CN102203024A - 选择性太阳能吸收涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种选择性太阳能吸收涂层及其制备方法，具有太阳吸收性能和低辐射系数。该涂层包括金属、电介质或陶瓷材料的基板(1)，至少一层应用在基板自身上的在中远红外具有高反射率的金属层(2)，其提供低辐射系数，应用在反射金属层上的亚纳米厚度的电介质层与金属层交替的多层结构(3)，以及至少一层用作太阳光谱的抗反射层的电介质层(4)。该涂层在抛物槽式太阳能收集器的吸收管中，在以吸收管和吸收片形式的诸如加热或家用制冷的热水用太阳电池板中，在塔型太阳能热电发电厂的收集系统中，在斯特林盘系统中的收集系统中，用作选择性吸收涂层。

Description

选择性太阳能吸收涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种选择性吸收涂层，其含有：(i)基板，具有低辐射系数性能的一或多金属层；(ii)亚纳米厚度电解质层和金属层交替的多层结构，在其中能引起太阳能吸收；以及(iii)提供抗反射性能的一层结构或多层结构。
本发明还包括该选择性太阳能吸收涂层的制备方法工序和用途。
背景技术
从热收集方面看，收集太阳能从热水产品、在家庭中用于加热和冷藏、以及在太阳能热电能工厂中产生电的角度来说增加了科技和经济的重要性。
这些系统需要最大量的太阳能吸收和最小量的可能的能量损失。由于考虑到这些目的，这些系统设定在真空管道或相似结构中，以减少传导和对流带来的损失，并且这些系统具有这样的涂层：有高太阳能吸收能力和低辐射特性，以减少通过远红外由热辐射引起的能量损失。
因此，在国内市场以及电力生产中，选择性吸收涂层发挥重要的作用。已有大量吸收涂层的记载，诸如国际专利WO2005/121389，美国专利US4582764，美国专利US4628905，美国专利US5523132，美国专利US2004/0126594，美国专利US2005/0189525，美国专利US2007/0209658，国际专利WO97/00335，以及其他文献中记载的那些内容。在所有这些中，吸收性涂层由提供低辐射特性的金属层，用作太阳辐射吸收层的掺杂“金属陶瓷”金属性元素的一层或多层电介质材料层，以及提供抗反射性能的电介质层组成。一部分这些专利中，也有附加的电介质层，其用作阻挡层以阻挡不同材料漫射。该金属陶瓷层是吸收层，由共掺杂金属性元素提供吸收能力即复折射率，其中共掺杂金属性元素的浓度可以在每层中是常数或呈梯度。
金属陶瓷通常是掺杂诸如Mo、Ni、Ti、Ta、Al等金属性元素的氧化物或金属性氮化物，通常采用“反应溅射”即反应阴极溅射以共沉积技术而沉积。通过反应溅射的共沉积包括在惰性气体以及惰性气体之外的氧气、氮气等反应气体的存在下，通过溅射同时蒸发两种材料，残留物留在沉积室中。该残留气体与蒸发掉的材料其中之一反应，形成相应的电介质复合物，而且部分其他化合物以金属形式沉积。反应气体与两种材料都反应以形成电介质复合物和掺杂金属，为了得到具有适当吸收性能的金属陶瓷，需要严格控制化学计量过程。该化学计量过程由组成和涉及反应气体消耗的真空室中的气体的局部压力来调节，因此依赖于蒸发速度，也就是说，在这种状态下，阴极能很难准确控制化学计量过程，需要一定的反馈机制而可能会消极的影响涂层的性能。
同样的，部分共掺杂金属也与反应气体反应而形成电介质复合物，因此这部分金属不能形成吸收层而需要高浓度的共掺杂金属。另外，该技术也表现出局限性，当选择共掺杂金属时，应当相比于形成电介质复合物的主要金属其具有与反应气体小得多的亲和力。
发明内容
本发明寻求解决上述所有难题，每一层金属陶瓷层都用具有非常薄层(小于10nm，主要小于1nm)的电介质层和金属层交替的多层结构代替。电介质层通过在腔室中或部分腔室反应溅射沉积包括惰性气体和反应气体，使得电介质涂层沉积。金属层通过DC溅射沉积，仅将惰性气体引入腔室或部分腔室，使得金属层沉积。其结果是，不需要化学计量过程的精确控制，由于电介质层的沉积需要气体组分以保证已蒸发的金属的总反应，而交替层金属的种类由引入的作为处理气体的惰性气体决定。由于两种类型材料的沉积在不同的腔室或同一沉积腔室的孤立的部分中完成，因此，气体混合物是最小量的并且没有金属层组份材料的化学反应产生。同样的，由于电介质层和金属层的沉积在不同的位置以不同的气体组分完成，因此，没有对电介质层和金属层的组成的限制，甚至可以取自同一批的金属，由金属性元素诸如金属的氧化物或氮化物形成电介质层，以及由同样的金属性元素形成金属层。
本发明的选择性太阳能涂层，旨在吸收太阳能并将其转化成具有低辐射性能的热，促进并使生产过程更加坚实可靠，让更多的可能性为其设计和优化。该涂层沉积在可以是金属或电介质的基板上，保证了涂层的机械性能和热稳定性，其基本特征包括：
