本發(fā)明涉及一種高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當前，在化石等不可再生能源日趨稀缺的背景下，世界能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大變化，太陽能將逐漸代替常規(guī)能源，成為不可缺少的重要能源，太陽能的光熱利用研究已是當今熱點。太陽能高溫利用在光熱發(fā)電、重質(zhì)油開采、海水淡化等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。光譜選擇性吸收涂層是太陽能高溫利用的核心材料，其要求具有高吸收率、低發(fā)射率和優(yōu)異的耐高溫性能。

近年來，研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多性能優(yōu)良的過渡金屬氮化物/碳化物基太陽能吸收涂層，如tialn/tialon/si3n4，hfmon/hfon/al2o3，ti/altin/altion/altio，fe3o4/mo/tizrn/tizron/sion，ti0.5al0.5n/ti0.25al0.75n/aln，cu/tialcrn/tialn/alsin，tialc/tialcn/tialsicn/tialsico/tialsi等。然而，該多層串聯(lián)體系沉積工藝較復(fù)雜，需精確控制化學(xué)計量比，生產(chǎn)周期長、工藝復(fù)雜、成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)太陽能選擇性吸收涂層存在的問題而提供一種可見-紅外光譜高吸收率、紅外光譜低發(fā)射率的高溫太陽能選擇性吸收涂層。

本發(fā)明的另一目的是提供上述高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法。

一種高溫太陽能選擇性吸收涂層，該涂層依次包括吸熱體基底、吸收層和減反射層，所述吸熱體基底為拋光不銹鋼片，所述吸收層材料為碳化鋯，所述減反射層材料為氧化鋁。

所述吸收層碳化鋯的厚度為120-160nm。

所述減反射層氧化鋁的厚度為80-120nm。

所述吸熱體基底拋光不銹鋼片的粗糙度值為0.5-2nm。

上述高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下工藝步驟：

1）吸熱體基底的處理：將吸熱體基底去除表面附著的雜質(zhì)后，分別在丙酮和乙醇中分別超聲清洗10-20分鐘，氮氣吹干，真空保存；

2）吸收層的制備：吸收層碳化鋯制備采用直流磁控濺射方法，制備時采用純度99.99%的碳化鋯作為磁控濺射靶材；真空室預(yù)抽本底真空至1.0′10^-6-5.0′10^-6torr；利用偏壓清洗基片5-10分鐘，偏壓功率為10-30w；偏壓清洗結(jié)束后開始沉積吸收層，碳化鋯靶材的濺射功率密度為4-8w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為20-50sccm，沉積碳化鋯厚度為120-160nm；

3）減反射層的制備：吸收層制備完畢后，開始沉積減反射層al2o3，以純度為99.99%的al2o3作為磁控濺射靶材，控制al2o3靶材的濺射功率密度在5-8w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為20-50sccm，采用射頻磁控濺射在吸收層上濺射制備減反射層，厚度為80-120nm。

所述步驟2）中在磁控濺射沉積吸收層時其吸熱體基底溫度為150-250℃。

所述步驟3）中在磁控濺射沉積減反射層時其吸熱體基底溫度為150-250℃。

本發(fā)明所述高溫太陽能選擇性吸收涂層以高溫穩(wěn)定性良好的碳化鋯做為吸收層和擴散阻擋層，極大的豐富了碳化鋯陶瓷在太陽能產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。本發(fā)明所述太陽能選擇性涂層在紫外可見近紅外光譜范圍內(nèi)具有低的反射率，在紅外光譜范圍內(nèi)具有高的反射率。在大氣質(zhì)量因子am1.5條件下，吸收率30.88，發(fā)射率￡0.13；在高真空度下，經(jīng)500℃長時間保溫后，涂層的吸收率和發(fā)射率沒有明顯的變化。該涂層在光熱發(fā)電、重質(zhì)油開采、海水淡化等工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

綜上所述，本發(fā)明制備的涂層具有可見-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點。本發(fā)明碳化鋯作為吸收層和擴散阻擋層，沒有紅外反射層和摻雜，涂層結(jié)構(gòu)簡單，從而簡化了工藝，降低成本，本發(fā)明在太陽能高溫熱利用領(lǐng)域具有廣闊的實用價值和應(yīng)用前景。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明高溫太陽能選擇性吸收涂層以及制備及性能作進一步說明。

實施例1

一種高溫太陽能選擇性吸收涂層，依次包括吸熱體基底、吸收層和減反射層，吸熱體基底為拋光不銹鋼片，粗糙度值為1.2nm；吸收層材料為碳化鋯，厚度為140nm，吸收層采用直流磁控濺射方法制備；減反射層材料為氧化鋁，厚度為90nm，減反射層采用射頻磁控濺射方法制備。

上述一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括如下工藝：

（1）吸熱體基底的處理：選用粗糙度值為1.2nm的拋光不銹鋼片作為吸熱體基底。使用前用棉球擦拭表面，除去表面附著的雜質(zhì)，然后將拋光不銹鋼片分別在丙酮和乙醇溶劑中分別超聲清洗15分鐘，用氮氣吹干，真空保存，待用；

