一種采用漸變減反射層的選擇性涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術、涂層技術領域，具體涉及一種太陽能選擇性涂層以及其制備方法，該太陽能選擇性涂層包含折射率漸變的減反射層。
【背景技術】
[0002]集熱元件(HCE)是太陽能槽式熱發(fā)電集熱器的組成部件。槽式集熱器通過用線性拋物面反射鏡將太陽光聚集到一條焦線上。在這條焦線的位置放置集熱元件，將太陽輻射轉化成熱。
[0003]集熱元件已經實現商業(yè)化，其典型結構包含一支鋼管和與其同心安裝的玻璃管。在不銹鋼管上鍍選擇性涂層以提高效率，玻璃管采用硼硅玻璃管，其上鍍減反射涂層。玻璃管和鋼管之間形成一個環(huán)形空間。為了進一步提高效率，這個環(huán)形空間于兩端密封并抽真空。環(huán)形空間的密封是通過在鋼管和硼硅玻璃管之間安裝膨脹裝置來實現的。膨脹裝置通過金屬連接環(huán)，一端與玻璃管相連，另一端與鋼管相連。膨脹裝置使得鋼管和玻璃管之間的線膨脹量差異問題得以解決。
[0004]選擇性涂層應在太陽光譜內高吸收(低反射)，同時在集熱元件目標工作溫度下高反射。涂層在反射率上的這種轉變被稱為邊緣(edge)。要得到在高工作溫度下高吸收、低發(fā)射，關鍵在于要在預定的截止波長上形成陡峭的邊緣曲線。這個截止波長取決于選擇性涂層的工作溫度。工作溫度越高，目標截止波長越低。選擇性涂層包含紅外反射層，紅外反射層上面是太陽吸收層。讓吸收層對工作溫度下黑體輻射盡可能透明是非常重要的。
[0005]做出更陡峭的邊緣曲線，就可能創(chuàng)造出干涉效果。把吸收層分成數層，其中每一層的折射率不同，這樣就能得到想要的干涉效果。在這些涂層的最外層再加上一層減反射層，能進一步提尚吸收。
[0006]選擇性吸收涂層中，傳統(tǒng)的減反射層是在選擇性吸收層上面沉積一層厚70nm左右的二氧化硅、氧化鋁、SiN和AlN等涂層。這種四分之一波長減反射層可以對280nm倍數的波長起到減反射的作用。在這些280nm倍數上會出現一個反射最低值，在最低值之間有一個反射最高值。對于大范圍角度和波長，這種四分之一波長膜層不能表現出很好的性能。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明針對上述問題，提供一種太陽能的選擇性涂層，采用折射率漸變的減反射層，能夠有效提高太陽光的吸收效率。
[0008]本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0009]一種太陽能選擇性涂層，包含紅外反射層和位于其上的吸收層，所述吸收層外設有減反射層，所述減反射層的折射率在所述吸收層的折射率至環(huán)境介質的折射率的范圍內漸變。
[0010]進一步地，所述減反射層的折射率呈階梯型漸變。
[0011]進一步地，所述減反射層采用傾斜角沉積技術(GLAD)沉積實現。
[0012]進一步地，所述減反射層的厚度為0.2-1微米。
[0013]一種制備上述太陽能選擇性涂層的方法，其步驟包括:
[0014]I)在基體上采用磁控濺射工藝制備紅外反射層；
[0015]2)在紅外反射層上采用磁控濺射工藝制備吸收層；
[0016]3)在吸收層上采用傾斜角沉積技術(GLAD)沉積減反射層，使減反射層的折射率在吸收層的折射率至環(huán)境介質的折射率的范圍內漸變。
[0017]本發(fā)明的太陽能選擇性涂層可以用于太陽能線性聚光集熱器，進而可將該太陽能線性聚光集熱器用于太陽能光熱發(fā)電電站。
[0018]本發(fā)明為了減少反射損失，使減反射層的折射率實現從吸收層到環(huán)境介質的漸變。減反射層的漸變可以通過傾斜角沉積技術實現，用這種方法可以有效生長出納米結構薄膜材料，實現設計好的納米級孔洞變化。與其它沉積技術相比，傾斜角沉積技術可以得到折射率接近于空氣的材料。由于完全漸變的減反射層很難得到，本發(fā)明優(yōu)選采用階梯型漸變的減反射層，易于生產。實驗結果發(fā)現，用總厚度SOOnm的階梯漸變減反射層可以使太陽光透過率從96 %提高到97.5%。
【附圖說明】
[0019]圖1是太陽能選擇性涂層的示意圖。
[0020]圖2是漸變減反射層的SEM圖像。
[0021 ] 圖3是漸變折射率和沉積角度的對應關系圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步說明。
[0023]實施例1:
