[发明专利]抗氧化性太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可吸收太阳光，应用在太阳能光热利用领域的抗氧化性太阳光谱选择性吸收涂层；本发明还涉及前述选择性吸收涂层及其制备方法。 

背景技术

目前，中国光热产业发展极快，特别是其核心的太阳能能真空集热管已经达到年产过亿支的规模，年新增集热面积达到千万平方米以上，而真空集热管的保有量更是达到近3亿平方米。这些集热元件均使用的是全玻璃太阳能真空集热管，如专利号为：ZL85100142,专利名称为：溅射太阳能选择性吸收涂层专利中提及的Al-AlN单靶涂层，和专利号为：ZL96102331.7,专利名称为：太阳能选择性吸收表面涂层及其形成方法，中提及的Cu-不锈钢-AlN的三靶涂层。这类涂层有着高的吸收比，低的发射比，一般吸收比大于90%，发射比不大于0.1，其制成的全玻璃真空集热管带有真空夹层，吸收的热量不易散失，集热效率高，热量损失少，得到了广泛应用。 

真空集热管的产品在国内的市场占有率超过90%，平板集热器并未成为国内市场的主流产品，这和国内的太阳能光热厂商一致没有掌握平板上使用的抗氧化性涂层制备工艺有关。上述真空集热管中使用的光热选择性吸收涂层的最主要的缺点在于其膜层不具有抗氧化性，只能在真空条件下使用，当有由于真空除气不完全，长时间空晒引起玻璃和膜层放气，真空管破损等情况导致真空度减弱或者丧失时，目前真空集热管使用的膜层很快氧化变质，发白变淡，失去了选择性太阳光谱吸收作用，不再具有集热功能。 

对于平板集热器，目前国内主要使用阳极氧化类、电镀黑铬类甚至高分子基喷涂类涂层，这类涂层为湿法工艺制备，其制备过程或多或少都会产生废液等环境污染问题，且其在制备的光热转换膜层并不能有效的降低发射比。如对于俗称蓝膜的德国产光热选择性吸收涂层，TiNOx公司采用PVD技术制备出的光热选择性吸收涂层吸收比能够≥0.95，发射比低≤0.06。因此可以看出使用磁控溅射镀膜、电子束蒸发等干法镀膜技术制备出的光热转换涂层具有极好的选择性吸收性，且性能稳定，过程环保。 

现有的专利中有提出在表层覆盖一层物质，如专利号为：200720103295.0的专利中提出，在大气条件下耐候性极差的Al-AlN、Cu-不锈钢-AlN涂层上涂覆一层高透光高耐候性的保护膜层（如有机硅树脂、环氧树脂等），从而使上述涂层能够长期有效的在大气条件下稳定工作。 

根据这种防护思路，研究人员还在常见的膜层结构中添加功能防护层，从而增强现有光热选择性吸收涂层体系在大气的高温环境下的抗氧化。如公开号为CN102122006的专利中分别在基材与红外反射层间、红外反射层和吸收层间、吸收层和减反层间分别直流、射频或者中频磁控溅射沉积以了一层几十纳米厚的TiAlN扩散阻挡层，以阻止各层在较高温度下的互扩散，提高膜层的使用温度。但该种方法需要使用昂贵的Ti或者TiAl靶，制备成本高，工艺复杂。 

公开号为CN101294749的专利中也提到在基材和红外反射层上通过300-800℃大气条件下的高温烘烤制备氧化物过渡层，再在过渡层上使用磁控溅射沉积方法制备Al₂O₃、AlN、SiO₂做粘附层，还会在红外反射层和吸收层间添加20-100nm厚AlN或SiO₂做阻挡层，从而使膜层能够在300-500℃的大气条件下稳定工作，但该方法中使用磁控溅射反应生成的Al₂O₃、SiO₂沉积速率极慢，实际应用中必须使用昂贵的射频电源设备。 

公开号为CN101408354的专利中也提到在基材和红外反射层间使用溅射沉积方法制备薄层TiN、TiC、TiCN作为第一阻热扩散层，而在红外反射层和吸收层间溅射沉积TiN和Ti作为第二阻热扩散层。因其所用阻热层材料熔点高，抗氧化性强，因此能够保证膜层的高温稳定性。但同样存在Ti靶成本较高的问题。公开号为CN102278833的专利中提到使用溅射沉积薄层AlN作为粘结层和扩散阻挡层的方法，以提高膜层的高温稳定性。 

专利PCT/CN2007/000668中提到使用铁铬合金和非金属混合气体（优选氮氧混合气体）制备吸收层，但多种气体混合使用，导致工艺控制参数过多，工艺调整复杂，不易调整得到稳定光学常数的特定涂层。 

发明内容