專利名稱：一種太陽能選擇性吸收涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種選擇性吸收涂層，尤其是太陽能選擇性吸收涂層。
背景技術(shù)：
選擇性吸收層是光吸收體系中用于吸收光能的核心功能部分，通常用于太陽能集熱元件或太陽能選擇性吸收涂層體系中。由于制備工藝的要求，相對于制備過程中反應(yīng)氣體流量的較為明顯的變化，吸收層的光學(xué)常數(shù)n、k值的變化必須平緩，以便通過調(diào)控生產(chǎn)設(shè)備中的反應(yīng)氣體流量的變化能夠精確制備出具有均一光學(xué)常數(shù)的吸收層。多年來，人們不斷嘗試著將不同金屬或合金與不同反應(yīng)氣體進(jìn)行組合以尋求制備工藝操作方面易于調(diào)控且優(yōu)選具有良好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性的吸收層材料。反應(yīng)氣體通常 采用氧氣、氮氣、氨氣、一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)錃怏w等或它們的組合。不同金屬與不同反應(yīng)氣體產(chǎn)生大量的組合可能性，由于對于實踐中成功的吸收層材料的組成及其相關(guān)原理缺乏理論解釋，本領(lǐng)域在尋找新的吸收層材料的過程中進(jìn)行著隨機(jī)的篩選。因此，制備一種優(yōu)良的選擇性吸收涂層關(guān)鍵在于選擇具有較佳的太陽光譜選擇性的材料和制備工藝，現(xiàn)行涂層多選擇鋁作為濺射陰極，與氮氣進(jìn)行反應(yīng)生成漸變膜形式的薄膜，這種薄膜適宜于低溫真空使用，抗烘烤性差；采用干涉膜制備的薄膜的抗烘烤性優(yōu)于漸變膜制備的薄膜，但制備時要求對各層的光學(xué)常數(shù)、厚度等進(jìn)行精確控制，制備工藝復(fù)雜并且所涉及的材料相對昂貴。

實用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本實用新型的目的在于提供一種太陽能選擇性吸收涂層，該種涂層抗烘烤性能強(qiáng)，可在中溫真空使用，物理化學(xué)性能可靠，且制備工藝容易控制，生產(chǎn)成本低。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案該太陽能選擇性吸收涂層，包括沿遠(yuǎn)離玻璃基材的方向依次設(shè)置的由Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層、Cu薄膜紅外發(fā)射層、SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層、Al薄膜減反層；所述Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層的厚度為5 20nm ；所述Cu薄膜紅外發(fā)射層厚度為25 40nm ；所述SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層由沿著遠(yuǎn)離玻璃基材的方向且按照金屬成分含量由高到低的順序依次排列設(shè)置的高吸收亞層、中吸收亞層、低吸收亞層組成，所述SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層的總厚度為60 140nm ；所述Al薄膜減反層厚度為60 180nm。作為本實用新型的進(jìn)一步的技術(shù)方案在該太陽能選擇性吸收涂層中，所述Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層厚度為15nm ;所述Cu薄膜紅外發(fā)射層厚度為35nm ;所述SS-N-A1薄膜復(fù)合吸收層厚度為IlOnm ；所述Al薄膜減反層厚度為120nm。在該太陽能選擇性吸收涂層中，還包括Al薄膜擴(kuò)散阻擋層，所述的Al薄膜擴(kuò)散阻擋層位于所述的Cu薄膜紅外發(fā)射層與SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層之間。