一種太陽光譜選擇性吸收涂層和集熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光譜選擇性吸收涂層領(lǐng)域，尤其是一種太陽光譜選擇性吸收涂層 和集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能集熱器采用的光譜選擇性涂層膜系結(jié)構(gòu)一般可以概括為基底/紅外反射 層/太陽光譜吸收層/表面減反射層。紅外反射層為高導(dǎo)電率金屬，對紅外光譜有很高的 反射率，是涂層獲得低輻射性能的主要原因；表面減反層降低涂層與空氣界面處太陽光的 反射，使更多的太陽光能量進入吸收層，增加了太陽光譜吸收率，進而提高集熱效率。
[0003] 然而，紅外反射金屬與其上沉積的金屬陶瓷、金屬氮氧化物等熱膨脹系數(shù)相差較 大，因此涂層膜層之間界面應(yīng)力較大，導(dǎo)致膜層在高低溫實驗和使用過程中有出現(xiàn)脫落的 可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型提供了一種太陽光譜選擇性吸收涂層，從而能夠使所述涂層的界面處 應(yīng)力小，膜層附著力好。
[0005] 本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0006] 通過一種太陽光譜選擇性吸收涂層，包括：
[0007] 基底層；
[0008] 在基底層上依次排布有紅外反射層、復(fù)合吸收層和減反層；
[0009] 所述的復(fù)合吸收層自下而上依次包括金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧化物 亞層，所述金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧化物亞層的材料為對光譜具有吸收性能 的材料，
[0010] 其中：所述紅外反射層、所述金屬亞層、所述金屬氮化物亞層、所述金屬氮氧化物 亞層的熱膨脹系數(shù)依次升高。
[0011] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧 化物亞層的折射率依次降低；
[0012] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧 化物亞層的消光系數(shù)依次降低。
[0013] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，在500-2500nm范圍內(nèi)，所述金屬亞層的折射 率為3. 19-6. 13,所述金屬氮化物亞層的折射率為3. 00-4. 40,所述金屬氮氧化物亞層的折 射率為 2. 38-2. 20 ;
[0014] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，在380-2500nm范圍內(nèi)，所述金屬亞層的消光 系數(shù)為3. 59-6. 84,所述金屬氮化物亞層的消光系數(shù)為1. 79-0. 76,所述金屬氮氧化物亞層 的消光系數(shù)為0.47-0. 005。
[0015] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的復(fù)合吸收層的總厚度為80nm-140nm， 其中：所述金屬吸收亞層的材料為Cr，其厚度為10-30nm;所述金屬氮化物吸收亞層的材 料為CrNx，其厚度為30nm-50nm;所述金屬氮氧化物吸收亞層的材料為CrNxOy，其厚度為 40nm_60nm 〇
[0016] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的基底的材料為玻璃、鋁、銅或不銹鋼， 所述基底層的厚度為〇. 2~10mm。
[0017] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的紅外反射層的材料的電導(dǎo)率大于 IO6S ? nT1，所述紅外反射層的厚度為50~200nm〇
[0018] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述的紅外反射層為Al、Cu、Au、Ag或Ni。
[0019] 上述的太陽光譜選擇性吸收涂層中，所述減反層的材料為Si02、Al20 3、Th02、Dy203、 Eu2O 3' Gd2O3' Y2O3' La2O3' MgO 或 Sm203,所述減反層的厚度為 50 ~150nm〇
[0020] 本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
[0021] 通過一種集熱器，包括殼體，在所述殼體上設(shè)有蓋板，在所述蓋板下方設(shè)有吸熱層 和保溫層，所述吸熱層為上述的太陽光譜選擇性吸收涂層。
[0022] 借由上述技術(shù)方案，本實用新型提出的一種太陽光譜選擇性吸收涂層至少具有下 列優(yōu)點：
[0023] a、金屬亞層的熱膨脹系數(shù)介于紅外反射層金屬和金屬氮化物亞層之間，從而能夠 降低紅外反射層金屬、金屬亞層和金屬氮化物亞層界面應(yīng)力，提高了涂層附著力和高低溫 循環(huán)穩(wěn)定性。