至少一个远红外(光谱范围5至50微米波长)高反射金属层，其提供沉积在基板上的涂层的低辐射特征；
沉积在反射层上的多层结构，提供太阳能辐射吸收性质，由非常薄厚度(小于10nm，通常小于1nm)的金属层和电介质层交替形成，其整个结构中可以一面是均匀的金属层，另一面是电介质，按不同区域区分或厚度随结构呈梯度变化；
至少一层沉积在吸收多层结构上的用作抗反射层的电介质层。
本发明中作为基板材料包含金属性元素诸如钢、不锈钢、铜或铝，以及非金属性元素诸如玻璃、石英或陶瓷材料或聚合物。该基板经过诸如表面层的氧化处理或热和清洗处理的处理，以优化涂层的粘合，因此其机械和环境性能稳定。
同样，本发明包括一种吸收太阳能并反射中远红外线的涂层，包含高反射中远红外线的位于基板上的一或多层金属层，具有薄的金属-电介质层交替的多层结构，以及形成对太阳能的抗反射结构的一或多层电介质层。根据本发明，该涂层，由于包括金属材料的材料沉积于基板上的高反射金属单层或多层而是独特的，所述金属材料选自银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)或它们的合金或它们的混合物。
根据本发明的另一特征，吸收多层结构中的电介质层组成包括金属性氧化物和/或金属性氮化物元素，其折射率在1.4-2.4之间。根据本发明的该涂层，其是独特的，由于所述金属性氧化物选自锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、二氧化硅、镍氧化物、铬氧化物、铟氧化物或它们的混合物。同样的，根据本发明的该涂层其是独特的，由于金属性元素的氮化物选自硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物。
同样的，根据本发明的涂层是独特的，由于形成部分吸收多层结构的金属层由选自下述元素组中的元素制成：银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)或它们的合金或它们的混合物。
本发明同样设想存在折射率在1.4-2.4之间的一或多层电介质层作为抗反射结构，并且它们由金属性氧化物和/或金属性氮化物元素制成。根据本发明的该涂层是独特的，由于金属性氧化物选自锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、二氧化硅、镍氧化物、铬氧化物、铟氧化物或它们的混合物。同样的，根据本发明的该涂层是独特的，由于金属性元素氮化物选自硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物。
根据本发明的上下文，术语“金属合金”的意思是任何能在那些金属之间或与那些金属其它金属形成的那些合金。
根据本发明的其它特征，中远红外的每一层反射金属层的厚度，以及每一层抗反射结构的电介质材料层都在1-500nm之间。另外，根据本发明的其它特征，每一层吸收多层结构中的金属层和电介质层的厚度小于10nm，多层结构的总层数大于20。多层结构可以设定成均质区，其中所有电介质层都是同样的材料并具有同样的厚度，并且所有金属层在不同的区分区域都是同样的金属和厚度，其中每一区域设定为均质区，并且在电介质层使用的材料和/或在金属层使用的金属和/或每一金属层或电介质层的厚度与其它区域不同，或者能设定成金属和/或电介质层的厚度逐渐改变的梯度区域。优选的，多层结构设定成至少两个区分区域，其每一区域的层的组成和/或厚度与其它层的组成和/或厚度不同。
总之，涂层的总层数大于25，总厚度在100-2000nm之间。
本发明的目的在于涂层的不同层通过物理沉积技术(PVD，物理气相沉积)在气相真空中而沉积，诸如热蒸汽、电子枪、离子值入，或“溅射”法，其通过化学沉积方法在气相(CVD，化学气相沉积)中沉积，或通过作为本发明优选的方法-采用溅射技术通过电解浴而沉积。
本发明的另一目的是该涂层在用于太阳能热电厂的抛物柱面集热器的吸收管中的用途。
本发明的另一目的是该涂层在热水用太阳电池板、加热或家庭冷藏中的用途，两者都是以吸收管和吸收板的形式使用。
本发明还具有如下优点：该涂层可以用在太阳能塔型热电发电厂的收集系统，其中太阳能由大量日光反射装置反射，从而集中在设置在塔中的收集系统上。
并且，最后本发明再有一目的是将该涂层用于斯特林盘系统(stirling dish system)的收集系统。
为了更好的阐述本发明涂层的优点和性能，以及为了更好的理解本发明的特征，将根据说明书所附的附图详细说明本发明的最佳方案，如下阐述是本发明的代表而非用于限制目的。
附图说明
图1是根据本发明的涂层的横切面图，该涂层在整体结构上其吸收多层结构的电介质层和金属层具有同样的材料和厚度。
图2是根据本发明的涂层的横切面图，其中吸收多层结构分成两个区域，在每一区域的电介质层和金属层的组成和厚度不同。