更進(jìn)一步的所述Al薄膜擴(kuò)散阻擋層的厚度為5 20nm。本實用新型的有益效果是該太陽能選擇性吸收涂層制備時工藝易于調(diào)控，生產(chǎn)成本不高，涂層性能穩(wěn)定例如抗烘烤性好等，優(yōu)選適用于在真空中溫工作，并且由該太陽能選擇性吸收層的太陽吸收比α彡O. 92，半球發(fā)射比ε ^ O. 060 (80°C )，優(yōu)于現(xiàn)有的太陽能選擇性吸收涂層。該太陽能選擇性吸收涂層可應(yīng)用于全玻璃真空集熱管吸收涂層或其他真空系統(tǒng)選擇性吸收涂層。
以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明圖I為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型太陽能選擇性吸收涂層中設(shè)置了擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1玻璃基材，2粘結(jié)層，3紅外反射層，4復(fù)合吸收層，41高吸收亞層，42中吸收亞層，43低吸收亞層，5減反層，6擴(kuò)散阻擋層。
具體實施方式
如圖I所示，該太陽能選擇性吸收涂層，包括沿遠(yuǎn)離玻璃基材I的方向依次設(shè)置的粘結(jié)層2、紅外發(fā)射層3、復(fù)合吸收層4、減反層5。所述粘結(jié)層2為鋁薄膜(Al薄膜)或氮化鋁薄膜(AlN薄膜);粘結(jié)層2厚度為5 20nmo所述紅外反射層3為銅薄膜；紅外反射層3厚度25 40nm。所述復(fù)合吸收層4為由不銹鋼靶、鋁靶在氬氣環(huán)境中及氮氣氣氛中濺射形成的混合物薄膜，即為SS-N-Al薄膜。復(fù)合吸收層4( SS-N-Al薄膜)由沿著遠(yuǎn)離玻璃基材I的方向且按照金屬成分含量由高到低的順序依次設(shè)置的高吸收亞層41、中吸收亞層42、低吸收亞層43組成；所述復(fù)合吸收層4的總厚度為60 140nm。高吸收亞層41表示為SS-N-Al (H)，中吸收亞層42表示為SS-N-Al (M)，低吸收亞層43表示為SS-N-Al (L)。所述減反層5為氮化招薄膜,減反層5厚度為60 180nm。該太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下步驟a)在磁控濺射鍍膜機(jī)的真空室中，將待鍍膜真空管內(nèi)管裝在真空管工架上的步驟；b)在所述的真空室抽真空至本底真空時，沖入氬氣達(dá)到工作壓強(qiáng)，啟動鋁靶，保持鋁靶電流恒定，沖入氮氣的步驟；c)沉積粘結(jié)層的步驟停止沖入氮氣直接鋁靶濺射在玻璃基材上沉積形成鋁薄膜；或者繼續(xù)沖入氮氣，鋁靶與氮氣反應(yīng)濺射在玻璃基材上沉積形成氮化鋁薄膜；所述鋁薄膜或氮化鋁薄膜即為粘結(jié)層，并使粘結(jié)層厚度為5 20nm ；d)沉積紅外發(fā)射層的步驟停止鋁靶濺射，停止注入氮氣；直流電濺射銅靶，沉積厚度為25 40nm銅薄膜即為紅外發(fā)射層；e)沉積復(fù)合吸收層的步驟，包括分步驟(el)沉積高吸收亞層的分步驟停止銅靶濺射，沖入氮氣，以鋁靶和不銹鋼靶為陰極，保持鋁靶濺射電流恒定且給鋁靶第一濺射電壓，給不銹鋼靶第一濺射電流；鋁靶與不銹鋼靶同時在氮氣氛圍中濺射形成高吸收亞層；( e2 )沉積中吸收亞層的分步驟保持鋁靶所述濺射電流恒定且給鋁靶第二濺射電壓，第二濺射電壓小于所述的第一濺射電壓；給不銹鋼靶第二濺射電流，第二濺射電流小于所述的第一濺射電流；鋁靶與不銹鋼靶同時在氮氣氛圍中濺射形成中吸收亞層； (e3)沉積低吸收亞層的分步驟保持鋁靶所述濺射電流恒定且給鋁靶第三濺射電壓，第三濺射電壓小于所述的第二濺射電壓；給不銹鋼靶第三濺射電流，第三濺射電流小于所述的第二濺射電流；鋁靶與不銹鋼靶同時在氮氣氛圍中濺射形成低吸收亞層；通過上述分步驟(el)、(e2)、(e3)濺射沉積形成60 140nm的混合物薄膜即為復(fù)合吸收層；上述分步驟(el)、(e2)、(e3)通過調(diào)整鋁靶濺射電壓、不銹鋼靶的濺射電流，實現(xiàn)三個吸收亞層的金屬含量的調(diào)整；使低吸收亞層中的金屬成分含量少于中吸收亞層中的金屬成分含量；中吸收亞層中的金屬成分含量少于高吸收亞層中的金屬成分的含量；即復(fù)合吸收層沿著遠(yuǎn)離玻璃基材的方向金屬成分含量減少；f)沉積減反層停止不銹鋼靶濺射，繼續(xù)沖入氮氣，以鋁靶為陰極，濺射沉積厚度為60 ISOnm的氮化鋁薄膜即為減反層。