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      輻射吸收體,太陽能吸收裝置,和輻射吸收體的制備方法

      文檔序號:8320864閱讀:378來源:國知局
      輻射吸收體,太陽能吸收裝置,和輻射吸收體的制備方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及用于吸收電磁輻射的輻射吸收體,太陽能吸收裝置,和輻射吸收體的制備方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]通常地,當(dāng)電磁輻射碰到材料時(shí)會出現(xiàn)電磁輻射的反射、傳遞和吸收,例如這是由材料的光學(xué)性質(zhì)決定的,這種光學(xué)性質(zhì)可能是材料特異性的和/或例如依賴于材料的微觀結(jié)構(gòu)(例如表面形態(tài)或晶體結(jié)構(gòu))和/或依賴于電子性能(例如導(dǎo)電性、能帶結(jié)構(gòu)、電子-等離子體頻率)。具有高吸收系數(shù)α的材料在同樣的波長光譜中同樣具有高的發(fā)射系數(shù)ε。但是可能必要的是,將涂層(層狀結(jié)構(gòu)、層或材料)的性質(zhì)這樣地進(jìn)行改變或匹配,使得該性質(zhì)在太陽能波長光譜中具有盡可能高的吸收系數(shù)α,且對于依賴于溫度的一定發(fā)射光譜具有低發(fā)射系數(shù)ε。在此情況下,這樣的材料或這樣的涂層可以起到用于太陽能集熱器的基礎(chǔ)的作用。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]各種不同實(shí)施方式的一個(gè)方面可以清楚地看到在于,提供一個(gè)吸收體層狀結(jié)構(gòu)(吸收體層狀體系),它能夠在太陽光光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高吸收,例如具有大于約95% (ISO9050),和同時(shí)在約100°C -600°C的溫度范圍內(nèi)在熱輻射光譜中具有低的電磁輻射發(fā)射
      ε 10CTC ~~ ε 600 O °
      [0004]此外,各種不同實(shí)施方式的另一方面可以清楚地看到在于,提供用于輻射吸收體和/或用于太陽能吸收裝置的涂層,用于高效吸收光(和例如將光轉(zhuǎn)化為熱),所述涂層基本上可以以大型工業(yè)的涂覆方式進(jìn)行制備,例如在涂覆設(shè)備中例如借助于濺射進(jìn)行沉積或蒸鍍。
      [0005]根據(jù)不同的實(shí)施方式,提供用于高效吸收光的輻射吸收體(或太陽能吸收裝置),所述吸收體在空氣和/或真空中長時(shí)間操作中一直保持穩(wěn)定,例如機(jī)械穩(wěn)定和/或化學(xué)穩(wěn)定。
      [0006]此外,提供用于輻射吸收體或太陽能吸收裝置的吸收體層狀體系,其中所述吸收體層狀體系可以經(jīng)過例如數(shù)周的長風(fēng)潮(Kampagnen)時(shí)間在派射涂覆裝置中制備。換句話說,一種長期穩(wěn)定的涂覆方法能夠用于制備吸收體層狀體系,這可以借助于使用的材料進(jìn)行促進(jìn)。例如,可能很難或非常復(fù)雜并因此成本很高的是加工基于Al2O3的吸收體層狀體系。此外,同時(shí)含有金屬和氧化物的吸收體層狀體系可能無法經(jīng)過較長的使用時(shí)間仍然保持化學(xué)穩(wěn)定,因?yàn)榭赡軙霈F(xiàn)例如氧擴(kuò)散和由此導(dǎo)致金屬氧化,例如在空氣中或在含氧環(huán)境中操作吸收體層狀體系時(shí)。
      [0007]根據(jù)不同的實(shí)施方式,一種用于吸收電磁輻射的輻射吸收體可以具有以下結(jié)構(gòu):在載體上的多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu),其中所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)的每個(gè)層狀結(jié)構(gòu)具有第一層和第二層,其中所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)的第一層分別具有金屬氮化物或由金屬氮化物組成,和其中所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)的第二層分別具有半金屬氮化物或由半金屬氮化物組成。在此,所述輻射吸收體例如可以是非常穩(wěn)定的,或在不利條件下具有長的運(yùn)行時(shí)間,例如在100°c -600°C的高溫下,因?yàn)樗鰧訝罱Y(jié)構(gòu)的兩個(gè)層分別是以氮化物體系為基礎(chǔ)的,使得氮的可能擴(kuò)散例如不會損害或不會實(shí)質(zhì)損害穩(wěn)定性。金屬氮化物與半金屬氮合物的組合在可見光范圍內(nèi)具有或能夠?qū)崿F(xiàn)輻射吸收體高的吸收能力(例如α >95% )和在100°C _600°C的溫度范圍內(nèi)具有或能夠?qū)崿F(xiàn)有利的紅外輻射發(fā)射行為(例如e55(rc〈15% ),例如甚至與附加的金屬作為紅外反射體結(jié)合。
      [0008]有利的發(fā)射行為可以這樣理解,即在輻射吸收體一定溫度(例如在各自的操作溫度)下發(fā)射的輻射明顯少于吸收的輻射,使得輻射吸收體可以將吸收的光大部分轉(zhuǎn)化為熱并將該熱量運(yùn)走(例如借助于導(dǎo)熱)并且不會再次反射。
      [0009]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述層狀結(jié)構(gòu)(吸收體層狀結(jié)構(gòu))或所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)(吸收體層狀結(jié)構(gòu)或吸收體層狀體系)對于熱輻射至少是部分透明的,使得例如從所述層狀結(jié)構(gòu)或所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)發(fā)射出盡可能少的熱輻射。