图3是根据本发明的涂层的横切面图，其中吸收多层结构分成多个区域，在每一区域电介质层和金属层的组成和厚度不同。
图4是根据本发明的涂层的横切面图，其中吸收多层结构仅包含一个区域，在该区域电介质层和金属层的厚度逐渐增加变化。
图5是实施例1的结构在可见光-红外光谱范围的反射率、太阳能光谱以及400℃下的热辐射谱。
图6是实施例2的结构在可见光-红外光谱范围的反射率、太阳能光谱以及400℃下的热辐射谱。
在如上这些图中的附图标记对应如下部件和元件：
1基板
2反射金属层
3吸收多层结构
4抗反射电介质结构
5电介质层
6金属层
7多层结构区域1
8多层结构区域2
9多层结构区域n
附图详细描述
如图1-图4所示，本发明的选择性太阳能辐射吸收涂层包括，至少一个基板(1)，至少一个提供低辐射性能的反射金属层(2)，用作太阳辐射吸收结构的由电介质层(5)和金属层(6)交替的多层结构(3)，以及至少一个用作抗反射结构的电介质层(4)。
该基板(1)可以是金属材料或电介质材料或它们的组合，从而保证涂层的机械稳定性。
金属反射层(2)依序由至少一层中远红外(2.5-20μm波长)高反射层组成，上述金属层沉积在基板自身上。
该吸收多层结构(3)依序由沉积在反射金属层(2)上的一系列交替的电介质层(5)和金属层(6)组成，并且能具有同样或不同的厚度和/或组成：
a)电介质层(5)彼此之间一致，也就是说，具有同样的材料和厚度，并且在图1代表的将多层结构设定在唯一区分区域中的金属层(6)实际上同意如此。
b)类似的，可以有具有不同材料和/或厚度的两种类型的电介质层(5)，金属层(6)同样如此，如图2所示，其将吸收结构设定在两个区分区域，具有一种类型的电介质层和金属层组成的第一区域(7)和另一种类型的第二区域(8)。
c)可以有多种类型的电介质层(5)和多种类型的金属层(6)，如图3所示，在将吸收结构设定在的n个区域(n是区域的无限值)，其中，吸收多层结构由每一区域由一种类型的电介质层和一种类型的金属层形成的第一区域(7)、第二区域(8)....直到第n区域(9)组成。
d)同样的，如图4所示，吸收结构可以由厚度随结构呈梯度变化的电介质层(5)和金属层(6)组成，其设定成单一的区域但是在不同金属层和/或电介质层有不同厚度。
该抗反射结构(4)由至少一层提供太阳能抗反射性能的电介质层组成。
图1-图4显示了根据本发明的选择性吸收涂层的具体实施例，其中反射层(2)设置于基板(1)上，在反射层(2)上设置由单一区域、两个区域、n个区域、或区域内电介质层和金属层厚度变化的单一区域组成的多层吸收结构(3)，以及抗反射层(4)设置在多层结构上。
该基板(1)对应的金属诸如钢、不锈钢、铜和铝，对应的电介质诸如玻璃、石英、聚合物材料或陶瓷材料、或不同材料的组合。
对于反射金属层(2)，使用银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、或两种或多种上述金属的混合物、或上述金属的合金。这些金属层(2)具有5～1000nm的厚度。
不同结构的吸收多层结构的电介质材料层(5)具有1.4-2.4之间的折射率。为了该目的，使用金属性氧化物和/或金属性氮化物，诸如锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、二氧化硅、硅-铝、镍氧化物、铬氧化物、铌氧化物、钽氧化物或它们的混合物；以及硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物。电介质层(5)的厚度小于10nm，优选小于1nm，电介质层的层数大于10，吸收层结构(3)的电介质层的总厚度在5-1000nm之间。
为了实现不同结构的吸收多层结构的金属层(6)，使用银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、或它们的合金或它们的混合物。金属层(6)的厚度小于10nm，优选小于1nm，金属层的层数大于10，吸收多层结构(3)的金属层的总厚度在5-1000nm之间。
形成抗反射结构(4)的层具有1.4-2.4之间的反射率。为了该目的，使用金属性氧化物和/或金属性氮化物，诸如锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、硅氧化物、硅-铝氧化物、镍氧化物或它们的混合物，以及硅氮化物和铝氮化物或它们的混合物。抗反射结构的电介质材料层的厚度在5-1000nm之间。
最后，为了增加涂层和基板之间的粘合，该基板可以经过多种处理，诸如表面层氧化处理或热处理和清洗处理，由于改善了涂层的粘合意味着更强大机械稳定性和环境稳定性。
