[发明专利]一种非真空高温太阳能选择性吸收涂层的制备技术

说明书

本发明公开了一种非真空高温太阳能选择性吸收涂层的制备技术。这种技术用于非真空高温太阳能选择性吸收涂层的制备。在已有的成熟太阳能选择性吸收涂层基础上，用多弧离子镀工艺制备Cu红外反射层和隔离层，使得涂层可以在500℃以上的非真空环境下长期工作。本发明在加工过程中要求对腔室气压、气体纯度及配比、靶材尺寸及纯度、沉积电流密度、偏压、沉积时间进行严格控制，使得制备过程中各层扩散距离小于10 nm，加工过程中成分保持稳定。本发明具有沉积效率高，对基材适应性强，产品质量稳定性高，能耗低，成本低的特点。

技术领域

本发明涉及太阳能热利用领域，具体为一种非真空高温太阳能选择性吸收涂层的制备技术。

背景技术

随着地球上的各种不可再生资源的不断消耗，资源短缺问题也逐渐被人们关注，可再生能源的利用也成为了目前的重要课题。太阳能作为可再生能源中最重要的能源，具有非常大的研究价值。太阳能集热器是将太阳能转化为热能的关键装置，其光热转换效率对降低太阳能热利用的成本具有决定性影响。而性能优异的太阳能选择性吸收涂层可以将太阳能集热器的光热转化效率提高8-10倍，因而广受关注。目前，这种涂层可以通过多种手段制备，但大多数在非真空高温条件下会由于低熔成分扩散及基体氧化而失效。为了推广这种材料的使用，降低太阳能热电站等高温太阳能应用的成本，有必要研发能阻止低熔成分扩散及基体氧化功能的太阳能选择性吸收涂层的制备技术。

发明内容

本发明为解决目前太阳能选择性吸收涂层在非真空高温下由于低熔成分扩散及基体氧化而失效的技术问题，提供一种非真空高温太阳能选择性吸收涂层的制备技术。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种非真空高温太阳能选择性吸收涂层的制备技术，采用多弧离子镀技术在工件上沉积Cu作为红外反射层，红外反射层上沉积有隔离层，隔离层上沉积太阳能选择性吸收涂层。

本发明在红外反射层上沉积隔离层，隔离层能够有效阻止低熔成分扩散及基体氧化功能，使得本发明能够在非真空高温（500℃以上）环境下长期（3个月以上）保持良好的吸收率和发射率。从理论上讲，目前光学性能最好的红外反射层是Cu金属层。但是Cu金属层在300℃以上的环境中会发生扩散。扩散的Cu元素侵入吸收层，导致吸收层成分改变，使得涂层光学性能恶化。本发明通过设计隔离层，可以有效阻止Cu的扩散，维持涂层各部分成分及性能稳定，提高涂层使用温度。考虑到太阳能选择性吸收涂层本身的要求，隔离层要求有很好的高温稳定性能（即高温下无相变，化学成分不发生变化），与红外反射层及吸收层结合紧密，对涂层反射率影响小（吸收率与发射率的比值大于6）。

进一步的，本发明采用如下步骤来实现：

（1）安装Cu靶及隔离层靶 将配套Cu靶及隔离层靶安装在多弧离子镀炉内， Cu靶及隔离层靶相对安装；

（2） 清洗工件；先用机械手段去除工件表面锈蚀及保护膜，然后用纯净水冲洗约3分钟，之后没入丙酮或无水乙醇中，通过超声震荡方式清洗约20分钟；清洗完毕后取出烘干；

（3）安装工件 将工件安装在多弧离子镀炉内样品台上，待镀面正对Cu靶；测量工件与靶材的距离；

（4） 抽真空 闭锁炉门，开启真空系统抽真空，将炉内气压维持在1×10^-2±0.005Pa；

（5） 通入工作气体 此时工作气体为Ar气，气压维持在0.5±0.05 Pa；

（6）清洗Cu靶 将偏压设定为800 V，打开偏压电源和电弧电源，清洗Cu靶2±0.05分钟，然后关闭偏压电源和电弧电源；