Ti靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm；反應(yīng)氣體N2流量5?1sccm;膜層厚度30?50nm。
[0015]一些實施例中，所述步驟(3)中磁控濺射鍍TiNxOy薄膜中，本底真空< 8X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)3.5?5.5 X KT1Pa ；直流濺射功率100?150W ；靶材為Ti靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm;反應(yīng)氣體02流量2?5sccm;反應(yīng)氣體N2流量5?1sccm;膜層厚度80?10nm;可以是單一組分比的單層TiNxOy薄膜，也可以是組分隨厚度漸變的漸變TiNxOy薄膜。
[0016]一些實施例中，所述步驟(3)中磁控濺射鍍T12薄膜中，本底真空^ 9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6 X 10—1Pa;直流濺射功率80?120W;靶材為Ti靶；濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm ；反應(yīng)氣體O2流量5?1sccm ；膜層厚度30?50nm ；
[0017]一些實施例中，所述步驟(3)中磁控濺射鍍AlN薄膜中，本底真空< 9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6 X KT1Pa ；直流濺射功率75?100W;靶材為Al靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm；反應(yīng)氣體N2流量5?1sccm;膜層厚度30?50nm。
[0018]一些實施例中，所述步驟(3)中磁控濺射鍍Al2O3薄膜中，本底真空^ 9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6 X KT1Pa;直流濺射功率40?80W;靶材為Al靶；濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm;反應(yīng)氣體02流量5?7sccm;膜層厚度30?50nm。
[0019]本發(fā)明開發(fā)了一種新的用于平板集熱器的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法，先采用氫氟酸和TMAH混合后的復(fù)合溶液對金屬基片表面進(jìn)行噴淋處理，獲得微結(jié)構(gòu)的金屬基片，然后在金屬基片上以磁控派射技術(shù)沉積T iN高金屬填充因子層、TiNxOy低金屬填充因子層、Ti02，AlN和Al2O3減反層，從而得到具有高吸收率、低發(fā)射率太陽能選擇性吸收膜系，提高了太陽能光熱轉(zhuǎn)換的效率。
[0020]以下結(jié)合附圖，通過示例說明本發(fā)明主旨的描述，以清楚本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0021]結(jié)合附圖，通過下文的詳細(xì)說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點，其中:
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法制備的流程圖；
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法制備的太陽能選擇性吸收膜系的結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實施方式】
[0024]參見本發(fā)明具體實施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。
[0025]現(xiàn)參考附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法。
[0026]根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法，包括如下步驟:(1)采用氫氟酸和TMAH混合后的復(fù)合溶液對金屬基片進(jìn)行噴淋(2)清洗金屬基片，后用高壓N2吹干；(3)采用磁控濺射技術(shù)在所述金屬基片表面微結(jié)構(gòu)上沉積的TiN高金屬填充因子層、TiNxOy低金屬填充因子層、Ti02、AlN和S12組成的減反層，從而得到太陽能選擇性吸收膜系O
[0027]所述的金屬基片可以是Ag箔片，Cu箔片，Al箔片或不銹鋼箔片上沉積一層Ag薄膜、Cu薄膜或Al薄膜。
[0028]所述步驟(I)氫氟酸為質(zhì)量濃度之40%的氫氟酸水溶液。TMAH為質(zhì)量濃度之20%的四甲基氫氧化銨水溶液。復(fù)合溶液中氫氟酸和TMAH的體積比為1:(40?70)。使用復(fù)合溶液噴淋時間為10?20s。
[0029]所述步驟(2)清洗金屬基片，包括先用丙酮超聲20min，再用酒精超聲20min，最后用去離子水超聲20min。
[0030]所述步驟(3)中磁控濺射鍍TiN薄膜中，本底真空<9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6X 10一1Pa ；直流濺射功率75?100W;靶材為Ti靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm ；反應(yīng)氣體N2流量5?I Osccm;膜層厚度30?50nm。
[0031]所述步驟(3)中磁控濺射鍍TiNxOy薄膜中，本底真空<8 X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)3.5?5.5 X KT1Pa ；直流濺射功率100?150W;靶材為Ti靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30 sc cm ；反應(yīng)氣體02流量2?5sccm;反應(yīng)氣體N2流量5?1sccm;膜層厚度80?10nm;可以是單一組分比的單層TiNxOy薄膜，也可以是組分隨厚度漸變的漸變TiNxOy薄膜。
[0032]所述步驟(3)中磁控濺射鍍T12薄膜中，本底真空<9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6 X10 一1Pa ；直流濺射功率80?120W ；靶材為Ti靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm ；反應(yīng)氣體O2流量5?I Osccm;膜層厚度30?50nm;
[0033]所述步驟(3)中磁控濺射鍍AlN薄膜中，本底真空<9X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6X 10一1Pa ；直流濺射功率75?100W;靶材為Al靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm ；反應(yīng)氣體N2流量5?I Osccm;膜層厚度30?50nm。
[0034]所述步驟(3)中磁控濺射鍍Al2O3薄膜中，本底真空< 9 X 10—4Pa;工作壓強(qiáng)4?6 X10 一1Pa;直流濺射功率40?80W;靶材為Al靶;濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm;反應(yīng)氣體O2流量5?7sccm;膜層厚度30?50nmo
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法制備的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，I為金屬基底，2為TiN高金屬填充因子層，3為TiNxOy低金屬填充因子層，4為T12減反層，5為AlN減反層，6為Al2O3減反保護(hù)層。
[0036]現(xiàn)參詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能選擇性吸收薄膜膜系的制備方法的實例。
[0037]實施例一
[0038](I)選用厚度為0.3mm的銅箔片，使用氫氟酸和TMAH體積比為1:45的復(fù)合溶液對銀箔片表面噴淋15s;
[0039](2)金屬基片表面的清洗:把銅箔片放入超聲波清洗機(jī)內(nèi)，先用丙酮超聲20min，再用酒精超聲20min，最后用去離子水超聲20min，用高壓N2吹干；
[0040](3)取出銅箔片，放入磁控濺射設(shè)備中沉積TiN薄膜，制備工藝參數(shù)如下:
[0041]靶材:Ti靶(4N)
[0042]本底真空<9X10—4Pa;
[0043]工作壓強(qiáng)AXKT1Pa;
[0044]濺射功率:80W;
[0045]濺射工藝氣體Ar流量:30sccm;
[0046]反應(yīng)氣體N2流量:6sccm;