为了得到本发明的涂层，以下述方式设置：第一金属层(2)设置在金属或电介质材料的基板(1)上，在其上设置第一金属层(2)，在第一金属层(2)上沉积形成吸收多层结构的第一层，该吸附多层结构的第一层可以是电介质(5)材料或金属(6)材料。该第一层之后，其余金属(6)层和电介质(5)层交替沉积，可以具有相同或不同的厚度和/或组成，以形成吸收多层结构。在吸收多层结构的最后一层之上，增加形成抗反射结构的不同的层。
为了连续增加不同的层(2，4，5，6...)到透明基板(1)，使用金属和/或电介质复合物沉积方法，诸如化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)。优选的方式是属于PVD技术范畴的“磁控溅射”。
为了确定太阳能吸收率和热辐射率，进行涂层的光谱研究，研究可见光-红外波段、以及太阳能光谱和400℃的热辐射光谱的反射率，结果表明，在太阳能谱区域的低反射率值意味着高吸收率(大于等于95％)，以及在热辐射区域的高反射率值意味着低辐射系数(小于等于0.2)。
明显的，根据使用的材料和所得涂层的用途，存在本领域人熟知的各种已有记载的方法。
本发明的选择性太阳能吸收涂层可以用作选自钢、不锈钢、铜、铝或陶瓷材料制成的薄层材料或管的涂层，可以用在塔型太阳能热电发电厂中的吸收元件中，用在斯特林盘系统的吸收元件中或用在具有抛物柱面收集器的太阳能热电发电厂的吸收管中。
根据本发明的涂层的一些实施例及其不同波长下的反射率性能和吸收率如下所示。上述实施例允许涂层性能的可视化。
实施例1具有基于钼(Mo)和硅铝氧化物(SiAlOx)的双区域吸收结构的选择性吸收涂层。
在不锈钢304的基板(1)上，沉积300nm的Mo层。在该Mo层上沉积由两个不同区域组成的吸收多层结构。第一区域具有总厚度52nm，由厚度0.08nm的285层SiAlOx与厚度0.1nm的另外285层Mo交替组成。第二区域具有总厚度57nm，由厚度0.08nm的390层SiAlOx与厚度0.06nm的另外390层Mo交替组成。这些层的每一层厚度理解为石英晶体微天平测量得到数据的平均厚度。在吸收多层结构上沉积87nm厚度的SiAlOx抗反射层。
为了测量太阳吸收率和热辐射系数，进行实施例1的涂层的光谱研究，图5所示是可见光-红外波段，以及太阳能光谱和400℃的热辐射光谱的反射率。该涂层表明，在太阳光谱区域的低反射率值意味着高吸收率，以及在热辐射区域的高反射率意味着低辐射系数。测量的总值，得到大约97.5％的太阳能吸收率和在400℃的大约0.15的辐射系数，这证明了该涂层适合于用在热电工厂的太阳能热收集器和CCP太阳能收集器中。
实施例2具有基于镍(Ni)和硅铝氧化物(SiAIOx)的双区域吸收结构的选择性吸收涂层。
在不锈钢304的基板(1)上，沉积110nm的Ni层。在该Ni层上沉积由两个不同区域组成的吸收多层结构。第一区域具有总厚度78nm，由厚度0.085nm的340层SiAlOx与厚度0.145nm的另外340层Ni交替组成。第二区域具有总厚度55nm，由厚度0.08nm的490层SiAlOx与厚度0.03nm的另外490层Ni交替组成。这些层的每一层厚度理解为石英晶体微天平测量得到数据的平均厚度。在吸收多层结构上设置67nm厚度的SiAlOx抗反射层。
为了测量太阳吸收率和热辐射系数，进行实施例2的涂层的光谱研究，图6所示是可见光-红外波段、以及太阳能光谱和400℃的热辐射谱的反射率。该涂层表明，在太阳谱区域的低反射率值意味着高吸收率，以及在热辐射区域的高反射率意味着低辐射系数。测量的总值，得到大约97.5％的太阳吸收率和在400℃的大约0.08的辐射系数，这证明了该涂层适合于用在热电工厂的太阳热收集器和CCP太阳能收集器中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其包括：
金属、电介质或陶瓷材料的基板(1)，
至少一层沉积在基板(1)上的金属层(2)，其在中远红外具有高反射率，
沉积在反射金属层(2)上的吸收多层结构(3)，其由电介质层(5)与金属层(6)交替组成，以及
至少一层沉积在吸收多层结构(3)上的抗反射电介质层(4)；
其特征在于，所述吸收多层结构(3)的电介质层(5)各层相互之间可以具有相同或不同的厚度和/或组成，以及所述吸收多层结构(3)的金属层(6)各层相互之间可以具有相同或不同的厚度和/或组成，其中吸收多层结构(3)的金属层(6)和电介质层(5)的每一层厚度小于10nm，优选小于1nm，所述吸收多层结构(3)的整体厚度在5-1000nm之间，其中，采用包括惰性气体和反应气体的反应溅射方法在腔室或部分腔室沉积太阳能选择性吸收涂层的电介质类层，使得这些电介质层沉积，而通过在腔室或部分腔室中仅引入惰性气体采用DC溅射方法沉积太阳能选择性吸收涂层的金属层，使得这些金属层沉积。