本實用新型的太陽能選擇性吸收涂層，除包括上述膜層外，也可根據(jù)具體熱性能情況在該太陽能選擇性吸收涂層中適當(dāng)增加擴(kuò)散阻擋層6，如圖2所示，擴(kuò)散阻擋層6位于紅外反射層3與復(fù)合吸收層4之間，用于阻止紅外反射層3中與復(fù)合吸收層4之間金屬原子相互擴(kuò)散和遷移，所述擴(kuò)散阻擋層6的厚度為5 20nm。所述擴(kuò)散阻擋層6為鋁薄膜(Al薄膜)，并優(yōu)選純鋁薄膜。相應(yīng)的，在上述太陽能選擇性吸收涂層的制備方法中，在步驟d)之后、步驟e)之前，加入沉積擴(kuò)散阻擋層的步驟；沉積擴(kuò)散阻擋層時，停止銅靶濺射，直流濺射鋁靶沉積鋁薄膜即為擴(kuò)散阻擋層，并使得擴(kuò)散阻擋層厚度為5 20nm。在上述太陽能選擇性吸收涂層的制備方法中，步驟e)中，濺射高吸收亞層時不銹鋼靶的濺射電流與濺射低吸收亞層時不銹鋼靶的濺射電流比值為(I. 67 2. 25) :1，濺射中吸收亞層時不銹鋼靶的濺射電流小于濺射高吸收亞層時不銹鋼靶的濺射電流并大于濺射低吸收亞層時不銹鋼靶的濺射電流。本實用新型的太陽能選擇性吸收涂層，優(yōu)選粘結(jié)層厚度為15nm ;紅外反射層厚度為35nm ;復(fù)合吸收層厚度為IlOnm ;減反層厚度為120nm。擴(kuò)散阻擋層的厚度為10nm。上述優(yōu)選的太陽能選擇性吸收涂層的制備方法如下步驟b)中，所述的真空室本底真空達(dá)到5. 0E-2Pa時，沖入氬氣達(dá)到工作壓強(qiáng)，啟動鋁靶并同時沖入氮氣，保持鋁靶電流40A，沖入氮氣100SCCM，鋁靶濺射和沖入氮氣的持續(xù)時間均為15秒；步驟c)中，沉積粘結(jié)層時，沖入氮氣，維持工作壓強(qiáng)O. 20Pa，保持鋁靶電流40A，鋁靶電壓為315V，濺射時間為180秒；沉積粘結(jié)層厚度為15nm ；步驟d)中，沉積紅外發(fā)射層時，銅靶電壓440V，保持銅靶電流45A，濺射時間為6分鐘，維持工作壓強(qiáng)O. 20Pa ;紅外反射層厚度為35nm ；步驟e)中，沉積復(fù)合吸收層時，沖入氮氣維持工作壓強(qiáng)O. 40Pa ；分步驟(el)中，鋁靶的所述濺射電流為40A，所述第一濺射電壓為310V ;不銹鋼靶的所述第一濺射電流為26A ;濺射時間為5分鐘；分步驟(e2)中，鋁靶的所述濺射電流為40A，所述第二濺射電壓為308V ;不銹鋼靶的所述第二濺射電流為13A ;濺射時間為6分鐘；分步驟(e3)中，鋁靶的所述濺射電流為40A，所述第三濺射電壓為305V ;不銹鋼靶的所述第三濺射電流為IOA ;濺射時間為3分鐘；步驟f)中，沉積減反層時，沖入氮氣維持工作壓強(qiáng)O. 40Pa，鋁靶濺射電壓310V，濺射電流40A，濺射時間15分鐘。制備上述優(yōu)選的太陽能選擇性吸收涂層時，在步驟d)之后、步驟e)之前，加入沉積擴(kuò)散阻擋層的步驟。沉積擴(kuò)散阻擋層時，停止銅靶濺射，直流濺射鋁靶，鋁靶濺射電壓為310V，濺射電流為40A，濺射時間為30秒，制得的擴(kuò)散阻擋層厚度為10nm。上述太陽能選擇性吸收涂層的制備方法中，所述的步驟C)、e)、f)中，鋁靶濺射時，均通過調(diào)節(jié)氮氣的注入流量補(bǔ)償因鋁靶電壓波動對濺射形成的薄膜的影響，以制備具有特定光學(xué)常數(shù)的薄膜。上述濺射靶中的不銹鋼靶，靶材可以采用牌號為lCrl8Ni9Ti、0Crl7Nil2Mo2、B445J1M 的不銹鋼，優(yōu)選 lCrl8Ni9Ti 和 B445J1M。lCrl8Ni9Ti其成分如下表I Iiii成份％
牌號
C Si Mn P S Ki Cr Mo N其他Fe
