一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能具有分布廣泛、取之不盡、用之不竭的優(yōu)點(diǎn)，并且可以做到對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有任何污染，是真正意義上的可持續(xù)的清潔能源。對(duì)太陽(yáng)能的利用，目前主要集中在光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩大類。太陽(yáng)能集熱器是用來(lái)吸收太陽(yáng)輻射并使之轉(zhuǎn)化為熱能的光熱轉(zhuǎn)換裝置。目前市場(chǎng)上有很多種太陽(yáng)能集熱器，最常見(jiàn)的是全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器，但它有無(wú)法承壓、易爆裂、維修率高，使用壽命短等缺點(diǎn)。不適應(yīng)人們對(duì)未來(lái)太陽(yáng)能集熱器的要求。
[0003]平板太陽(yáng)能集熱器的發(fā)展?jié)M足了人類對(duì)未來(lái)太陽(yáng)能集熱器的要求。其具有光熱轉(zhuǎn)換快，熱效率高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。而太陽(yáng)能選擇性吸收膜系的結(jié)構(gòu)及其制備方法，則是平板太陽(yáng)能集熱器的核心技術(shù)。
[0004]太陽(yáng)能選擇性吸收膜系是太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，隨著太陽(yáng)能集熱元件的發(fā)展，對(duì)膜系提出了越來(lái)越高的要求。太陽(yáng)能選擇性吸收膜系要求在太陽(yáng)光譜(300nm?2500nm)具有高吸收率，紅外波段(>2500nm)具有低發(fā)射率的光學(xué)性能。由于集熱板芯的膜系長(zhǎng)期處在與自然環(huán)境直接接觸的條件下工作，因而，要求集熱板芯的膜系，必須具備良好的耐熱性能和耐候性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系及其制備方法，該膜系的膜層不易脫落，使用壽命長(zhǎng)，膜系吸收能力強(qiáng)，并具有優(yōu)良的耐蝕耐磨性能。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系，包括金屬基底，所述金屬基底的頂面呈凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，金屬基底的頂面沉積有TiAlN吸收阻隔層，TiAlN吸收阻隔層上沉積有TiNxOy吸收層，TiNxOy吸收層上沉積有S12減反層，S12減反層上沉積有AlN減反保護(hù)層。
[0007]進(jìn)一步的，所述金屬基底為厚度0.3mm的銀箔片，所述TiAlN吸收阻隔層的厚度為30?50nm，所述TiNxOy吸收層的厚度為100?150nm，所述S12減反層的厚度為30?50nm，所述AlN減反保護(hù)層的厚度為30?50nmo
[0008]本發(fā)明還一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系的制備方法，包括以下步驟:
a)清洗金屬基底，并用高壓他氣吹干；
b)采用反應(yīng)離子束技術(shù)對(duì)清洗后金屬基底的頂面進(jìn)行刻蝕，使所述金屬基底頂面呈凹凸不平的微結(jié)構(gòu)；
c)在具有微結(jié)構(gòu)的金屬基底頂面通過(guò)磁控濺射沉積TiAlN吸收阻隔層，磁控濺射本底真空<9X10—4Pa,工作壓強(qiáng)4?6X10—1Pa,直流濺射功率75?100W，靶材為TiAl合金靶，濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm，反應(yīng)氣體N2流量5?lOsccm，沉積的TiAlN吸收阻隔層厚度為30?50nm;
d)在TiAlN吸收阻隔層上通過(guò)磁控濺射沉積TiNxOy吸收層，磁控濺射本底真空<8X10—4Pa,工作壓強(qiáng)3.5?5.5 X 10—1Pa,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?lOsccm，沉積的TiNxOy吸收層厚度為100?150nm ；
