[发明专利]光热转换涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光热转换涂层及其制备方法，涂层包括基底上按照由下至上的顺序依次设置的扩散阻挡层、复合吸收层和减反射层；所述基底为具有红外反射功能的基底，扩散阻挡层为金属碳化物层，复合吸收层为金属掺杂的氢化类金刚石复合层a‑C:H/Me，减反射层为氢化类金刚石层。本发明的光热转换涂层太阳吸收比大于0.93，发射率在0.06～0.08之间，具有优异的光学性能。此外，涂层耐候性强，适用于平板集热器，并且涂层可在高温真空环境下使用。

技术领域

本发明涉及太阳能集热器领域，具体涉及一种太阳能集热器用的耐高温光热转换涂层及其制备方法。

背景技术

光热转换涂层用于吸收入射的太阳辐射，并将其转换为热能。随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热器的应用范围从低温应用（＜100℃）向中温应用（100～400℃）和高温应用（＞400℃）发展，以满足海水淡化、太阳能发电等中高温应用领域的要求。但是对于太阳能集热器而言，工作温度越高，对光热转化涂层或者说选择性吸收涂层的热稳定性要求越高。随着温度的升高，涂层往往存在吸收率降低、辐射量升高的问题，影响涂层的使用温度和寿命。

国内之前应用较广的是中国专利CN85100142公开的渐变Al-N/Al涂层，该涂层的优点是采用一种靶材便能制备光热转换涂层，使溅射系统结构简化，溅射效率提高，生产周期短，成本较低。但是当工作温度较高时，涂层中的铝活性增强，金属粒子和介质的热扩散作用增强，涂层结构界面不清晰，光吸收性能下降。此外，由于减反射层AlN的耐腐蚀性能较差，因此渐变Al-N/Al涂层不适合用于平板集热器。

具有两层吸收层的干涉膜系结构相比渐变涂层具有更优异的光学性能，干涉膜系结构的两层之间由于金属含量的不同而产生干涉作用，耐高温性能也较渐变涂层有较大提高，但由于普遍采用的Al-AlN以及SS-AlN金属介质复合涂层中金属填充的熔点较低，热扩散作用影响较大，此外该涂层的耐候性较差，也不适合用于平板集热器。

目前认为性能优异的光热转换涂层应当包括红外反射层、扩散阻挡层、复合吸收层和减反射层：红外反射层的主要作用是降低涂层的红外发射率；扩散阻挡层的主要作用是阻挡涂层各层的互扩散以及金属基底向涂层内部扩散，提高涂层的使用寿命；复合吸收层的主要作用是吸收太阳辐射；减反射层的主要作用是减少表面对入射太阳光的反射，提高表面的光吸收性能。

例如中国专利文献CN 102620456A（申请号 201210098042.4）公开了一种中低温太阳能选择吸收薄膜及其制备方法，该薄膜主要包括依次沉积在具有红外反射功能的衬底上的扩散阻挡层、吸收层和减反射层；或者主要包括依次沉积在衬底上的红外反射层、扩散阻挡层、吸收层和减反射层。所述的具有红外反射功能的衬底的材料为Cu；所述的红外反射层的成分为Cu、Mo或Ag；所述的扩散阻挡层的成分为铬-氮复合成分；所述的吸收层由铬单质-氧化铬多元相、铬单质-氮氧化铬多元相中的一种或两种组成；所述的减反射层为SiO₂陶瓷薄膜。该薄膜适用于中低温太阳能集热板芯领域，在278℃以下的中低温大气环境中可长期使用，并不能满足278℃以上的应用要求。