[发明专利]一种具有复合吸收机制的太阳能吸收体系及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有复合吸收机制的太阳能吸收体系及其制备方法，解决了现有技术中没有能够有效实现多重复合吸收机制的吸收材料的问题。本发明包括基底层和镀制在基底层上的石墨烯掺杂的SiO₂溶胶；所述基底层为高温氧化后的不锈钢板；所述石墨烯掺杂的SiO₂溶胶的原料组成包括：硅酸酯、乙醇、酸、去离子水、石墨烯。本发明结合了本征吸收、光陷阱吸收及非晶相碳缺陷吸收等多种吸收机制，具有更高的选择性吸收系数，性能优良。

技术领域

本发明涉及一种太阳能吸收体系，具体涉及一种具有复合吸收机制的太阳能吸收体系及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种清洁的可再生能源，有着巨大的开发潜力，在环境污染、资源紧缺的当今社会受到人们的广泛关注。太阳能热转化技术作为太阳能利用的重要途径之一，有着可利用光谱更宽(300-2500nm)，适用性强，工作温度分布广(60℃-1000℃)等优势。然而，目前由于受到制造成本高、能耗高以及光热转换效率低等方面的制约，研制高选择性吸收比的材料仍是该研究领域亟待攻克的重难点。

地球表面受到的不同波长的太阳能辐射强度并非是均匀的，且受到季节、纬度、地形及气候等多种因素的影响。由图1太阳能辐射强度分布曲线，我们可以看出，太阳能辐射主要分布在300-2500nm波段，其中高辐射区大约在300-800nm波段，而当波长超过2500nm时，材料自身的热辐射损失会比较严重，能量损耗显著。鉴于这一客观现象，为提高太阳能的光热转化效率，要求太阳能选择性吸收材料必须在300-2500nm区域具有高的吸收率α(式1)；而在波长大于2500nm的区域具有低的发射率ε(式2)。

其中，R_λ为材料表面的反射率；I_sλ为太阳能在某一波长的辐射强度，本文以AM1.5(ISO,ASTMG179-03)为标准光谱；I_Bλ为在某一温度下，理想黑体物质在某一波长的普朗克黑体辐射功率。

现有技术中没有能够有效实现多重复合吸收机制的吸收材料，选择性系数较低，不能有效应用到多种太阳能热利用装置中。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中没有能够有效实现多重复合吸收机制的吸收材料的问题，提供一种具有复合吸收机制的太阳能吸收体系及其制备方法，其具有高的选择性系数，可应用于多种太阳能热利用装置中。

本发明通过下述技术方案实现：

一种具有复合吸收机制的太阳能吸收体系，包括基底层和镀制在基底层上的石墨烯掺杂的SiO₂溶胶；

所述基底层为高温氧化后的不锈钢板；

所述石墨烯掺杂的SiO₂溶胶的原料组成包括：硅酸酯、乙醇、酸、去离子水、石墨烯。

本发明在高温氧化后呈亚波长结构的不锈钢表面镀制石墨烯掺杂的SiO₂溶胶，该石墨烯掺杂的SiO₂溶胶以SiO₂作为凝胶涂层的骨架，掺杂石墨烯，在有效降低亚波长结构的粗糙程度的同时，又保留了其“光陷阱”的作用以及Fe₂O₃的本征吸收作用，达到同时提高材料表面的吸收率α、降低发射率ε的效果，使得选择性系数S(S＝α/ε)有较为显著的增大，并最终达到更加高效利用太阳能热的目的，在太阳能热发电领域具有较大的应用潜力。

本发明结合了本征吸收、光陷阱吸收及非晶相碳缺陷吸收等多种吸收机制，具有更高的选择性吸收系数，性能优良。

进一步，按重量份计，所述石墨烯掺杂的SiO₂溶胶的原料组成包括：