CN102323632A - 用于太阳能热发电的反射银镜及其制作方法 - Google Patents

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郭廷玮
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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能热发电的反射银镜，包括超白超薄玻璃以及呈抛物状的基板玻璃；在超白超薄玻璃的前表面镀布有高透自洁薄膜层，在超白超薄玻璃的后表面镀布有Al2O3粘接层，在Al2O3粘接层上镀布有Ag反射层，具有上述镀膜的超白超薄玻璃通过粘接层整体固定于基板玻璃的抛物面上。本发明具有反射率高以及耐候性好的优点。

Description

用于太阳能热发电的反射银镜及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能热发电技术领域，具体涉及一种用于太阳能热发电的反射银镜及其制作方法。
背景技术
槽式太阳能热发电的反射镜为抛物面反射镜，国际上目前主要有玻璃后表面镜和金属前表面镜等，金属前表面镜多用不锈钢前表面抛光(贴膜)或者高纯铝前表面抛光氧化工艺，耐候性差，不能满足太阳能发电长达20-30年以上的使用寿命；而镀银玻璃后表面镜是最常见最有希望长期使用的反射镜。
目前，国际上能长期使用的经得起环境考验的槽式反射镜就是玻璃后表面镜，这种镀银玻璃后表面镜大多数是用湿化学或磁控溅射方法在玻璃后表面镀制银及其保护层而得到的玻璃后表面镜，其耐候性相对于前表面镜来说要好，反射率在93.5％-94％。但是这种后表面镜主要采用单片玻璃及反射层等构成，如申请号为201010118047.x的中国发明专利公开了一种耐候银镜(见图1)，其包括透明基板1，镀布在透明基板一侧面上的第一Al2O3粘接层2，镀布在第一Al2O3粘接层2表面的Ag反射层3，镀布在Ag反射层3表面的第二Al2O3粘接保护层4，第二Al2O3粘接保护层4表面镀布有SiOX保护层。该专利申请所公开的耐候银镜存在以下缺点：
第一：由于是单片的透明基板1，为了保证在装配后具有一定的使用强度，该透明基板1的厚度为3mm-4mm，而透明基板1本体是呈聚焦弯曲状的，这种形状是将透明基板本体采用“镀弯镜”的方法弯曲成型的，弯曲成型后，再在透明基板1的表面依次镀上第一Al2O3粘接层2表面和Ag反射层3。由于是在弯曲的弧面上镀Ag反射层3，其所采用的镀膜机中的靶基距并不是处处相等的，因此，所镀出的银膜层厚度并非是均匀的，银膜层上不同位置的反射率存在很大的差距，使耐候银镜的整体反射率受到了影响。再者，透明基板1的厚度为3mm-4mm，其厚度较厚，透明基板1本射增加了对太阳光的吸收，使到达反射银层的太阳光减少，导致其透射率降低，这样也对反射率产生了影响，因此，综合上述两方面的因素，上述耐候银镜的反射率最多也就达到94％。
第二：上述耐候银镜的另一侧面为裸镜面，由于银镜使用时是整体暴露在所处环境中的，使用时间长久后，空气中的灰尘会沉积在银镜的表面，对于这种没有自清洁作用的银镜来说，如果通过人为的方式对银镜进行清洗，不但耗时耗力，增加使用成本，而且如果一旦不清洗则使反射率大打折扣。再者，如银镜所处的环境较为恶劣，例如靠近于沙漠地带，这种环境下的风沙均是很大的，沙尘也就很容易地沉积在银境的表面，在不能自清洁的情况下，会降低银镜的反射率。
第三：上述透明基板1本体是呈聚焦弯曲状。由于透明基板的抛物面对于反射率有决定作用，而透明基板的抛物面的精度完全取决于制作工艺，透明基板成型后，抛物面的精度是无法更改或调整的。而对于一个太阳能热发电设备中，包含了N多块这样的透明基板组成的反射银镜，由于透明基板的抛物面的精度的差距，会导致这些反射银镜的反射率差距较大。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种反射率高以及耐候性好的用于太阳能热发电的反射银镜。