2.根据权利要求1的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能吸收涂层，其特征在于，所述吸收多层结构(3)是具有相同组成和厚度的电介质层(5)和具有相同组成和厚度的金属层(6)的均质区域。
3.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收多层结构(3)包括两个或多个均质区域，使得从一个区域到另一个区域电介质层(5)的材料和/或厚度不同，以及从一个区域到另一个区域金属层(6)的材料和/或厚度不同。
4.根据权利要求2和3所述的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，在均质区域中的金属层(6)和/或电介质层(5)彼此之间具有不同的厚度。
5.根据权利要求4所述的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，整个区域中金属层(6)和/或电介质层(5)厚度呈梯度变化。
6.根据权利要求2和3所述的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，在均质区域中的金属层(6)和/或电介质层(5)彼此之间具有相同的厚度。
7.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述基板(1)是钢、不锈钢、铜或铝或它们的组合的金属材料。
8.根据权利要求7所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述金属材料的基板(1)经过表面层氧化处理或热处理。
9.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述基板(1)是玻璃、石英、聚合物材料或陶瓷材料、或它们的组合的电介质材料。
10.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述高反射金属层(2)由选自银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、或它们中的两种及以上金属混合物、或这些金属的合金中的金属材料组成。
11.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收结构(3)的电介质材料层(5)由金属性氧化物和/或金属性元素氮化物组成，其反射率在1.4-2.4之 间。
12.根据权利要求11所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述电介质材料(5)是选自锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、硅氧化物、镍氧化物、铬氧化物、铌氧化物、钽氧化物或它们的混合物的金属性氧化物，和/或选自硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物的金属性元素氮化物。
13.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收结构(3)的金属层(6)由选自银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、或它们中的两种及以上金属混合物、或这些金属的合金中的金属材料组成。
14.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述抗反射电介质层(4)由金属性氧化物和/或金属性元素氮化物组成，其反射率在1.4-2.4之间。
15.根据权利要求14所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述抗反射电介质层(4)是选自锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、硅氧化物、镍氧化物、铬氧化物、铌氧化物、钽氧化物或它们的混合物的金属性氧化物，或选自硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物的金属性元素氮化物。
16.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，每一层高反射金属层(2)的厚度在5-1000nm之间。
17.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，每一层抗反射电介质材料层(4)的厚度在5-1000nm之间。
18.根据权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，其具有大于95％的太阳能吸收率，以及在400℃下的低于0.2的辐射系数。
