[发明专利]利用多重光子异质结构界面的太阳能选择性吸收材料

说明书

本发明公开了一种利用多重光子异质结构界面的太阳能选择性吸收材料，其异质膜系结构为：A[T₁A]ⁿT₂[BC]^mT₃[DE]^k，包括：①干涉吸收层结构A[T₁A]ⁿ，②可见光调控膜层结构[BC]^m，③红外调控膜层[DE]^k，④异质结构界面吸收层T₂、T₃；其中，A、B、C、D、E均为电介质层，膜层排列周期系数m、n、k取值≥2的整数。本发明通过特殊的光子异质电介质人造结构复合材料，利用多重光子晶体异质结构界面的局域态与光子禁带效应，以达到控制不同波长区段的光波在材料结构内的传播状态，使其对0.3～2μm的可见光‑近红外波长区段具有高吸收率，却在≥2.5μm的中远红外区域具有高反射特性，兼顾了太阳辐射能量的高效吸收与红外热辐射的低发射损耗，便于提高太阳能的光‑热转换效率。

技术领域

本发明涉及一种利用多重光子异质结构界面的太阳能高效选择性吸收材料，属于太阳能选择性吸收材料技术领域。

背景技术

人类文明的进步发展与能源紧密相联，无法分割。当前世界的能源消耗量已远远超过6000千兆瓦，不可再生的化石能源已经面临严重危机。太阳能作为清洁、可再生新能源，是解决当前全球能源危机与生态失衡的最有效途径。太阳能量是由热核聚变反应而产生的，以电磁辐射的方式给地球带来“取之不尽，用之不竭”的光热。集热器是光—热转换过程中的一个重要元件，而集热器的太阳能吸收表面材料决定了光热转换效率。因此，开发高性能、高稳定性、长寿命等优势的太阳光谱选择性吸收薄膜材料一直是相关领域科研工作者的热点方向。

目前太阳能选择性吸收薄膜结构主要可分为本征吸收、电介质-金属复合、电介质金属干涉、多层渐变、表面微结构等型式。太阳能选择性吸收薄膜材料已由最初的黑镍涂层，陆续发展成Ag/SiO₂、TiAlSiN/TiAlSiON/SiO₂、TiAlN/TiAlON/Si₃N₄、NbAlN/NbAlON/Si₃N₄、TiAlN/CrAlON/Si₃N₄、TiAlN/AlON、Ge/A1₂O₃、AlN_xO_y/Al₂O₃、Si/SiC、PbS/TiO₂、CuO/TiO₂等多样化的复合材料涂层体系。然而，当前的一些太阳能选择性吸收薄膜结构与材料尚存在吸收效率低、耐高温性差、光热转换效率低等局限性。太阳能吸收薄膜即会吸收并贮存太阳能量，但也会发生红外热辐射而散耗掉能量。因为太阳辐射能量主要集中于0.3～2μm的可见光-近红外波长区段，而物体表面红外辐射主要集中于2.5～50μm的中远红外波长区段。因此，太阳能吸收薄膜应该具备选择性吸收功能，即在可见光-近红外波长区段有高吸收率，但在中远红外波段却有高反射率，由此避免吸收的短波能量被以长波的红外辐射形式散失掉。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种利用多重光子异质结构界面的太阳能选择性吸收材料。本发明利用多重光子晶体异质结构之间的界面局域、光子禁带、薄膜干涉等特性，达到协同控制材料在不同波段区间的吸收、反射、透射等光谱特性，使其对0.3～2μm的可见光-近红外波长区段具有高吸收率，却在≥2.5μm的中远红外区域具有高反射特性，便于提高太阳能的光-热转换效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：