e)在TiNxOy吸收層上通過(guò)磁控派射沉積Si02減反層，磁控派射本底真空<9 X 10—4Pa，工作壓強(qiáng)4?6 X 10—1Pa,射頻濺射功率40?80W，靶材為Si靶，濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm，反應(yīng)氣體02流量5?7sccm，沉積的Si02減反層厚度為30?50nm;
f)在S12減反層上通過(guò)磁控濺射沉積AlN減反保護(hù)層，磁控濺射本底真空<9X 10—4Pa,工作壓強(qiáng)4?6 X 10-lPa，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?lOsccm，沉積的AlN減反保護(hù)層厚度為30?50nm，得到最終的太陽(yáng)能選擇性吸收膜系。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟a中采用超聲波清洗機(jī)對(duì)金屬基底進(jìn)行清洗，先用丙酮超聲清洗20min，再用酒精超聲清洗20min，最后用去離子水超聲清洗20min。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟b中采用反應(yīng)離子束刻蝕設(shè)備對(duì)金屬基底的頂面進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為Ar與CHF3的混合氣體，Ar與CHF3的流量比為1:1?1.5;反應(yīng)離子束刻蝕設(shè)備本底真空<8X10—3Pa，工作壓強(qiáng)為2?6X10—1 Pa，離子束流能量為300?400eV，束流為70?90mA，加速電壓200?260V，入射角為25?45°，刻蝕時(shí)間3?5min。
[0011 ]本發(fā)明的有益效果是，對(duì)金屬基底頂面進(jìn)行了反應(yīng)離子束刻蝕，使金屬基底表面產(chǎn)生了凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，增大了金屬基底與膜層之間的附著力，使膜層不易脫落，延長(zhǎng)膜系的使用壽命；TiAlN吸收阻隔層能夠阻止金屬基底和TiNxOy吸收層之間的擴(kuò)散，同時(shí)TiAlN吸收阻隔層還做為副吸收層，增大整個(gè)膜系對(duì)太陽(yáng)光的吸收;S12減反層與AlN減反保護(hù)層共同作為減反層，利用折射率不同的AlN和S12組成的雙層減反膜系能夠提升減反效果，增加膜系的吸收率;AlN減反保護(hù)層具有優(yōu)良的耐蝕耐磨性能，在高溫大氣環(huán)境下，膜層壽命持久，有效提高了太陽(yáng)能集熱器的使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系，包括金屬基底I，所述金屬基底I的頂面呈凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，金屬基底I的頂面沉積有TiAlN吸收阻隔層2，TiAlN吸收阻隔層2上沉積有TiNxOy吸收層3 ,TiNxOy吸收層上沉積有S12減反層4，S12減反層4上沉積有AlN減反保護(hù)層5。
[0014]所述金屬基底I可采用為厚度0.3mm的銀箔片、Cu箔片或Al箔片，也可以在不銹鋼箔片上沉積一層Ag薄膜、Cu薄膜或Al薄膜作為金屬基底I;所述TiAlN吸收阻隔層2的厚度為30?50nm，所述TiNxOy吸收層3的厚度為100?150nm，所述S12減反層4的厚度為30?50nm，所述AlN減反保護(hù)層5的厚度為30?50nmo
[0015]本發(fā)明還提供所述的一種太陽(yáng)能選擇性吸收膜系的制備方法，包括以下步驟:
a)清洗金屬基底，并用高壓N2氣吹干;可采用超聲波清洗機(jī)對(duì)金屬基底進(jìn)行清洗，先用丙酮超聲清洗20min，再用酒精超聲清洗20min，最后用去離子水超聲清洗20min;
b)采用反應(yīng)離子束刻蝕設(shè)備對(duì)清洗后金屬基底的頂面進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為Ar與CHF3的混合氣體，Ar與CHF3的流量比為1:1?1.5 ;反應(yīng)離子束刻蝕設(shè)備本底真空^ 8X 10 一3Pa,工作壓強(qiáng)為2?6X10—1 Pa，離子束流能量為300?400eV，束流為70?90mA，加速電壓200?260V，入射角為25?45°，刻蝕時(shí)間3?5min，使所述金屬基底頂面呈凹凸不平的微結(jié)構(gòu)；
c)在具有微結(jié)構(gòu)的金屬基底頂面通過(guò)磁控濺射沉積Ti