[0024] b、本實用新型所公開的太陽光譜選擇性吸收涂層吸收層包括由內(nèi)到外折射率、消 光系數(shù)依次降低的金屬、金屬氮化物和金屬氮氧化物，實現(xiàn)在80°C的測試溫度條件下，太陽 光譜吸收率高于95%，輻射率低于4%。
[0025] c、本實用新型的【具體實施方式】中，紅外金屬反射層的材料在優(yōu)選為鋁，通過鋁參 與太陽光波段光譜吸收進一步提高了涂層的太陽光譜吸收率。
[0026] 上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技 術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳 細說明如后。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本實用新型提出的太陽光譜選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是本實用新型實例1和TiNxOy膜系的紫外-紅外波段吸收光譜圖；
[0029] 圖3是本實用新型的實例1和對比例的紫外-紅外波段吸收光譜圖。
【具體實施方式】
[0030] 為更進一步闡述本實用新型為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下 結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的一種太陽光譜選擇性吸收涂層，詳細說 明如后。
[0031] 實施例1
[0032] 如圖1所示一種太陽光譜選擇性吸收涂層，包括：基底層；
[0033] 在基底層上依次排布有紅外反射層、復(fù)合吸收層和減反層；所述的復(fù)合吸收層自 下而上依次包括金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧化物亞層，所述金屬亞層、金屬氮化 物亞層和金屬氮氧化物亞層的材料為對光譜具有吸收性能的材料，其中：所述紅外反射層、 所述金屬亞層所述金屬氮化物亞層、所述金屬氮氧化物亞層的熱膨脹系數(shù)依次升高。
[0034]金屬亞層的熱膨脹系數(shù)介于紅外反射層金屬和金屬氮化物亞層之間，從而能夠降 低紅外反射層金屬、金屬亞層和金屬氮化物亞層界面應(yīng)力，提高了涂層附著力和高低溫循 環(huán)穩(wěn)定性。
[0035] 熱能傳遞有傳導(dǎo)、對流、輻射三種方式，太陽取之不盡用之不竭的熱能以輻射的方 式輸送到地球上。太陽光譜選擇性吸收涂層是實現(xiàn)太陽能光熱轉(zhuǎn)換的核心材料，一方面，它 在太陽光波段（0.3 ym-2. 5 ym)具有高的吸收率a，吸收太陽光能量將其轉(zhuǎn)換為熱能，另 一方面，它在受熱后發(fā)生黑體輻射的紅外波段（2.5 ym-50ym)具有低的輻射率e，有效抑 制輻射散熱，實現(xiàn)對熱能的進的多，出的少。一般說來，a越大越好，e越小越好。但在實 際制備膜時，當(dāng)a達到某一數(shù)值后，要想進一步增大a，e也會隨之增大。而且，有時e 增加的值大于a增加的值，故實際應(yīng)用中用a與e的比值（a/e)來表征涂層選擇性的 高低，a/e值越大，其光譜選擇性越好，并且a/e⑴值越大越適合200°C以上的中高溫 應(yīng)用。
[0036] 本實用新型所公開的太陽光譜選擇性吸收涂層的復(fù)合吸收層包括由內(nèi)到外折射 率、消光吸收依次降低的金屬、金屬氮化物和金屬氮氧化物，實現(xiàn)在80°C的測試溫度條件 下，太陽光譜吸收率高于95%，輻射率低于4%。
[0037]具體實施時，所述金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧化物亞層的折射率依次 降低；所述金屬亞層、金屬氮化物亞層和金屬氮氧化物亞層的消光系數(shù)依次降低。從而能夠 降低選擇性吸收涂層對入射光的反射作用，增高所述選擇性吸收涂層對光的吸收率。
[0038]具體實施時，在500-2500nm范圍內(nèi)，所述金屬亞層的折射率為3. 19-6. 13,所述金 屬氮化物亞層的折射率為3. 00-4. 40,所述金屬氮氧化物亞層的折射率為2. 38-2. 20 ;
[0039] 在380-2500nm范圍內(nèi)，所述金屬亞層的消光系數(shù)為3. 59-6. 84,所述金屬氮化物 亞層的消光系數(shù)為1. 79-0. 76,所述金屬氮氧化物亞層的消光系數(shù)為0. 47-0. 005。
[0040] 具體實施時，所述的復(fù)合吸收層的總厚度為80nm-140nm，其中：所述金屬吸收 亞層的材料為Cr，其厚度為10-30nm;所述金屬氮化物吸收亞層的材料為CrNx，其厚度 為30nm-50nm;所述金屬氮氧化物吸收亞層的材料為CrNxOy,其厚度為40nm-60nm。其中： 0. 05〈X〈0. 35,0. 71〈Y〈1. 45。
[0041] 由于Ti、Ni等金屬氧化反應(yīng)活性和速度遠高于氮化反應(yīng)活性和速度，導(dǎo)致獲得最 佳性能吸收層的氮氧比例工藝窗口窄，需要精確控制鍍膜過程中氮氣和氧氣的含量，氮氧 比的微小變化會引起膜系吸收率、輻射率、甚至涂層顏色的明顯改變，鍍膜工藝穩(wěn)定性差， 對鍍膜設(shè)備要求高。而本實用新型選擇Cr，與Ti、Ni相比，對氧較不敏感，所以，CrN xOy制 備的過程相對簡單。
[0042]具體實施時，所述的基底的材料為玻璃、鋁、銅或