一种太阳光谱选择性吸收涂层的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光热太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳光谱选择性吸收涂层。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，太阳光谱选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身红外辐射率很低，能够把低品位的太阳能转换成高品位的热能，对太阳能起到富集作用，是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。
[0003]太阳光谱选择性吸收涂层的吸收和发射性能决定太阳能集热管的热效率，太阳光谱选择性吸收涂层主要由如图1所示的三部分组成:红外反射层、吸收层和减反层，必要时添加粘结层和扩散阻挡层。
[0004]太阳光谱选择性吸收涂层常用两种基本结构:渐变型金属陶瓷太阳能吸收涂层和干涉吸收型金属陶瓷太阳光谱选择性吸收涂层，其中:
[0005]如图2所示的渐变型金属陶瓷太阳能吸收涂层，其金属陶瓷吸收层有多亚层结构，例如10-20层，每一亚层内部金属粒子均匀分布，金属体积含量固定不变。但从渐离红外反射层到减反层，金属体积含量呈梯度逐渐减少，靠近红外反射层的亚层金属体积含量最多，靠近减反层的亚层金属体积含量最少。不同金属体积含量的金属陶瓷涂层，具有不同的折射率η和消光系数k，具有不同的吸收系数α和反射率R。渐变型太阳能吸收涂层的多层吸收层结构可以有效的吸收太阳辐射。但这种涂层调试参数比较多，吸收比和近红外发射比不容易达到理想值。
[0006]如图3所示的干涉吸收型金属陶瓷太阳光谱选择性吸收涂层，其金属陶瓷吸收层有2至3层亚层，每一亚层内部金属粒子均匀分布，金属体积含量固定不变。太阳辐射被涂层内部吸收特性和相位干涉效应特性两方面吸收。其调制参数相对较少，但每一种金属体积含量的涂层对应一种光学常数，需要调试找出两个吸收层合适的金属含量和膜层厚度，同时，找到比较合适的减反层厚度，才能得到优良的反射率R，有一定难度。
[0007]两种太阳光谱选择性吸收涂层的基本结构中，吸收层的亚层中金属粒子在陶瓷材料中均匀分布，其成分确定和测定参数在实际工作中均有一定的难度。
[0008]鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供方便在陶瓷材料中确定和测定金属粒子成分的太阳光谱选择性吸收涂层。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题是现有的太阳光谱选择性吸收涂层的吸收层的亚层中金属粒子在陶瓷材料中均匀分布，其成分确定和参数测定在实际工作中有难度的问题。
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳光谱选择性吸收涂层包括在基板表面从内到外依次设置的红外反射层、吸收层和减反层，所述吸收层包括两层亚层，所述亚层包括多层次亚层，所述次亚层包括微次亚层，所述微次亚层为金属层和陶瓷层的复合层。
[0011]其中，所述吸收层包括2-3层亚层，每层亚层包括6-20层次亚层。
[0012]其中，所述吸收层的厚度为60-300nm，每层亚层的厚度为30_150nm，每层微次亚层的厚度小于5nm。
[0013]其中，所述亚层分为高金属陶瓷吸收层和低金属陶瓷吸收层。
[0014]其中，所述金属层的材质为不锈钢，所述陶瓷层的材质为氮化铝。
[0015]其中，所述金属层包含一种金属层或两种金属层。
[0016]其中，所述红外反射层的材质为低红外辐射率的薄膜或氮化铝钛，所述红外反射层的厚度为80-300nm。
[0017]其中，所述减反层的材质为折射率低的陶瓷材料，所述减反层的厚度为50_100nm。
[0018]其中，还包括粘结层，所述粘结层位于所述基板与所述红外反射层之间，所述粘结层的材料为金属、陶瓷或金属陶瓷复合材料，所述粘结层的厚度为10-40nm。
[0019]其中，还包括扩散阻挡层，所述扩散阻挡层位于所述红外反射层和所述吸收层之间，所述扩散阻挡层的材料为金属、陶瓷或金属陶瓷复合材料，所述扩散阻挡层的厚度为10_40nm。
