[发明专利]一种太阳能光热转换集热器透明热镜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳能光热转换集热器透明热镜及其制备方法，该透明热镜包括GLASS/D1/ITO/D2或Porous‑SiO2/GLASS/D1/ITO/D2/Porous‑SiO2或GLASS/ITO/D2/D1膜系结构。本发明中ITO膜不仅仅是红外热反射功能层，而且将其与高低折射率的减反膜系从光学设计上进行搭配，使其光谱选择性优于单层透明热镜，太阳光谱（300‑2500nm）透过率比相同透明基底、相同工艺条件下制备的辐射率相同的单层TCO膜透明热镜提高10%。

技术领域：

本发明属于太阳能光热利用中纳米薄膜材料领域，涉及一种用作太阳能集热器的透明热镜的结构、其镀膜材料及其制备方法。

技术背景：

太阳能是最重要的可再生能源之一。利用太阳能的途径主要包括光热与光电两种形式。太阳能集热器是光热利用中的关键部件，其基本工作原理参见图4。太阳光照射到置于太阳能集热器内的表面涂有光吸收材料的吸热体上，其中大部分被吸收，转化为热能由传热介质输出利用；而与此同时，处在工作温度的吸热体也通过传导、对流和辐射等方式向四周散热而产生热能损耗。因此，在集热器表面加盖透明盖板，减少吸热体的对流和辐射热损失，可以有效提高集热器光热转换效率。

集热器的透明盖板材料可以使用玻璃和透明热镜。玻璃在太阳光波段具有80%以上的透过率，但在红外波段辐射率（等于吸收率）高于80%，因此玻璃对红外热辐射的反射率低于20%，不具备屏蔽吸热体热辐射的能力。透明热镜可通过在玻璃上沉积透明导电氧化物薄膜，如铟锡氧化物薄膜ITO（In2O3:Sn）制成。ITO是一种宽禁带（直接禁带宽度约3.88eV，对应光吸收截止波长320nm）的半导体材料，在大部分太阳光波段，由于电场频率较高，载流子不能与电场变化保持同步，对光子吸收小，具有较高透过率；而在热辐射的红外波段，高电导率导致穿透深度较小，所以薄膜对光表现出类似金属的高反射性，使吸热体的热辐射无法通过，镀膜面的辐射率也因此而降低。由于吸热体的热辐射与其工作温度的4次方成正比，吸热体的工作温度越高，吸热体表面的辐射散热就越多，理论上采用透明热镜降低辐射热损失的效果就越好。然而，因为透明热镜的透明导电氧化物薄膜对太阳光谱仍有吸收，且与其膜厚（与辐射率成反比）相关，单层透明导电氧化物薄膜制成的透明热镜将损失部分太阳光透过率。可见，透明热镜的设计需解决太阳光透过率和辐射率之间的矛盾。

发明内容：

本发明的目的在于解决透明热镜太阳光透过率和辐射率之间的矛盾，在给定透明热镜辐射率条件下，提供一种基于ITO的多层薄膜透明热镜结构即高效太阳能光热转换集热器透明热镜，以增加太阳光透过率，提高集热器的光热转换效率。

本发明提供的太阳能光热转换集热器透明热镜，包括玻璃基板(GLASS)和半导体透明导电薄膜ITO，还包括置于ITO膜之前的介质层D1、和置于ITO膜之后的介质层D2。其中：

所述介质层D1厚度5nm-300nm，材料是以下两种之一：

介质层D1是单层介质薄膜，折射率ND1介于ITO膜材料折射率NITO和玻璃基板折射率Nglass之间，即Nglass＜ND1＜NITO，D1优选为Al2O3，也可采用Y2O3等折射率在1.5-2.0之间的氧化物；D1与玻璃基板之间的结合及制备方法为化学反应或非化学反应磁控溅射；