[发明专利]一种光热转换薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能光热应用技术领域，具体涉及一种光热转换薄膜及其制备方法。该光热转换薄膜包括基底层、连接于基底层上表面的吸收层、连接于吸收层上表面的二氧化铪层、连接于二氧化铪层上表面的介质层；其中，二氧化铪层由原子层沉积技术和微波退火技术制备而得。在本发明中，微波退火促使二氧化铪层中的原子或分子内部加速运动提供热能，从而重新重组原子排列，二氧化铪层出现结晶颗粒状态。二氧化铪层的折射率和厚度分布增加了不均匀性，使得吸收层和介质层之间的耦合或吸收层表面的介电环境不均匀性提高，使得吸收峰的宽度增加，提高了薄膜对太阳光的吸收。本发明制备简单，在太阳能光热应用中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能光热应用技术领域，具体涉及一种光热转换薄膜及其制备方法。

背景技术

太阳能光热发电是新能源利用的一个重要方向。太阳能光热发电是指利用光热转换薄膜收集太阳能量，通过换热装置提供蒸汽，应用传统汽轮发电机发电。太阳能光热发电避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，降低了太阳能发电的成本，受到广泛关注。

为提高薄膜对太阳光的吸收，研究者普遍利用特定的超表面结构，利用共振的效果增强薄膜对太阳光的吸收。例如论文Transparent absorber composed of two stackedultrathin metal films perforated with small holes(Optics Express Vol.30,No.13,22922,2022)公开了一种三明治形的金属-介质-金属结构，也就是两层薄的金属层被中间的介质层隔开，两层金属之间形成了法布里-玻罗(Fabry-Perot)腔，实现了窄带光吸收。又例如中国专利CN111308587A公布了一种可调谐多波段超窄带电磁波吸收器，该吸收器由下及上依次设有金属衬底层、介质层和超表面结构层，其中超表面结构层由周期排列的硅纳米线组成。电磁波传播到超表面结构层，产生多种模式的共振并与金属衬底层产生耦合共振，产生了多波段超窄带完美吸收。

在以“共振”为手段提高光吸收的现有技术中，吸收峰较窄，不利于在太阳能光热应用中，将太阳光充分地吸收；拓宽吸收峰的宽度，将有利于薄膜对太阳光的吸收。

发明内容

为解决以上问题，一方面，本发明提供了一种光热转换薄膜，包括基底层、连接于基底层上表面的吸收层、连接于吸收层上表面的二氧化铪层、连接于二氧化铪层上表面的介质层；其中，二氧化铪层由原子层沉积技术和微波退火技术制备而得。微波退火促使二氧化铪层中的原子或分子内部加速运动提供热能，从而重新重组原子排列，二氧化铪层出现结晶颗粒状态。二氧化铪层的折射率和厚度分布增加了不均匀性，使得吸收层和介质层之间的耦合或吸收层表面的介电环境不均匀性提高，使得吸收峰的宽度增加，提高了薄膜对太阳光的吸收。

更进一步地，二氧化铪层的厚度大于30纳米，以便于在微波退火时，二氧化铪层中形成更大尺寸的结晶颗粒，更大地破坏二氧化铪层的均匀性，加宽吸收光谱中的吸收峰，提高薄膜对太阳光的吸收。

更进一步地，二氧化铪层至少部分地为晶体结构，晶体结构中晶体具有不同的方向，使得在不同方向上具有不同的折射率，形成不均匀的介电环境，加宽吸收峰，促进对太阳光的吸收。

更进一步地，介质层为三氧化二铝或二氧化硅。

更进一步地，介质层的厚度大于200纳米。

更进一步地，基底层的材料为不锈钢。

更进一步地，吸收层的材料为贵金属、二硼化铪、硅。

另一方面，本发明还提供了一种光热转换薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在基底层上制备吸收层；

步骤2、在吸收层上制备二氧化铪层；

步骤3、在二氧化铪层上制备介质层；