[发明专利]一种阳光控制类薄膜及其制备方法

说明书

本发明提出一种阳光控制类薄膜及其制备方法，可覆于基体表面以优化基体对太阳光光谱能量的热吸收，所述薄膜以双吸收串列层为热吸收结构主体；所述双吸收串列层在光入射方向顺序设置次吸收层和主吸收层，形成折射率和消光系数逐渐增大的渐变导光结构，所述渐变导光结构对光谱能量逐级吸收并升温以加热基体；本发明兼具“耐高温”和“非真空”特色，能提高太阳能发电系统光‑热‑电转换效率，降低热发电成本。

技术领域

本发明涉及太阳能光热发电技术领域，具体为一种阳光控制类薄膜及其制备方法。

背景技术

太阳能聚光热发电（Concentrating Solar Power，简称CSP）是通过反射镜聚焦的方式将低能量密度的太阳辐射能聚集起来加热工质，产生高温高压工质蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电的技术。我国现已掌握高热流密度下传热、蓄热、太阳能热电转换、高精度高反射率反射镜、高精度双轴跟踪控制系统等一系列太阳能聚光热发电技术，但在一些核心技术上仍有待突破，如高效率高温稳定的光热转换材料的制备技术。槽式太阳能聚光热发电是技术最为成熟、应用最广泛的太阳能热发电形式，但其核心部件真空集热管表面吸热涂层要求在真空条件下工作，目前金属-玻璃真空封接材料、工艺始终难以满足长久耐候性要求，尤其是日照长的地区，昼夜温差大，封接材料、结构的膨胀差异极易导致真空泄露甚至爆管失效，维护成本大。因此，本发明开发了一种非真空、可直接暴露于大气环境下工作的中高温选择性吸收涂层，有望逾越封接技术难题，同时具有良好的免维护特性，提高集热管使用寿命，降低集热管制造成本。

发明内容

本发明提出一种阳光控制类薄膜及其制备方法，兼具“耐高温”和“非真空”特色，可以使光热薄膜摒弃对真空玻璃管的依赖，直接暴露于大气环境工作，难以解决的玻璃管与金属管真空封接的技术问题也迎刃而解，爆管风险降为零，集热管的制造成本及高昂的后期维护成本将大幅度降低，能提高太阳能发电系统光-热-电转换效率，降低热发电成本。

本发明采用以下技术方案。

一种阳光控制类薄膜，可覆于基体表面以优化基体对太阳光光谱能量的热吸收，所述薄膜以双吸收串列层为热吸收结构主体；所述双吸收串列层在光入射方向顺序设置次吸收层和主吸收层，形成折射率和消光系数逐渐增大的渐变导光结构，所述渐变导光结构对光谱能量逐级吸收并升温以加热基体。

所述次吸收层为Mo-TiAlON层、主吸收层为Mo-TiAlN层；次吸收层的顶面覆有减反射层，主吸收层的底面覆有基体接触的红外反射层；所述双吸收串列层从紧邻减反射层的一侧到紧邻红外反射层的一侧，先以零为起点，其组成材料组分氧O含量逐渐增加，形成组分从TiAlN到TiAlON渐变的次吸收层，再以零为起点，其组成材料组分中铝Al含量逐渐增加，形成组分从TiN到TiAlN渐变的主吸收层。

所述减反射层为高透光性的Al₂O₃层；所述红外反射层为用于反射基体长波热红外幅射的纯金属Ti层；所述次吸收层为低金属含量的Mo-TiAlON层；所述主吸收层为高金属含量的Mo-TiAlN层；所述次吸收层与主吸收层之间采用无成分突变的高温性能稳定结构。

所述双吸收串列层内以预填充所需体积份数的金属Mo粒子形成的金属-陶瓷复合材料吸收层；所述金属Mo粒子以表面等离子体基元共振效应在可见光光谱范围内产生强吸收，以增强双吸收串列层对太阳辐射的主要能量区域的光谱吸收率；

在次吸收层中朝向减反射层的方向上，次吸收层中O含量增加的同时Mo含量逐渐减少至零，以提高高温界面稳定性并减少界面处的光反射强度。

所述基体为太阳能聚光发电装置的集热管；所述薄膜为耐高温非真空的太阳光谱选择性吸收薄膜，其红外反射层覆于集热管表面。

所述薄膜为薄膜介质材料由表及里分别为Al₂O₃、TiAlON、TiAlN、TiN，外层为氧化物，内层为氮氧化物、氮化物。