專利名稱：NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層及其制備方法，特別是關(guān)于一種利用直流磁控反應(yīng)濺射制備的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著新能源的推廣和普及，以及科技的進(jìn)步和發(fā)展，太陽(yáng)能與建筑一體化對(duì)太陽(yáng)熱水器技術(shù)要求越來越高，市場(chǎng)需求越來越迫切。相對(duì)于真空管太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品而言，平板產(chǎn)品具有安全、可靠、高效、承壓、更適于與建筑相融合，更有利于推動(dòng)建筑一體化的發(fā)展。而集熱板是平板太陽(yáng)能集熱器的核心部件，為了使集熱 板可以最大限度地吸收輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能，開發(fā)和應(yīng)用平板太陽(yáng)能選擇性吸收涂層成為發(fā)展平板集熱器的關(guān)鍵。常用的平板集熱器涂層的制備工藝有陽(yáng)極氧化法、電鍍黑鉻法和真空電子束沉積。陽(yáng)極氧化法和電鍍黑鉻法具有工藝復(fù)雜、手工操作多、工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)不易控制、污染環(huán)境、涂層發(fā)射率高等缺點(diǎn)，因此，它們不適合對(duì)有精確要求的選擇性吸收薄膜的制備。真空電子束沉積法，是國(guó)際市場(chǎng)上的高端太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)品吸收膜，即卷繞制造的藍(lán)膜生產(chǎn)技術(shù)。藍(lán)膜的光學(xué)性能很好，但是涂層的生產(chǎn)成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能滿足環(huán)保要求、制作工藝簡(jiǎn)單、成本較低，并且能與建筑一體化的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于它包括一基底，所述基底上通過直流磁控反應(yīng)濺射法由內(nèi)向外依次設(shè)置有一過渡層、一紅外反射層、一吸收層和一減反射層；所述吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。所述基底米用招、銅或不鎊鋼基底。所述過渡層為CrN、CrON, SiN或SiON層，其厚度為20 IOOnm ;所述減反射層為CrON或SiON介質(zhì)層，其厚度為20 IOOnm ;所述過渡層的厚度小于所述減反射層的厚度。所述吸收層的第一亞層和第二亞層均為CrON+NiCrON膜或SiON+NiCrON膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 IOOnm ;所述第一亞層中NiCr含量的體積百分比大于所述第二亞層中NiCr含量的體積百分比；所述第一亞層中NiCr含量的體積百分比為20 35%，所述第二亞層中NiCr含量的體積百分比為10 25%。所述紅外反射層為Cu層或Al層，其厚度為50 200nm。一種實(shí)現(xiàn)上述NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層的制備方法，采用NiCr合金作為導(dǎo)電粒子，其包括以下步驟(1)選擇基底，在基底上采用金屬靶直流磁控濺射方法制備過渡層；(2)在過渡層上采用金屬靶直流磁控濺射法制備紅外反射層，金屬靶為純金屬Cu或Al靶；(3)在紅外反射層上采用NiCr合金靶直流磁控濺射法制備吸收層，反應(yīng)氣體為N2和O2 ;首先將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，同時(shí)通入Ar和N2、02的混合氣，調(diào)節(jié)反應(yīng)濺射氣壓為2X KT1 4X KT1Pa,開啟NiCr、Cr或Si靶電源，濺射電壓為350 450V，濺射電流為10 30A，制備第一亞層CrON+NiCrON膜或SiON+NiCrON膜；然后提高N2、O2的流量，制備第二亞層 CrON+NiCrON膜或SiON+NiCrON膜；⑷在吸收層上采用金屬靶直流磁控濺射法制備減反射層，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar、O2和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2 X 10_3 5 X 10 ,通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為2 X KT1 4 X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓為350 450V，濺射電流為10 30A。所述步驟(I)中，所述過渡層為CrN或SiN層時(shí)，采用金屬靶直流磁控濺射方法，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)反應(yīng)濺射氣壓2X 10—1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓350 400V，濺射電流10 30A。所述步驟(I)中，所述過渡層為CrON或SiON層時(shí)，采用金屬靶直流磁控濺射方法，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar、02和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為2X 10—1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓350 450V，濺射電流為10 30A。本發(fā)明由于米取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于米用NiCr合金和Cr材料作為導(dǎo)電粒子，利用直流磁控反應(yīng)濺射法在基底上依次制備過渡層、紅外反射層、吸收層和減反射層，具有沉積速率高、生產(chǎn)周期短的優(yōu)點(diǎn)，采用的材料能滿足環(huán)保要求。