19.根据权利要求3所述的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，其包括：不锈钢基板(1)；300nm的钼的高反射金属层(2)；由两个区分区域组成的多层结构(3)，其中第一区域总厚度为52nm，第一区域由0.08nm厚度的285层硅和铝氧化物(SiAlOx)(5)与厚度0.1nm的另外285层Mo(6)交替组成，第二区域总厚度为57nm，第二区域由0.08nm厚度的390层硅和铝氧化物(SiAlOx)(5)与厚度0.06nm的另外390层Mo(6)交替组成；以及厚度87nm的SiAlOx的抗反射层(4)。
20.根据权利要求3所述的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，其包括：不锈钢基板(1)；110nm的镍的高反射金属层(2)；由两个区分区域组成的多层结构(3)，其中第一区域总厚度为78nm，第一区域由0.085nm厚度的340层硅和铝氧化物(SiAlOx)(5)与厚度0.145nm的另外340层Ni(6)交替组成，第二区域总厚度为55nm，第二区域由0.03nm厚度的490层硅和铝氧化物(SiAlOx)(5)与厚度0.03nm的另外490层Ni(6)交替组成；以及厚度67nm的SiAlOx的抗反射层(4)。

Claims (29)

1.一种具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，其由以下组成：
金属、电介质或陶瓷材料的基板(1)；
至少一层沉积在基板(1)上的金属层(2)，其在中远红外具有高反射率；
沉积在反射金属层(2)上的吸收多层结构(3)，其由相同或不同厚度和/或组成的电介质层(5)与金属层(6)交替组成；以及
至少一层沉积在吸收多层结构(3)上的抗反射电介质层(4)。
2.根据权利要求1的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，吸收多层结构(3)包括具有相同组成的电介质层(5)和具有相同组成的金属层(6)的均质区域。
3.根据权利要求1的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，吸收多层结构(3)包括两个或多个均质区域，以致从一个区域到另一个区域电介质层(5)的材料或组成不同，以及从一个区域到另一个区域金属层(6)的材料或组成不同。
4.根据权利要求2和3的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，在均质区域中的金属层(6)和/或电介质层(5)彼此之间具有不同的厚度。
5.根据权利要求4的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，整个区域中其厚度呈梯度变化。
6.根据权利要求2和3所述的具有太阳能吸收性能和低辐射系数的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，在均质区域中的金属层(6)和/或电介质层(5)彼此之间具有相同的厚度。
7.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述基板(1)是钢、不锈钢、铜或铝或它们的组合中的金属材料。
8.根据权利要求7所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，金属材料的基板(1)经过表面层氧化或热处理的处理。
9.根据权利要求1-6所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述基板(1)是玻璃、石英、聚合物材料或陶瓷材料、或它们的组合中的电介质材料。
10.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述高反射金属层(2)由选自下述组中的金属材料组成：银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、或它们中的两种及以上金属混合物、或这些金属的合金。
11.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收结构(3)的电介质材料层(5)由金属性氧化物和/或金属性元素氮化物组成，其反射率在1.4-2.4之间。