      [0010]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述金屬氮化物可以是氮化鉬(MoN)。換句話說,所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)的第一層可以分別具有金屬氮化物或由金屬氮化物組成。
      [0011]此外,所述半金屬氮化物可以是氮化硅(Si3N4)。換句話說,所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)的第二層可以分別具有半金屬氮化物或由半金屬氮化物組成。
      [0012]此外,所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)的第一層和第二層可以相互直接接觸。根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述多個(gè)第一層和所述多個(gè)第二層可以形成吸收體層狀結(jié)構(gòu)或吸收體層狀體系(例如具有高體積密度或具有低的孔隙度),其中所述多個(gè)第一層和所述多個(gè)第二層分別相互直接接觸。
      [0013]清楚地,在第一層的金屬氮化物和第二層的半金屬氮化物之間生成多個(gè)界面。在此過程中可以形成在各層之間封閉的界面。
      [0014]此外,所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)可以形成所謂的CERMET層或類似于CERMET的層。在此,所述半金屬氮化物可以吸收在所述金屬氮化物中或者是所述金屬氮化物可以吸收在所述半金屬氮化物中。其中生成宏觀上完全混合的層,該層具有分別由金屬氮化物和半金屬氮化物形成的微觀上分開的區(qū)域。類似于CERMET的層與由金屬氮化物和半金屬氮化物形成的疊層體相比具有更大的各向同性(例如其光學(xué)性質(zhì))。根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述金屬氮化物和所述半金屬氮化物可以以類似于CERMET的層形式提供。
      [0015]此外,所述輻射吸收體可以具有第一金屬層,其中所述第一金屬層可以布置在載體和所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)之間。
      [0016]另外,所述第一金屬層可以含有銀或由銀形成。換句話說,在載體和所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)之間可以布置銀層。
      [0017]在吸收體層狀結(jié)構(gòu)(多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu))和載體之間的金屬層(例如銀層)可以用作為所謂的紅外鏡面。例如,吸收體層狀結(jié)構(gòu)可以對于紅外光(在紅外區(qū)域中的熱輻射)是透明的,使得金屬層可以降低載體對熱輻射的反射。為此,所述金屬層必須具有足夠尚的導(dǎo)電性。
      [0018]根據(jù)不同的實(shí)施方式,輻射吸收體可以具有第二金屬層,其中所述第二金屬層可以布置在載體和第一金屬層之間。
      [0019]根據(jù)不同的實(shí)施方式,輻射吸收體可以具有第二金屬層,其中所述第二金屬層可以布置在載體和所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)之間。
      [0020]另外,所述第二金屬層可以含有鉬或由鉬形成。換句話說,在載體和第一金屬層之間或在載體和所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)之間可以布置鉬層。
      [0021 ] 根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述第二金屬層尤其可以用作為增附劑。
      [0022]此外,輻射吸收體可以具有介電層,其中所述介電層可以布置在所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)上。例如所述介電層可以直接布置在所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)上。
      [0023]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述介電層可以含有氧化硅或由氧化硅組成。根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述介電層可以含有氮化硅或由氮化硅組成。
      [0024]根據(jù)不同的實(shí)施方式,具有CERMET層或類似于CERMET的層的輻射吸收體可以在所述CERMET層或類似于CERMET的層上具有介電層狀結(jié)構(gòu)。在此,所述介電層狀結(jié)構(gòu)可以具有氮化硅層和/或氧化硅層。
      [0025]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述介電層或所述介電層狀結(jié)構(gòu)在所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)上用作為所謂的抗反射層。因此,例如輻射吸收體的(輻射吸收)效率可以獲得提尚O
      [0026]根據(jù)不同的實(shí)施方式,輻射吸收體,如前面所描述的,可以具有多個(gè)疊層布置的層,其中如果需要,在不同層之間可以分別插入另外的增附劑層,例如NiCr層作為增附劑層O
      [0027]此外,金屬層例如銀層和/或鉬層,可以用作為擴(kuò)散阻隔層,例如用于降低或抑制載體和所述多個(gè)疊層布置的層狀結(jié)構(gòu)之間的擴(kuò)散。
      [0028]根據(jù)不同的實(shí)施方式,太陽能吸收裝置可以具有下列結(jié)構(gòu):載體,其中所述載體構(gòu)建為以下方式,即熱量可以從載體上轉(zhuǎn)移到與載體熱耦合的介質(zhì)中;至少一個(gè)施加到載體上的層狀結(jié)構(gòu),其中所述層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)建為,吸收入射的電磁輻射并將生成的熱轉(zhuǎn)移到載體上,其中所述層狀結(jié)構(gòu)含有金屬氮化物和半金屬氮化物或由金屬氮化物和半金屬氮化物組成。在此,所述金屬氮化物可以為氮化鉬或含有氮化鉬。