2、本發(fā)明由于吸收層包括第一亞層和第二亞層，第一亞層和第二亞層均由NiCr0N+Cr0N(或SiON)膜構(gòu)成，而CrON-NiCrON光譜選擇性吸收涂層的光學(xué)性能參數(shù)比較好，且顏色可調(diào)節(jié)，附著力良好。3、本發(fā)明由于過渡層和減反射層均可以采用CrON，CrON具有較高的耐腐蝕性、更好的附著力和均一的結(jié)構(gòu)，而且CrON薄膜會(huì)隨著厚度的變化而呈現(xiàn)不同的顏色，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能利用與建筑一體化。4、本發(fā)明的平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層具有較好的光譜選擇性吸收特性，該涂層具有很好的抗腐蝕性能，該涂層在非真空條件的使用溫度為300攝氏度，該涂層除用于平板也可用于真空條件下使用，涂層色彩豐富，也可作為功能型建筑材料表面涂層。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用材料技術(shù)領(lǐng)域中。


圖I是本發(fā)明的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本發(fā)明的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層包括一基底I，基底I上通過直流磁控反應(yīng)濺射法由內(nèi)向外依次設(shè)置有一過渡層2、一紅外反射層3、一吸收層4和一減反射層5。其中，吸收層4由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。上述實(shí)施例中，基底I可以采用鋁、銅或不銹鋼基底。上述各實(shí)施例中，過渡層2為CrN、CrON, SiN或SiON層，其厚度為20 IOOnm ；紅外反射層3為Cu層或Al層，其厚度為50 200nm ;吸收層4的第一亞層和第二亞層均為NiCr0N+Cr0N(或SiON)膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 IOOnm ;減反射層5為CrON或SiON介質(zhì)層，其厚度為20 lOOnm。其中，第一亞層中NiCr含量的體積百分比大于第二亞層中NiCr含量的體積百分比；第一亞層中NiCr含量的體積百分比為20 35%，第二亞層中NiCr含量的體積百分比為10 25%。上述實(shí)施例中，過渡層2的厚度小于減反射層5的厚度。綜上所述，本發(fā)明的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層在使用時(shí)，其太陽(yáng)能吸收率可以達(dá)到93 95%，發(fā)射率為0. 08 0. 10 ;外觀一致，性能穩(wěn)定；避免了傳統(tǒng)陽(yáng)極氧化法造成的環(huán)境污染，并提高了綜合性能。本發(fā)明的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層制備方法，采用NiCr合金作為導(dǎo)電粒子，采用金屬氮氧化合物NiCrON、CrON作為減反射層來制備導(dǎo)電粒子陶瓷復(fù)合吸收涂層，其包括以下步驟1)選擇基底1，在基底I上采用金屬靶直流磁控濺射方法制備過渡層2。2)在過渡層2上采用金屬靶直流磁控濺射法制備紅外反射層3，金屬靶為純金屬Cu或Al靶；3)在紅外反射層3上采用NiCr合金靶直流磁控濺射法制備吸收層4，反應(yīng)氣體為N2和O2 ;首先將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，同時(shí)通入Ar和N2、02的混合氣，調(diào)節(jié)反應(yīng)濺射氣壓為2X KT1 AXlO-1Pa,開啟NiCr、Cr (或Si)靶電源，濺射電壓為350 450V，濺射電流為10 30A，制備第一亞層CrON (或SiON)+NiCrON膜；然后提高隊(duì)、02的流量，制備第二亞層CrON (或SiON) +NiCrON膜。4)在吸收層4上采用金屬靶直流磁控濺射法制備減反射層5，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar、O2和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為2X 10—1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓為350 450V，濺射電流為10 30A。上述步驟I)中，當(dāng)過渡層2為CrN或SiN層時(shí)，其制作方法為采用金屬靶直流磁控濺射方法，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2 X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)反應(yīng)濺射氣壓2X 10—1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓350 400V，濺射電流10 30A。上述步驟I)中，當(dāng)過渡層2為CrON或SiON層時(shí)，其制作方法為采用金屬靶直流磁控濺射方法，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar、02和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為2X 10—1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓350 450V，濺射電流為10 30A。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的連接和結(jié)構(gòu)都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件的連接和結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于它包括一基底，所述基底上通過直流磁控反應(yīng)濺射法由內(nèi)向外依次設(shè)置有一過渡層、一紅外反射層、一吸收層和一減反射層；所述吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求I所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于所述基底采用鋁、銅或不銹鋼基底。