12.根据权利要求11所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述电介质材料(5)是选自锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、硅氧化物、镍氧化物、铬氧化物、铌氧化物、钽氧化物或它们的混合物中的金属性氧化物，和/或选自硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物中的金属性元素的氮化物。
13.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收结构(3)的金属层(6)由选自银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、或它们中的两种及以上金属混合物、或这些金属的合金中的金属材料组成。
14.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，抗反射电介质层(4)由金属性氧化物和/或金属性元素氮化物组成，其反射率在1.4-2.4之间。
15.根据权利要求14所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述抗反射电介质层(4)是选自锡氧化物、锌氧化物、铝氧化物、钛氧化物、硅氧化物、镍氧化物、铬氧化物、铌氧化物、钽氧化物或它们的混合物中的金属性氧化物，或选自硅氮化物、铬氮化物和铝氮化物或它们的混合物中的金属性元素氮化物。
16.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，每一层高反射金属层(2)的厚度在5-1000nm之间。
17.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，每一层抗反射电介质材料层(4)的厚度在5-1000nm之间。
18.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，每一层所述吸收多层结构(3)的金属层(6)和电介质层(5)的厚度小于10nm，优选小于1nm，以及所述吸收多层结构(3)的整体厚度在5-1000nm之间。
19.根据权利要求18所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收多层结构(3)的金属层(6)和电介质层(5)每一层的厚度小于1nm。
20.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，组成吸收涂层的不同层采用物理气相沉积法(PVD)沉积。
21.根据权利要求20所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，组成吸收涂层的不同层采用磁控溅射方法沉积。
22.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，其具有大于95％的太阳能吸收率，以及在400℃下的低于0.2的辐射系数。
23.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层的用途，用作加热或家庭冷却系统的热水中的选自钢、不锈钢、铜、铝、玻璃或聚合物材料的薄片材料或管的涂层。
24.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层的用途，用作塔型太阳能热电厂的吸收元件中用的选自钢、不锈钢、铜、铝、或陶瓷材料的薄片材料或管的涂层。
25.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层的用途，用作斯特林盘系统的吸收元件中用的选自钢、不锈钢、铜、铝或陶瓷材料的薄片材料或管的涂层。
26.根据上述任一项权利要求所述的太阳能选择性吸收涂层的用途，用作太阳能热电厂的圆柱抛物收集器的吸收管中用的选自钢、不锈钢、铜、铝、或陶瓷材料的薄片材料或管的涂层。
27.根据权利要求1-22的制备太阳能选择性吸收涂层的方法，其特征在于，其包括下述步骤：
将第一金属层(2)加到金属或电介质材料的基板(1)上，
在第一金属层(2)上沉积形成吸收多层结构(3)的第一层，其中该层可以是电介质材料(5)或金属材料(6)，
该吸收多层结构(3)的第一层之后，剩余金属层(6)和电介质层(5)交替沉积，
该吸收多层结构(3)的最后一层之后，添加形成抗反射结构(4)的不同层。
28.根据权利要求27的制备太阳能选择性吸收涂层的方法，其特征在于，使用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)方法连续添加不同的层。
29.根据权利要求28所述的制备太阳能选择性吸收涂层的方法，其特征在于，使用磁控溅射的方法。
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