[发明专利]一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，公开了一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能选择性吸收涂层主要由三部分组成：最靠近基材的是红外高反射金属层，向外依次为吸收层和减反层，金属层选用良导电性金属材料如铝、铜、银等金属。吸收层由若干层金属-介质复合材料薄膜组成，为纳米级金属粒子均布在介质材料中，其光学特性可以控制在金属和介质的中间状态，靠近金属底层的吸收层亚层具有高的折射率和消光系数，随着各吸收亚层中金属含量的降低，其折射率和消光系数也逐渐减小。减反层采用低折射率和低消光系数材料，尽可能减小对光的反射，获得优良的选择性吸收性能。因此，制备一种优良的选择性吸收涂层关键在于选择具有较佳的太阳光谱选择性的材料。

发明专利CN1056159A描述了一种AlN_xO_y选择性吸收涂层，以单靶铝为阴极，通过调整N₂和O₂混合气体流量来改变薄膜材料中Al的含量，该涂层太阳吸收比α＝0.90～0.94，ε＝0.07～0.12。该涂层用Al作为吸收层中的金属成分，因Al原子容易迁移和发生化学反应，造成吸收层组分变化，涂层光学性能发生衰变，仅能在真空环境中使用。

发明专利CN1360084A涉及到一种太阳光谱选择性吸收涂层，该涂层是在N₂+O₂气氛中溅射而成的铝氮氧+钛氮氧-铝钛，减反层为铝氮氧+钛氮氧膜。钛靶与铝靶作为其溅射用靶材。

DE3522427A1涉及到一种太阳能选择性吸收涂层，该涂层是利用磁控溅射技术制备钛氮氧TiNO薄膜材料，通过调控N₂和O₂的流量来调节薄膜中金属含量，从而得到不同的电学、物化性能，可适用于不同用途。该发明专利中选用金属钛制备吸收涂层中的金属，成本相对较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种太阳能选择性吸收涂层及制备方法，本发明之涂层在制备工艺方面易于实现且调控简单，适用于中低温度环境条件下的真空或者空气中，涂层性能稳定。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种太阳能选择性吸收涂层，依次主要由红外高反射金属层、扩散阻挡层、吸收层、减反射层组成，所述吸收层由金属-介质复合材料薄膜构成，所述金属-介质复合材料薄膜用式表示为SS-O_x-AlN_yO_z，所述金属-介质复合材料薄膜表由金属SS分子团、SS与O结合形成的少量氧化物、及介质AlN_yO_z组成。

所述的减反射层介质材料薄膜用式表示为AlN_iO_j。

所述金属-介质复合材料中各物质的摩尔百分含量为：Al为22～35摩尔％，N为15～33摩尔％，O为16～55摩尔％，Fe为6～16摩尔％，Cr为1～4摩尔％，其余为Ni及杂质成分。

所述的扩散阻挡层的材料可以任意选择，如Al或AlN，用于阻止红外高反射层金属与吸收层之间金属原子相互扩散和迁移，优选厚度为20～25nm。

所述的红外高反射金属层采用具有较低发射比ε的金属薄膜材料，如铝、铜、银等，其厚度为100～300nm。

所述的介质材料薄膜AlN_iO_j中各物质的摩尔百分含量为：Al为48～55摩尔％，N为6～20摩尔％，O为25～41摩尔％。

所述的减反射层介质材料薄膜AlNiOj的厚度为40～80nm。

所述的吸收层是由2～4个不同金属含量的吸收层亚层组成，所述吸收层的厚度为70～160nm。

所述金属-介质复合材料的金属材料制备所需靶材为不锈钢靶材。优选为奥氏体不锈钢靶材。例如1Cr18Ni9Ti，其主要成分及重量百分比分别为Cr≤17％～19％，Ni≤8.0％～11.0％，C≤0.12％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.035％，S≤0.030％，其余为Fe和偶存成分。

本发明提供的另一个技术方案是制备太阳能选择性吸收涂层的方法，包括以下步骤：

(1)在基材上沉积红外高反射金属层：基材为玻璃或经抛光处理的金属表面；

(2)沉积扩散阻挡层：如Al或AlN；