实现上述发明目的的技术方案如下：
用于太阳能热发电的反射银镜，包括超白超薄玻璃以及呈抛物状的基板玻璃；在超白超薄玻璃的前表面镀布有高透自洁薄膜层，在超白超薄玻璃的后表面镀布有Al2O3粘接层，在Al2O3粘接层上镀布有Ag反射层，具有上述镀膜的超白超薄玻璃通过粘接层整体固定于基板玻璃的抛物面上。
本发明的另一目的是提供一种反射率高以及耐候性好的用于太阳能热发电的反射银镜的制作方法，具体技术方案如下：
步骤1，采用磁控溅射溶胶-凝胶喷镀法在已经经过化学钢化并经过清洗的超白超薄玻璃前表面上，依次镀上SiO2薄膜层以及TiO2薄膜层后，进行380C固化处理；
步骤2，在超白超薄玻璃的后表面上，采用中频反应磁控溅射镀膜，步骤如下：
(1)将步骤1镀膜后的超白超薄玻璃装入镀膜室内，其后表面朝向镀膜机靶面，抽真空至5×10-3；
(2)向真空镀膜室通入纯度为99％的氩气，流量200sccm，使镀膜室内的真空度达4×10-1；
(3)开启铝材靶中频电源，待电压稳定后，向镀膜室通入氧气，氧气流量从50sccm增加到250sccm，打开铝材靶挡板，向超白超薄玻璃的后面表溅射沉积Al2O3，Al2O3膜厚达到60-120nm；
(4)关闭中频电源和停止供氧，将镀膜室真空度抽到6×10-3Pa，通氩气到4×10-1Pa，然后开启直流靶电源，打开银材靶挡板向Al2O3薄膜层表面溅射沉积Ag，Ag膜厚度达到120-150nm关闭直流靶电源；
步骤3，将步骤2得到的镀膜超白超薄玻璃，采用粘接层固定于抛物状的基板玻璃的抛物面上。
采用了上述方案，由于采用了超白超薄玻璃，超白超薄玻璃经化学钢化后，其表面光洁度不受影响，机械强度比物理钢化高出3-5倍，超白超薄的含铁量低，光线照射到该玻璃上具有很好的透射率，0.85-1.6mm厚的超白超薄玻璃，具有非常好的柔性，利用其这种柔性，可以很方便地将其固定在抛物面或者是弧面上。超白超薄玻璃化学钢化后在磁控溅射镀膜时是一张平板玻璃(在与基板玻璃进行装配前都是平板状)，不像弯曲玻璃哪样不平，溅射用的靶子靶基距处处相等，镀布各层薄膜时成膜均匀，沉积的薄膜质量有保证，由于以上因素，本发明的反射银镜的反射率可达96％以上。在超白超薄玻璃的前表面镀布有高透自洁薄膜层，通过高透自洁薄膜层一来可以增加太阳光的透射率，二来通过下雨或喷水可以自动清洁，将沉积在反射银镜表面的灰尘清洗掉，不仅节省人工清洗费用，还可长期保持高反射率。另外，本发明的反射银镜的银反射层夹在超白超薄玻璃与基板玻璃之间，既不会受到外界大气中污染物的腐蚀与影响，又不会受到风砂走石等划伤，可长期保持高的反射率而不衰减。具有多层镀膜的超白超薄玻璃通过粘接层整体固定于基板玻璃的抛物面上，由于基板玻璃通过热弯成型，其具有精确的抛物面形状，在成为反射银镜后，保证将太阳光准确地聚焦到位于其焦线的集热管上。
综上所述，本发明的反射银镜不但提高了反射率，而且还具有自清洁的作用，使反射银镜的反射率长期得到保证，另外，由于银反射层被夹持在超白超薄玻璃与基板玻璃之间，不会轻易地受到破坏，因此，本发明的反射银镜使用寿命可以长达20-30年。
附图说明
图1为本发明的反射银镜的结构示意图；
附图中，10为超白超薄玻璃，11为SiO2薄膜层，12为TiO2薄膜层，13为Al2O3粘接层，14为Ag反射层，15为保护层，16为粘接层，20为基板玻璃。
具体实施方式
参照图1，本发明的用于太阳能热发电的反射银镜，包括超白超薄玻璃10以及呈抛物状的基板玻璃20。超白超薄玻璃10经化学钢化后，表面光洁度不受影响，，机械强度比物理钢化高3-5倍，并具有非常好的柔性。超白超薄玻璃10的厚度为0.85-1.6mm，优选厚度为1mm。超白超薄玻璃化学钢化后在磁控溅射镀膜时是一张平板玻璃(在与基板玻璃进行装配前都是平板状)，不像弯曲玻璃哪样不平，溅射用的靶子靶基距处处相等，成膜均匀，沉积的薄膜质量有保证。
