[发明专利]高温度辐射选择性涂层及相关设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月13日提交的美国临时申请No.61/779,773的权益，通过引用方式将其全部内容并入本文中。

技术领域

概括而言，本公开涉及太阳能选择性涂层，并且更具体而言，涉及用在太阳能塔系统的组件中的太阳能选择性涂层。

发明内容

本公开涉及一种具有波长选择性涂层的太阳能接收器，该波长选择性涂层包括：第一扩散阻挡层、金属红外线（IR）反射层、太阳能吸收层、抗反射层和/或硬涂层保护层。

以高太阳能吸收系数和低热发射为特征的选择性吸收器涂层可以用在太阳能热能应用中，以将所捕获的太阳能辐射转变为可用热量。可以使用基于CERME（陶瓷/金属混合物）的薄层系统。可以通过气相沉积或者溅射来产生这种分层系统。

从基板表面开始并且向涂层的外部发展的层系统可以包括下列层中的任何一种：金属IR反射层、太阳能吸收层、抗反射层和硬涂层保护层。金属IR反射层可以包括在红外线范围中具有高反射性的金属，例如，贵金属或者难熔金属硅化物。太阳能吸收层可以包括CERMET。该CERMET可以包括金属，例如，铂、镍、钯、钨、铬或者钼，该金属嵌入在氧化物（例如，A1₂O₃或者SiO₃）中。抗反射层可以包括纯氧化物，例如SiO₂或A1₂O₃。

此外，太阳能选择涂层可以包括粘接层，以提供涂层到基板的良好粘接。在一些实施例中，基板可以包括碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢或超合金。

大于600℃的操作温度可以加速吸收层之内的扩散过程并且穿过太阳能选择性涂层的多个层。这些扩散过程对整个系统的性能起负面作用。在极其高的温度处，来自基板的元素可以扩散到吸收器涂层中，这可以引起该层特性的改变。例如，铁、锰、钼、铬或镍可以扩散到该层系统中。

在所公开主题的实施例中，提供了更加高效的选择性涂层，其将相对高的太阳能吸收率（例如，大于大约0.96）和相对低的热发射率（例如，在700℃时小于大约0.07）相结合，并且理想地在户外条件下热稳定的在600℃之上，这可以在大约600℃或者更高的操作温度下允许太阳能场操作效率的增加。

一些实施例涉及太阳能选择性涂层，该太阳能选择性涂层可以依次包括下列涂层：第一扩散阻挡层，其包括至少一种扩散阻挡材料；金属IR反射层；太阳能吸收层；以及抗反射层。在一个或多个实施例中，太阳能选择性涂层可以在至少600℃的长期操作温度处针对AM1.5光谱具有至少95%的吸收率。太阳能吸收层可以具有大约80nm到120nm之间的厚度。扩散阻挡材料可以包括选自SiO_x、SiN、TiO₂、TiO_x、金属/AlO_x CERMET和金属/SiO_x CERMET中的至少一种。太阳能选择性涂层还可以包括与第一扩散阻挡层相邻的第二扩散阻挡层。第一扩散阻挡层和第二扩散阻挡层中的一个可以包括选自SiO_x、SiN、TiO₂、TiO_x中的至少一种，而第一扩散阻挡层和第二扩散阻挡层中的另一个可以包括选自金属/AlO_x CERMET和金属/SiO_x CERMET中的至少一种。

在一些实施例中，太阳能选择性涂层还可以包括基板的自然氧化层。基板包括碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢或超合金中的至少一种。

IR反射层可以包括贵金属和难熔金属硅化物中的至少一种。太阳能吸收层可以为CERMET层。CERMET层的陶瓷部分可以包括氧化铝或氧化硅中的至少一种，并且CERMET层的金属部分可以包括铂、镍、钯、钨、铬或者钼中的至少一种。在一些实施例中，太阳能选择性涂层还可以包括在IR反射层和太阳能吸收层之间的第三扩散阻挡层。第三扩散阻挡层可以包括选自SiO_x、SiN、TiO₂、TiO_x中的至少一种。太阳能选择性涂层还可以包括硬涂层保护层。在一些实施例中，太阳能吸收层是厚硬涂层保护层，并且太阳能吸收层可以具有大于120nm的厚度。