3.如權(quán)利要求I所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于所述過渡層為CrN、CrON, SiN或SiON層，其厚度為20 IOOnm ;所述減反射層為CrON或SiON介質(zhì)層，其厚度為20 IOOnm ;所述過渡層的厚度小于所述減反射層的厚度。
4.如權(quán)利要求2所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于所述過渡層為CrN、CrON, SiN或SiON層，其厚度為20 IOOnm ;所述減反射層為CrON或SiON介質(zhì)層，其厚度為20 IOOnm ;所述過渡層的厚度小于所述減反射層的厚度。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于所述吸收層的第一亞層和第二亞層均為CrON+NiCrON膜或SiON+NiCrON膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 IOOnm ;所述第一亞層中NiCr含量的體積百分比大于所述第二亞層中NiCr含量的體積百分比；所述第一亞層中NiCr含量的體積百分比為20 35%，所述第二亞層中NiCr含量的體積百分比為10 25%。
6.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于所述紅外反射層為Cu層或Al層，其厚度為50 200nm。
7.如權(quán)利要求5所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其特征在于所述紅外反射層為Cu層或Al層，其厚度為50 200nm。
8.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求I 7所述NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層的制備方法，采用NiCr合金作為導(dǎo)電粒子，其包括以下步驟 (1)選擇基底，在基底上采用金屬靶直流磁控濺射方法制備過渡層； (2)在過渡層上采用金屬靶直流磁控濺射法制備紅外反射層，金屬靶為純金屬Cu或Al靶； (3)在紅外反射層上采用NiCr合金靶直流磁控濺射法制備吸收層，反應(yīng)氣體為N2和O2;首先將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，同時(shí)通入Ar和N2、O2的混合氣，調(diào)節(jié)反應(yīng)濺射氣壓為2X 10—1 4 X KT1Pa,開啟NiCr、Cr或Si靶電源，濺射電壓為350 450V，濺射電流為10 30A，制備第一亞層CrON+NiCrON膜或SiON+NiCrON膜；然后提高N2、02的流量,制備第二亞層CrON+NiCrON膜或SiON+NiCrON膜； (4)在吸收層上采用金屬靶直流磁控濺射法制備減反射層，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar、02和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；灘射前將真空室抽真空至2X 10_3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為2X KT1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓為350 450V，濺射電流為10 30A。
9.如權(quán)利要求8所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，所述過渡層為CrN或SiN層時(shí)，采用金屬靶直流磁控濺射方法，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至2X10—3 5X10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)反應(yīng)濺射氣壓2X10—1 4X KT1Pa ;開啟濺射靶電源，濺射電壓350 400V，濺射電流10 30A。
10.如權(quán)利要求8所述的NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，所述過渡層為CrON或SiON層時(shí)，采用金屬靶直流磁控濺射方法，金屬靶為Cr或Si靶，以Ar、O2和N2的混合氣體作為濺射氣體制備；濺射前將真空室抽真空至 2父10-3 5父10-如1，通入惰性氣體41'作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為2\10-1 4\10-% ；開啟濺射靶電源，濺射電壓350 450V，濺射電流為10 30A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種NiCr系平板太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層及其制備方法，它包括基底，基底上通過直流磁控反應(yīng)濺射法由內(nèi)向外依次設(shè)置有過渡層、紅外反射層、吸收層和減反射層；吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。其制備方法為采用NiCr合金作為導(dǎo)電粒子，其包括以下步驟(1)選擇基底，在基底上采用金屬靶直流磁控濺射方法制備過渡層；(2)在過渡層上采用金屬靶直流磁控濺射法制備紅外反射層，金屬靶為純金屬Cu或Al靶；(3)在紅外反射層上采用NiCr合金靶直流磁控濺射法制備吸收層；(4)在吸收層上采用金屬靶直流磁控濺射法制備減反射層。本發(fā)明具有沉積速率高、生產(chǎn)周期短的優(yōu)點(diǎn)，采用的材料能滿足環(huán)保要求。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用材料技術(shù)領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)B32B9/04GK102615879SQ201210080058
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者孫守建, 尹萬里, 崔銀芳, 張敏, 李世杰, 王軒 申請(qǐng)人:北京桑達(dá)太陽(yáng)能技術(shù)有限公司