專利名稱：釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及槽式太陽能高溫熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能熱發(fā)電是大規(guī)模開發(fā)利用太陽能的一個重要技術(shù)途徑，目前有塔式、槽式、 碟式系統(tǒng)，其中以槽式和塔式系統(tǒng)商業(yè)應用較多，特別是槽式太陽能熱發(fā)電，是迄今為止世界上唯一經(jīng)過20年商業(yè)化運行的成熟技術(shù)，其造價遠低于光伏發(fā)電。槽式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)24小時運行，隨著規(guī)模的增加，發(fā)電成本也具有很強的競爭力。目前， 歐洲和美國正在建設(shè)一批改進的槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其應用溫度更高，性能更加優(yōu)越。槽式太陽能熱發(fā)電中關(guān)鍵技術(shù)是高溫太陽能選擇性吸收涂層。對于太陽能選擇性吸收涂層，雖然已經(jīng)研究和廣泛使用了黑鉻、陽極氧化著色Ni-Al2O3以及具有成份漸變特征的SS-C/SS (不銹鋼)和A1-N/A1等膜系，但都是屬于低溫應用，應用溫度在200°C以內(nèi)。 為提高應用溫度，開發(fā)了適合中溫服役條件下的選擇性吸收涂層，像Mo-A1203/Cu、SS-AlN/ SS等材料體系，其使用溫度能達到200°C _450°C。但是雙靶或多靶共濺射、射頻濺射等工藝沉積率低，生產(chǎn)周期長，工藝復雜且成本較高。為了配合槽式太陽能熱發(fā)電向更高溫度、更高效率發(fā)展的趨勢，拓寬高溫槽式太陽能選擇性吸收涂層的材料體系，需研發(fā)熱穩(wěn)定性好、吸收率高、且工藝簡單的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點的問題，提供一種釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，所述選擇性吸收涂層對太陽光譜的吸收率高、熱穩(wěn)定性能好，其制備工藝簡單，操作方便、生產(chǎn)周期短、濺射工況穩(wěn)定。
一種釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，所述選擇性吸收涂層由三層膜組成，所述三層膜包括底層紅外反射層、中間吸收層和表層減反層，所述底層紅外反射層沉積于基體表面，所述中間吸收層沉積于底層紅外反射層上，所述表層減反層沉積于中間吸收層上；所述底層紅外反射層由金屬V膜組成，所述中間吸收層包括第一亞層和第二亞層，所述第一亞層和第二亞層均由V+Si02膜組成，所述表層減反層由SiO2膜組成；
所述選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下步驟
①、首先處理基體
首先對所述基體進行表面處理，依次進行拋光，酒精和丙酮超聲波清洗，去離子水超聲波清洗，待清洗完成后進行烘干處理并置入磁控濺射腔體中；然后再使用離子轟擊所述基體的表面，增強所述基體與所述底層紅外反射層的結(jié)合力；
②、在基體上沉積底層紅外反射層
采用金屬V靶通過中頻磁控濺射或直流磁控濺射方式在所述基體表面制備底層紅外反射層，在制備時，以Ar氣作為濺射氣體制備V膜，所述底層紅外反射層的厚度為100 400nm ；③、在底層紅外反射層上沉積中間吸收層
在V靶進行中頻磁控濺射或直流磁控濺射的同時，采用SiO2靶通過射頻磁控濺射方式沉積SiO2,形成V+Si02膜，即形成了所述中間吸收層的第一亞層，所述第一亞層的厚度為 30 150nm ;所述第一亞層完成后，增加射頻磁控濺射SiO2靶的功率，同時，降低中頻磁控濺射或直流磁控濺射V靶的功率，制備第二亞層的V+Si02膜，所述第二亞層的厚度為30 150nm ；
④、在中間吸收層上沉積表層減反層
停止中頻磁控濺射或直流磁控濺射V靶，繼續(xù)射頻磁控濺射SiO2靶，形成SiO2膜，即形成了表層減反層，所述表層減反層的厚度為30 lOOnm。在其中一個實施例中，所述吸收層中第一亞層中V的體積百分比大于第二亞層中 V的體積百分比；所述第一亞層中V的體積百分比為40% 70%，所述第二亞層中V的體積百分比為10% 30%o在其中一個實施例中,所述基體為不銹鋼管。在其中一個實施例中，所述V靶的純度彡99. 99%，所述SiO2靶的純度彡99. 99%。本發(fā)明是在Macleod光學軟件模擬優(yōu)化釩基選擇性吸收涂層的基礎(chǔ)上通過具體制備方法來制備。釩屬于高熔點金屬，熔點高達1919°C，具有好的高溫穩(wěn)定性，且釩金屬薄膜在紅外波段的反射率較高，滿足制備高溫低發(fā)射率太陽能選擇性吸收涂層特性。光學軟件模擬優(yōu)化方法為