（2）吸收層的制備：吸收層碳化鋯制備采用直流磁控濺射方法，制備時采用純度99.99%的碳化鋯作為磁控濺射靶材；真空室預(yù)抽本底真空至3.0′10^-6torr；利用偏壓清洗基片5分鐘，偏壓功率為20w；偏壓清洗結(jié)束后開始沉積吸收層，碳化鋯靶材的濺射功率密度為6.5w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為30sccm，在磁控濺射沉積吸收層時其吸熱體基底溫度為200℃，沉積碳化鋯厚度為140nm；

（3）減反射層的制備：吸收層制備完畢后，開始沉積減反射層al2o3。以純度為99.99%的al2o3作為磁控濺射靶材，控制al2o3靶材的濺射功率密度在6w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為30sccm，采用射頻磁控濺射在吸收層上濺射制備減反射層，在磁控濺射沉積減反射層時其吸熱體基底溫度為200℃，厚度為90nm；

該太陽能選擇性吸收涂層的光學(xué)性能如下：在大氣質(zhì)量因子am1.5條件下，涂層吸收率為0.92，發(fā)射率為0.11；在高真空度下，經(jīng)500℃長時間保溫后，其吸收率為0.93，法向發(fā)射率為0.10。

實施例2

一種高溫太陽能選擇性吸收涂層，依次包括吸熱體基底、吸收層和減反射層，吸熱體基底為拋光不銹鋼片，粗糙度值為0.5nm；吸收層材料為碳化鋯，厚度為120nm，吸收層采用直流磁控濺射方法制備；減反射層材料為氧化鋁，厚度為80nm，減反射層采用射頻磁控濺射方法制備。

上述一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括如下工藝：

（1）吸熱體基底的處理：選用粗糙度值為0.5nm的拋光不銹鋼片作為吸熱體基底。使用前用棉球擦拭表面，除去表面附著的雜質(zhì)，然后將拋光不銹鋼片分別在丙酮和乙醇溶劑中分別超聲清洗10分鐘，用氮氣吹干，真空保存，待用。

（2）吸收層的制備：吸收層碳化鋯制備采用直流磁控濺射方法，制備時采用純度99.99%的碳化鋯作為磁控濺射靶材；真空室預(yù)抽本底真空至1.0′10^-6torr；利用偏壓清洗基片10分鐘，偏壓功率為10w；偏壓清洗結(jié)束后開始沉積吸收層，碳化鋯靶材的濺射功率密度為4w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為20sccm，在磁控濺射沉積吸收層時其吸熱體基底溫度為150℃，沉積碳化鋯厚度為120nm；

（3）減反射層的制備：吸收層制備完畢后，開始沉積減反射層al2o3。以純度為99.99%的al2o3作為磁控濺射靶材，控制al2o3靶材的濺射功率密度在5w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為20sccm，采用射頻磁控濺射在吸收層上濺射制備減反射層，在磁控濺射沉積減反射層時其吸熱體基底溫度為150℃，厚度為80nm。

該太陽能選擇性吸收涂層的光學(xué)性能如下：在大氣質(zhì)量因子am1.5條件下，涂層吸收率為0.90，發(fā)射率為0.12；在高真空度下，經(jīng)500℃長時間保溫后，其吸收率為0.90，發(fā)射率為0.13。

實施例3

一種高溫太陽能選擇性吸收涂層，依次包括吸熱體基底、吸收層和減反射層，吸熱體基底為拋光不銹鋼片，粗糙度值為2nm；吸收層材料為碳化鋯，厚度為160nm，吸收層采用直流磁控濺射方法制備；減反射層材料為氧化鋁，厚度為120nm，減反射層采用射頻磁控濺射方法制備。

上述碳化鋯基高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括如下工藝：

（1）吸熱體基底的處理：選用粗糙度值為2nm的拋光不銹鋼片作為吸熱體基底。使用前用棉球擦拭表面，除去表面附著的雜質(zhì)，然后使用不銹鋼片分別在丙酮和乙醇溶劑中分別超聲清洗20分鐘，用氮氣吹干，真空保存，待用；

（2）吸收層的制備：吸收層碳化鋯制備采用直流磁控濺射方法，制備時采用純度99.99%的碳化鋯作為磁控濺射靶材；真空室預(yù)抽本底真空至5.0′10^-6torr；利用偏壓清洗基片5分鐘，偏壓功率為30w；偏壓清洗結(jié)束后開始沉積吸收層，碳化鋯靶材的濺射功率密度為8w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為50sccm，在磁控濺射沉積吸收層時其吸熱體基底溫度為250℃，沉積碳化鋯厚度為160nm；

（3）減反射層的制備：吸收層制備完畢后，開始沉積減反射層al2o3。以純度為99.99%的al2o3作為磁控濺射靶材，控制al2o3靶材的濺射功率密度在8w/cm^-2，濺射沉積時氬氣的進氣量為50sccm，采用射頻磁控濺射在吸收層上濺射制備減反射層，在磁控濺射沉積減反射層時其吸熱體基底溫度為250℃，厚度為120nm。

該太陽能選擇性吸收涂層的光學(xué)性能如下：在大氣質(zhì)量因子am1.5條件下，涂層吸收率為0.88，發(fā)射率為0.12；在高真空度下，經(jīng)500℃長時間保溫后，其吸收率為0.90，發(fā)射率為0.12。