      [0029]根據(jù)不同的實(shí)施方式,與載體熱耦合的介質(zhì)可以用于導(dǎo)出層狀結(jié)構(gòu)所吸收的熱量。換句話說,所述太陽能吸收裝置可以構(gòu)建為所述介質(zhì)盡可能高效地被加熱。
      [0030]此外,所述半金屬氮化物可以為氮化硅或含有氮化硅。
      [0031]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述金屬氮化物可以形成層狀結(jié)構(gòu)的第一層,所述半金屬氮化物可以形成層狀結(jié)構(gòu)的第二層。在此,所述第一層和第二層可以之間相互接觸,即例如具有共同的界面。
      [0032]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述層狀結(jié)構(gòu)可以是CERMET層或類似于CERMET的層。在此,在其中包埋有陶瓷材料(例如氮化硅)的CERMET情況下可以出現(xiàn)金屬氮化物以代替金屬基質(zhì)。此外,所述金屬氮化物(例如MoN)可以包埋在陶瓷材料(例如氮化硅)中。
      [0033]根據(jù)不同的實(shí)施方式,所述載體可以是管狀的并且可以被容納在管狀載體中的介質(zhì)所通過。此外,所述管狀載體也可以被氣體流過。
      [0034]根據(jù)不同的實(shí)施方式,在載體和層狀結(jié)構(gòu)之間可以布置另外的層狀結(jié)構(gòu),例如金屬層狀結(jié)構(gòu),其中所述另外的層狀結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建為用于反射被在她所發(fā)射的熱輻射(例如作為所謂的紅外鏡面)。在此,所述另外的層狀結(jié)構(gòu)(金屬層狀結(jié)構(gòu))例如可以具有至少一個(gè)銀層。
      [0035]在所述載體由金屬組成或具有高導(dǎo)電性的情況下,所述另外的層狀結(jié)構(gòu)例如可以僅含有鉬,例如起擴(kuò)散阻隔層作用和/或作為增附劑層。此外,在此情況下,鉬層也可以留在載體上或被含有另外的材料的層作為擴(kuò)散阻隔層和/或作為增附劑層替代。
      [0036]另外,所述輻射吸收體可以在層狀結(jié)構(gòu)上或之上具有表面層狀結(jié)構(gòu),其中所述表面層狀結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建為對入射的可見光的反射比層狀結(jié)構(gòu)少。所述表面層狀結(jié)構(gòu)可以例如是粗糙層。所述表面層狀結(jié)構(gòu)例如可以是抗反射層或具有抗反射層。所述表面層狀結(jié)構(gòu)可以例如具有氮化硅層和/或所述表面層狀結(jié)構(gòu)可以例如具有氧化硅層。
      [0037]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體(太陽能吸收體)的方法可以包括以下步驟:將至少一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)施加到載體上,其中所述至少一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)建為吸收入射的電磁輻射(太陽光)并將產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到載體上,其中所述至少一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)含有金屬氮化物和半金屬氮化物或由金屬氮化物和半金屬氮化物組成。
      [0038]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體(太陽能吸收體)的方法可以包括以下步驟:將第一層施加到載體上,其中所述第一層含有鉬;在第一層上施加第二層,其中所述第二層含有氮化鉬;在第二層上施加第三層,其中所述第三層含有氮化硅;在第三層上施加第四層,其中所述第四層含有氮化鉬;在第四層上施加第五層,其中所述第五層含有氮化娃。
      [0039]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體(太陽能吸收體)的方法可以包括以下步驟:將第一層施加到載體上,其中所述第一層含有鉬;在第一層上施加第二層,其中所述第二層含有氮化硅;在第二層上施加第三層,其中所述第三層含有氮化鉬;在第三層上施加第四層,其中所述第四層含有氮化硅;在第四層上施加第五層,其中所述第五層含有氮化鉬。
      [0040]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體(太陽能吸收體)的方法另外可以包括:在第五層上施加第六層,其中所述第六層含有氧化硅。
      [0041]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體的方法另外可與包括:在施加第一層之前借助于等離子體預(yù)處理對載體進(jìn)行預(yù)處理,例如輝光照射(Glimmen)和/或加熱。
      [0042]根據(jù)不同的實(shí)施方式,重復(fù)地先后實(shí)施施加第二層和第三層和/或施加第四層和第五層。
      [0043]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體(太陽能吸收體)的方法另外可以包括:在第一層和第二層之間施加第七層,其中所述第七層含有銀。
      [0044]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體(太陽能吸收體)的方法另外可以包括:在第一層和第七層之間和/或在第七層和第二層之間施加第八層和/或第九層,其中所述第八層和/或第九層含有鎳-鉻。
      [0045]根據(jù)不同的實(shí)施方式,制備輻射吸收體的方法另外可以包括:在載體和第一層之間施
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