彡彡彡 Si 8.0 17.0 __5(C%-0.02) 余
1 1 1 O. 12 I. OO 2.00 O. 035 0.030 11.0 19.0O. 80量B445J1M成分如下表2
脾P.化學(xué)P分_ y位% _
C I Si I Mn I P S I Mo I Cr I Cu I NTi+Nb 一
iS y z Z Z O· 40 20. OO Z Z !…^ O
,sS ^ < SS ( ^ 10(C+N) 0.8
' 1.00 I. OO O D4U O. 020 ^ …O. 60 O. 015 O_ 5 I_I_I_I_ L 20 I 22. 00 |_|_|_
O
權(quán)利要求1.一種太陽能選擇性吸收涂層，其特征是包括沿遠(yuǎn)離玻璃基材的方向依次設(shè)置的由Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層、Cu薄膜紅外發(fā)射層、SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層、Al薄膜減反層； 所述Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層的厚度為5 20nm ； 所述Cu薄膜紅外發(fā)射層厚度為25 40nm ； 所述SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層由沿著遠(yuǎn)離玻璃基材的方向且按照金屬成分含量由高到低的順序依次排列設(shè)置的高吸收亞層、中吸收亞層、低吸收亞層組成，所述SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層的總厚度為60 140nm ； 所述Al薄膜減反層厚度為60 180nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太陽能選擇性吸收涂層，其特征是所述Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層厚度為15nm ;所述Cu薄膜紅外發(fā)射層厚度為35nm ;所述SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層厚度為IlOnm ;所述Al薄膜減反層厚度為120nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種太陽能選擇性吸收涂層，其特征是還包括Al薄膜擴(kuò)散阻擋層，所述的Al薄膜擴(kuò)散阻擋層位于所述的Cu薄膜紅外發(fā)射層與SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種太陽能選擇性吸收涂層，其特征是所述Al薄膜擴(kuò)散阻擋層的厚度為5 20nm。
專利摘要一種太陽能選擇性吸收涂層，其特征是包括沿遠(yuǎn)離玻璃基材的方向依次設(shè)置的由Al薄膜粘結(jié)層或AlN薄膜粘結(jié)層、Cu薄膜紅外發(fā)射層、SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層、Al薄膜減反層；其厚度依次為5～20nm、25～40nm、60～140nm、60～180nm；且所述SS-N-Al薄膜復(fù)合吸收層由沿著遠(yuǎn)離玻璃基材的方向且按照金屬成分含量由高到低依次設(shè)置的高吸收亞層、中吸收亞層、低吸收亞層組成。該種涂層抗烘烤性能強(qiáng)，優(yōu)選適用在真空中溫工作，物理化學(xué)性能可靠，且制備工藝容易控制，生產(chǎn)成本低。該涂層可應(yīng)用于全玻璃真空集熱管吸收涂層或其他真空系統(tǒng)選擇性吸收涂層。
文檔編號B32B33/00GK202702731SQ201120528310
公開日2013年1月30日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者于洪文, 馬兵, 張艷麗, 安利娟, 李萍, 李春江, 何曉倩, 李寶山, 陳志朋 申請人:山東桑樂太陽能有限公司