参照图1，在平板状的超白超薄玻璃10的前表面镀布有高透自洁薄膜层，高透自洁薄膜层通过磁控溅射或溶胶-凝胶法镀布在超白超薄玻璃10前表面上。高透自洁薄膜层由镀布在超白超薄玻璃前表面上的SiO2薄膜层11，以及镀布在SiO2薄膜层表面上的TiO2薄膜层12组成。SiO2薄膜层11具有增透性，所述SiO2薄膜层的厚度为80-120nm。SiO2薄膜层11可以减少太阳光在超白超薄玻璃10表面的反射，因此，增加了太阳光透过超白超薄玻璃10的透射率，有助于反射率的提高。
参照图1，TiO2薄膜层的厚度为80-100nm，优选地，TiO2薄膜层的厚度为85nm。TiO2薄膜层12具有良好的亲水性，在下雨或喷水时可以自动进行清洁，把沉积在膜层表面的灰法给带走。如果进行自动清洗，可以设置一个自清洗控制装置，该装置可以由定时器、控制器、电磁阀等组成，定时器主要是设置清洗的时间，并把该时间信号传递给控制器，由控制器控制电磁阀的开启和关闭，从而控制喷水。
参照图1，由于银反射层与超白超薄玻璃10的粘合能力差，因此在平板状的超白超薄玻璃的后表面通过磁控溅射工艺镀布一层Al2O3粘接层13，该Al2O3粘接层13的厚度为60-120nm，Al2O3粘接层13作为超白超薄玻璃10后表面与银反射层的粘结剂，镀银反射层时有助于使银反射层附在其上。
参照图1，在Al2O3粘接层上通过磁控溅射工艺镀布有Ag反射层14，该Ag反射层的厚度为120-150nm，Ag反射层的优选厚度为140nm。镀银反射面采用磁控溅射工艺，膜层致密，附着力强，反射率高，且构成复合镜面后，这层高反射层夹在超白超薄玻璃10与基板玻璃20之间，既不会受到外界大气中污染物的腐蚀与影响，又不会受到风砂走石等划伤，可长期保持高的反射率而不衰减。
参照图1，在Ag反射层14的表面还镀布有保护层15，该保护层15为Cu薄膜层，保护层15的厚度为100-120nm，保护层15的优选厚度为105nm。保护层15主要是保护Ag反射层14不被氧化。
参照图1，具有上述镀膜的超白超薄玻璃10通过粘接层16整体固定于基板玻璃20的抛物面上，粘接层16为PVB胶片或改性结构胶。虽然超白超薄玻璃10为平板状，但是由于其具有很好的柔性，可以变换成弧形状或抛物状，因此，其能适应于基板玻璃20的抛物面的形状，在精确的型模中将超白超薄玻璃与基板玻璃粘合在一起，形成一种即具有高的反射率又具有精确抛物面形状的曲面镜。
参照图1，本发明的制备用于太阳能热发电的反射银镜的方法，包含以下步骤：
步骤1，采用溶胶-凝胶喷镀法在已经经过化学钢化并经过清洗的平板状的超白超薄玻璃10前表面上，依次镀上SiO2薄膜层以及TiO2薄膜层后，进行380C固化处理。述SiO2薄膜层的厚度为80-120nm，TiO2薄膜层的厚度为80-100nm。超白超薄玻璃采用化学钢化，玻璃表面光洁度不受钢化影响，减少玻璃表面不光滑带来的散射损失，保证了聚光的精度。
步骤2，在超白超薄玻璃10的后表面上，采用中频反应磁控溅射镀膜，步骤如下：
(1)将步骤1镀膜后的平板状的超白超薄玻璃装入镀膜室内，其后表面朝向镀膜机靶面，抽真空至5×10-3；
(2)向真空镀膜室通入纯度为99％的氩气，流量200sccm，使镀膜室内的真空度达4×10-1；
(3)开启铝材靶中频电源，待电压稳定后，向镀膜室通入氧气，氧气流量从50sccm增加到250sccm，使靶电压稳定在450V，打开铝材靶挡板，向平板状的超白超薄玻璃的后面表溅射沉积Al2O3，Al2O3膜厚达到60-120nm。
(4)关闭中频电源和停止供氧，将镀膜室真空度抽到6×10-3Pa，通氩气到4×10-1Pa，然后开启直流靶电源，电流和电压分别为10A，530V。打开银材靶挡板向Al2O3薄膜层表面溅射沉积Ag，Ag膜厚度达到120-150nm关闭直流靶电源。
(5)镀好Ag薄膜层后，还将进行镀Cu薄膜层的步骤，即将直流电源切换到Cu靶，打开Cu靶挡板，电流和电压分别为10A和400V，在Ag薄膜层的表面上溅射沉积Cu，当Cu薄膜层的厚度达到100-120nm时，关闭电源，并停止供氩气。