[0020]本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明所提供的太阳光谱选择性吸收涂层通过吸收层中次亚层吸收层为金属层陶瓷层交替连续沉积的精细超薄多层复合材料薄膜，可认为金属组分均匀分布在陶瓷中，次亚层吸收层可认为是金属粒子均匀分布的金属陶瓷复合薄膜。吸收层在调试工艺时主要考虑微次亚层吸收层中金属层组分比和微次亚层周期数即亚层厚度，可以得到国标规定的合格的吸收比和很低的发射比，很容易确定金属的成分和测定参数。
【附图说明】
[0021]图1是本发明【背景技术】太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图；
[0022]图2是本发明【背景技术】渐变型太阳光谱选择性吸收涂层的吸收层金属体积含量变化示意图；
[0023]图3是本发明【背景技术】干涉型太阳光谱选择性吸收涂层的吸收层金属体积含量变化示意图；
[0024]图4是本发明实施例太阳光谱选择性吸收涂层的吸收层金属体积含量变化示意图；
[0025]图5是本发明实施例太阳光谱选择性吸收涂层使用分光光度计测试的反射曲线。
[0026]图中:1:基板；2:粘结层；3:红外反射层；4:扩散阻挡层；5:吸收层；6:减反层；7:金属层；8:陶瓷层。
【具体实施方式】
[0027]在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0028]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0029]如图1和图4所示，本发明提供的一种太阳光谱选择性吸收涂层包括在基板I表面从内到外依次设置的红外反射层3、吸收层5和减反层6，基板I的材质为玻璃、硅片或抛光的金属，本实施例中基材I采用抛光不锈钢的材质，吸收层5包括多层亚层，每一亚层包括多层次亚层，次亚层包括微次亚层，微次亚层为金属层7和陶瓷层8的复合层，金属层7包含一种或两种金属层，需要说明的是，金属层7可以为一种金属层或两种金属层的复合层，也可以是合金金属层从而大大减小了磁控溅射中金属合金靶材的成分配比的制作困难；本发明提供的一种太阳光谱选择性吸收涂层，其金属体积含量不像传统的太阳光谱选择性吸收涂层在陶瓷材料中均匀分布，而是金属层陶瓷层按一定的组分比如体积、厚度和时间的比例交替沉积，沉积一定的周期数后，按照另外一个金属层陶瓷层组分比例沉积。次亚层中金属层和陶瓷层组分比等同于亚层中的金属层和陶瓷层组分比，由于每个微次亚层极为精细，每个次亚层和亚层仍可以看做金属粒子均匀分布在陶瓷材料中，两个亚层的金属粒子含量不同，仍可具有干涉效果，其金属含量可以通过次亚层中金属层和陶瓷层厚度时间比换算；利用卧式磁控镀膜机在抛光金属管上依次沉积材质为铜的红外反射层3，材质为氮化铝的陶瓷层8和材质为不锈钢的金属层7交替复合而成的吸收层5，以及材质为氮氧化铝的减反层6。
[0030]金属层7和陶瓷层8是在至少一种反应气体和一种惰性气体中，有两种金属靶先后连续溅射形成的。该金属成分可选用如钨、镍、镍铬合金、钼、钥、钥合金、不锈钢等金属靶材在惰性气体中溅射沉积得到。该陶瓷成分可选用纯铝靶或铝合金靶或者硅靶在至少一种反应气体如氮气中溅射反应沉积得到。
[0031]吸收层5的厚度为60_300nm，吸收层5选用直流不锈钢靶材和中频铝靶材通氩气和氮气交替沉积，次亚层的厚度为30-150nm，吸收层5包括至少两层亚层金属陶瓷吸收层，本实施例中选用2-3层亚层金属陶瓷吸收层，每一亚层的次亚层金属陶瓷吸收层金属层组分相同，当吸收层5包括两层亚层金属陶瓷吸收层时，亚层分别为高金属陶瓷吸收层和低金属陶瓷吸收层，高金属陶瓷吸收层膜层厚度为30-150nm，低金属陶瓷吸收层膜层厚度为30-150nm，次亚层金属陶瓷吸收层由6_20层微次亚层吸收层组成，不同亚层的次亚层采用的金属层组分不同，微次亚层的厚度小于5nm，微次亚层为金属层7和陶瓷层8两层沉积成复合层。
[0032]次亚层为金属层陶瓷层交替连续沉积的精细超薄多层复合材料薄膜，可认为金属组分均匀分布在陶瓷中，相邻次亚层吸收层金属组分不同，相邻次亚层吸收层金属层组分从膜层靠近红外发射层3到减反层6逐渐降低，同一次亚层吸收层中每一微次亚层金属层组分相同。
[0033]次亚层吸收层可认为是金属粒子均匀分布的金属陶瓷复合薄膜，两个次亚层的金属粒子含量不同，不同金属含