[0024]本實施例采用總厚度為200nm的雙層階梯漸變減反射層。本實施例的太陽光選擇性涂層的制備方法，首先制備紅外反射層I和吸收層2，然后制備減反射層3，如圖1所示。
[0025]其中，紅外反射層的材料可以是銀、鋁、銅、金、鎢、鉬、TiSi2、陶瓷材料(如TiN，ITO膜)等，優(yōu)選采用磁控濺射工藝制備，紅外反射層的厚度優(yōu)選為50?lOOnm。
[0026]其中，吸收層的材料可以是陶瓷金屬混合物、摻入半導體材料的陶瓷層等，優(yōu)選采用磁控濺射工藝制備，優(yōu)選雙層結構(雙層結構可以做出干涉效果)，吸收層的總厚度優(yōu)選為 80 ?120nm。
[0027]其中，減反射層的材料可以是二氧化硅、氧化鋁、SiN、AlN等，減反射層采用傾斜角沉積技術(GLAD)制備，其厚度可以在0.2-1微米。減反射層的折射率在所述吸收層的折射率至環(huán)境介質的折射率的范圍內漸變。理論上應該是均勻過渡，但為了實際可操作性，在生產時優(yōu)選2?3層。本實施例中采用200nm，雙層階梯漸變減反射層，每層厚度分別為10nm左右。
[0028]圖2是本實施例制備的漸變減反射層的SEM圖像，其中66°、-66°、87°、-87°表示沉積角度，I和2表示兩層階梯。圖3是漸變折射率和沉積角度的對應關系圖，由圖3可以看出，較大的沉積角度可以得到較低的折射率。
[0029]本實施例制備的太陽光選擇性涂層，包含總厚度為200nm的雙層階梯漸變減反射層，可以使太陽光透過率從96 %提高到97.5%。
[0030]實施例2:
[0031]本實施例的太陽光選擇性涂層的制備方法，首先制備紅外反射層和吸收層，然后制備減反射層。
[0032]其中，減反射層采用傾斜角沉積技術(GLAD)，其厚度可以在0.2?I微米之間，本實施例中采用總厚度為SOOnm的三層階梯漸變減反射層，每層厚度分別為267nm左右。
[0033]本實施例制備的太陽光選擇性涂層，包含總厚度為800nm的三層階梯漸變減反射層，可以使太陽光透過率從96 %提高到97.5%。
[0034]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其進行限制，本領域的普通技術人員可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所述為準。
【主權項】
1.一種太陽能選擇性涂層，其特征在于，包含紅外反射層和位于其上的吸收層，所述吸收層外設有減反射層，所述減反射層的折射率在所述吸收層的折射率至環(huán)境介質的折射率的范圍內漸變。
2.如權利要求1所述的太陽能選擇性涂層，其特征在于:所述減反射層的折射率呈階梯型漸變。
3.如權利要求1所述的太陽能選擇性涂層，其特征在于:所述減反射層采用傾斜角沉積技術制備。
4.如權利要求1所述的太陽能選擇性涂層，其特征在于:所述減反射層的厚度為0.2-1微米。
5.如權利要求1所述的太陽能選擇性涂層，其特征在于:所述減反射層為雙層階梯漸變減反射層。
6.如權利要求1所述的太陽能選擇性涂層，其特征在于:所述減反射層為三層階梯漸變減反射層。
7.一種制備權利要求1所述太陽能選擇性涂層的方法，其步驟包括: 1)在基體上采用磁控濺射工藝制備紅外反射層； 2)在紅外反射層上采用磁控濺射工藝制備吸收層； 3)在吸收層上采用傾斜角沉積技術沉積減反射層，使減反射層的折射率在吸收層的折射率至環(huán)境介質的折射率的范圍內漸變。
8.一種包含權利要求1至6中任一項所述太陽能選擇性涂層的太陽能線性聚光集熱器。
9.一種包含權利要求8中所述太陽能線性聚光集熱器的太陽能光熱發(fā)電電站。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太陽能選擇性涂層及其制備方法，該太陽能選擇性涂層包含紅外反射層和位于其上的吸收層，所述吸收層外設有減反射層，所述減反射層的折射率在所述吸收層的折射率至環(huán)境介質的折射率的范圍內漸變。本發(fā)明使減反射層的折射率實現從吸收層到環(huán)境介質的漸變，減反射層的漸變可以通過傾斜角沉積技術(GLAD)實現，以有效生長出納米結構薄膜材料。本發(fā)明優(yōu)選采用階梯型漸變的減反射層，易于生產，可以使太陽光吸收率從96％提高到97.5％。
【IPC分類】C23C28-00, F24J2-48, B32B33-00
【公開號】CN104633972
【申請?zhí)枴緾N201410743666
【發(fā)明人】康雪慧
【申請人】康雪慧
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月8日