[发明专利]中高温太阳能选择性吸收镀层的膜系结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中高温太阳能选择性吸收镀层的膜系结构及其制备方法，属于太阳能热利用技术。

背景技术

所述中高温太阳能选择性吸收镀层，是太阳能中高温应用的关键技术。优良的中高温太阳能选择性吸收层要求满足≥200℃温度下，镀层长期循环利用，并保持良好的光学吸收性能，低发射性能和良好的耐候性能。

有鉴于此，中高温选择性吸收镀层，相对于低温吸收镀层而言，不仅要考虑材料的高吸收率和低发射率，而且更要考虑镀层在高温下的稳定性。基于镀层材料的热物性，光学性能及其实用性要求，目前已有技术的中高温吸收镀层，主要集中在金属陶瓷吸收镀层和半导体光干涉镀层的研究开发上面。

然而，近年来基于W/Mo/AlN与W/Mo/Al₂O₃的太阳能中高温选择性金属陶瓷吸收镀层，尽管已经取得重大进展，但普遍存在高温下吸收率下降，镀层氧化和开裂脱落等问题。

而跻身于目前最高技术领域的半导体金属光干涉镀层，于2007年由Barxhilia·C等，采用直流磁控溅射反应法，把TiAlN/TiAlON/SiN，分别

制成由主吸收镀层，半吸收镀层和抗反射镀层组成的选择性吸收镀层的膜系结构，能在高温条件下呈现比较好的综合性能。但是其制备设备及工艺复杂，而且这些镀层都存在各自的诸多不足，也不适宜于大工业生产。且其膜系与基底间的结合强度差，表面抗反射层对抗大气环境能力不强，是这种选择性吸收镀层的主要不足。

发明内容

本发明的目的在于，采用半导体金属光干涉镀层的膜系结构，工艺合理稳定，设备相对易于满足，制得镀层在200℃以上的中高温区域有良好的热稳定性，膜系层不易开裂脱落，适应大气环境能力强，适合大工业化生产的中高温太阳能选择性吸收层的膜系结构及其制备方法，以满足中高温太阳能空调及热发电和平板型集热器集热板芯的需求。

本发明实现其目的的技术构想：一是采用半导体金属光干涉镀层及膜系结构；二是采用人们业已掌握的成熟的真空磁控溅射技术及设备，实施在基底表面的镀膜，以适合大工业化生产；三是采用化学处理和线性离子源离子刻蚀法，在基底表面实施重构而形成高低参差不齐的微结构，能有效增大基底比表面积而提高吸收率，并能增强膜系结构与基底的结合强度，以避免开裂脱落；四是将膜系结构最外表面的减反射膜层，由已有的1层增加到2层，谋求其进一步降低发射率，和提升抵御恶劣自然环境的能力，以有效提高其工作稳定性和使用寿命，从而实现其所需实现的目的。

基于上述技术构想，本发明实现其第一个目的的技术方案是：

一种中高温太阳能选择性吸收镀层的膜系结构，包括基底，在基底的一表面有与基底互为一体的离子刻蚀层，在离子刻蚀层的表面，由内之外依次有铝红外反射膜层，氮化钛热扩散阻挡膜层，高金属含量的氮氧化钛选择性吸收膜层，低金属含量的氮氧化钛选择性吸收膜层，四氮化三硅减反射膜层，和二氧化硅减反射膜层。

由以上所给出的技术方案，结合其实现目的的技术构想可以明白，本发明由于其基底表面粗糙层和2层抗反射层膜的存在，从而实现了其所需实现的目的。

在上述技术方案中，本发明还主张，所述的基底，是不锈钢或铜或铝金属基底，或者是玻璃基底。但不局限于此。

在上述技术方案中，本发明还主张，所述铝红外反射膜层的厚度在85~95nm范围内，氮化钛热扩散阻挡膜层的厚度在15~25nm范围内，高金属含量的氮氧化钛选择性吸收膜层的厚度在55~65nm范围内，低金属含量的氮氧化钛选择性吸收膜层的厚度在50~60nm范围内，四氮化三硅减反射膜层的厚度在60~70nm范围内，二氧化硅减反射膜层的厚度在85~95nm范围内。但不局限于此。

以上所述的基底材料和各膜层的厚度，是可以根据实际需要和实用技术性能要求，而进行适应性改变的。

在上述技术方案中，所述高金属含量氮氧化钛选择性吸收膜层或称氮氧化钛高填充因子选择性吸收膜层，其金属钛的含量占所述膜层总量在50~75wt％范围内；而所述低金属含量的氮氧化钛选择性吸收膜层或称氮氧化钛低填充因子选择性吸收膜层，其金属钛的含量占所述膜层总量在25~40wt％范围内。

本发明实现其第二个目的的技术方案是；

一种制备如以上所述的基底是金属基底的中高温太阳能选择性吸收镀层膜系结构的方法，以金属基底为出发料，以中频真空磁控溅射镀膜机为加工设备，其制备方法的步骤依次是：

一，金属基底的前处理：