I)、首先確定選擇性吸收涂層的膜層結(jié)構(gòu)
選擇性吸收涂層是由三部分構(gòu)成底層紅外反射層、中間吸收層和表層減反射層。隨著光學模擬技術(shù)的進步，對干涉作用的應用越來越成功，提出了吸收層由不同金屬填充因子的兩個亞層膜系結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其兩亞層的光學常數(shù)不同，在吸收的同時，還能產(chǎn)生干涉相消作用，提高吸收率。為此選擇金屬釩作為底層紅外反射層，中間吸收層為V+Si02* V+ Al2O3材料組成的兩個亞層，表層減反層為SiO2或Al2O3材料。2)、確定選擇性吸收涂層的各層膜的光學常數(shù)
先采用多種制備方法制備金屬釩膜，再通過傅里葉紅外光譜儀測試在2 25微米波長內(nèi)釩膜反射率，選出釩膜紅外反射最高的制備工藝，同時通過橢偏儀測試出金屬釩的光學常數(shù)，再通過橢偏儀測定制備的SiO2或Al2O3單層膜的光學常數(shù)。中間吸收層的兩個亞層的光學常數(shù)通過等效介質(zhì)Maxwell Garnett理論和 Bruggeman理論來計算,通過以下公式來計算出金屬陶瓷吸收亞層的光學常數(shù)
Maxwel I Garnett 理論 的表 達式 為
權(quán)利要求
1.一種釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，其特征在于所述選擇性吸收涂層由三層膜組成，所述三層膜包括底層紅外反射層、中間吸收層和表層減反層，所述底層紅外反射層沉積于基體表面，所述中間吸收層沉積于底層紅外反射層上，所述表層減反層沉積于中間吸收層上；所述底層紅外反射層由金屬V膜組成，所述中間吸收層包括第一亞層和第二亞層，所述第一亞層和第二亞層均由V+Si02膜組成，所述表層減反層由SiO2膜組成；所述選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下步驟①、首先處理基體首先對所述基體進行表面處理，依次進行拋光，酒精和丙酮超聲波清洗，去離子水超聲波清洗，待清洗完成后進行烘干處理并置入磁控濺射腔體中；然后再使用離子轟擊所述基體的表面，增強所述基體與所述底層紅外反射層的結(jié)合力；②、在基體上沉積底層紅外反射層采用金屬V靶通過中頻磁控濺射或直流磁控濺射方式在所述基體表面制備底層紅外反射層，在制備時，以Ar氣作為濺射氣體制備V膜，所述底層紅外反射層的厚度為100 400nm ；③、在底層紅外反射層上沉積中間吸收層在V靶進行中頻磁控濺射或直流磁控濺射的同時，采用SiO2靶通過射頻磁控濺射方式沉積SiO2,形成V+Si02膜，即形成了所述中間吸收層的第一亞層，所述第一亞層的厚度為 30 150nm ;所述第一亞層完成后，增加射頻磁控濺射SiO2靶的功率，同時，降低中頻磁控濺射或直流磁控濺射V靶的功率，制備第二亞層的V+Si02膜，所述第二亞層的厚度為30 150nm ；④、在中間吸收層上沉積表層減反層停止中頻磁控濺射或直流磁控濺射V靶，繼續(xù)射頻磁控濺射SiO2靶，形成SiO2膜，即形成了表層減反層，所述表層減反層的厚度為30 lOOnm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，其特征在于所述吸收層中第一亞層中V的體積百分比大于第二亞層中V的體積百分比；所述第一亞層中V的體積百分比為40% 70%，所述第二亞層中V的體積百分比為10% 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，其特征在于所述基體為不銹鋼管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，其特征在于所述V靶的純度≥99. 99%，所述SiO2靶的純度≥99. 99%。
全文摘要
一種釩基高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，選擇性吸收涂層由三層膜組成，包括底層紅外反射層、中間吸收層和表層減反層，底層紅外反射層沉積于基體表面，中間吸收層沉積于底層紅外反射層上，表層減反層沉積于中間吸收層上；底層紅外反射層由金屬V膜組成，中間吸收層包括第一亞層和第二亞層，第一亞層和第二亞層均由V+SiO2膜或V+Al2O3膜組成，表層減反層由SiO2膜或Al2O3膜組成；其具有高溫穩(wěn)定性，對太陽光譜的吸收率高，發(fā)射率低。本發(fā)明的制備工藝簡單、操作方便、易于控制、濺射速率快，能縮短生產(chǎn)周期，工藝穩(wěn)定，能大大降低設(shè)備成本和生產(chǎn)成本。
文檔編號C23C14/08GK102618837SQ201210119578
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者周福云, 沈劍山, 譚卓鵬, 賀東枚, 鄭禮清 申請人:東莞市康達機電工程有限公司