步骤3，将步骤2得到的镀膜超白超薄玻璃，采用粘接层固定于抛物状的基板玻璃的抛物面上。基板玻璃是采用4mm厚的浮法玻璃在700C下热弯，钢化成为具有抛物面形状的基板玻璃。基板玻璃采用浮法玻璃热弯成型，物理钢化后，强度高，在精确的型模中与超白超薄玻璃粘合在一起，形成一种即具有高的反射率又具有精确抛物面形状的曲面镜。与采用金属基板相比，成本低，容易实现精度高的抛物面形状。

Claims (10)

1.用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：包括超白超薄玻璃以及呈抛物状的基板玻璃；在超白超薄玻璃的前表面镀布有高透自洁薄膜层，在超白超薄玻璃的后表面镀布有Al2O3粘接层，在Al2O3粘接层上镀布有Ag反射层，具有上述镀膜的超白超薄玻璃通过粘接层整体固定于基板玻璃的抛物面上。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：所述高透自洁薄膜层由镀布在超白超薄玻璃前表面上的SiO2薄膜层，以及镀布在SiO2薄膜层表面上的TiO2薄膜层组成。
3.根据权利要求2所述的用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：所述SiO2薄膜层的厚度为80-120nm，TiO2薄膜层的厚度为80-100nm。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：在Ag反射层的表面还镀布有保护层。
5.根据权利要求1所述的用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：所述保护层为Cu薄膜层。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：超白超薄玻璃的厚度为0.85-1.6mm。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的用于太阳能热发电的反射银镜，其特征在于：所述粘接层为PVB胶片或改性结构胶。
8.制备用于太阳能热发电的反射银镜的方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤1，采用磁控溅射或溶胶-凝胶喷镀法在已经经过化学钢化并经过清洗的超白超薄玻璃前表面上，依次镀上SiO2薄膜层以及TiO2薄膜层后，进行380C固化处理；
步骤2，在超白超薄玻璃的后表面上，采用中频反应磁控溅射镀膜，步骤如下：
(1)将步骤1镀膜后的超白超薄玻璃装入镀膜室内，其后表面朝向镀膜机靶面，抽真空至5×10-3；
(2)向真空镀膜室通入纯度为99％的氩气，流量200sccm，使镀膜室内的真空度达4×10-1；
(3)开启铝材靶中频电源，待电压稳定后，向镀膜室通入氧气，氧气流量从50sccm增加到250sccm，打开铝材靶挡板，向超白超薄玻璃的后面表溅射沉积Al2O3，Al2O3膜厚达到60-120nm；
(4)关闭中频电源和停止供氧，将镀膜室真空度抽到6×10-3Pa，通氩气到4×10-1Pa，然后开启直流靶电源，打开银材靶挡板向Al2O3薄膜层表面溅射沉积Ag，Ag膜厚度达到120-150nm关闭直流靶电源；
步骤3，将步骤2得到的镀膜超白超薄玻璃，采用粘接层固定于抛物状的基板玻璃的抛物面上。
9.根据权利要求8所述的制备用于太阳能热发电的反射银镜的方法，其特征在于：所述基板玻璃是采用浮法玻璃在700C下热弯，钢化成为具有抛物面形状的基板玻璃。
10.根据权利要求8或9所述的制备用于太阳能热发电的反射银镜的方法，其特征在于：步骤2中镀好Ag薄膜层后，还将进行镀Cu薄膜层的步骤，即将直流电源切换到Cu靶，打开Cu靶挡板在Ag薄膜层的表面上溅射沉积Cu，当Cu薄膜层的厚度达到100-120nm时，关闭电源，并停止供氩气。
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