CN102582150B - 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102582150B
CN102582150B CN201210047108.7A CN201210047108A CN102582150B CN 102582150 B CN102582150 B CN 102582150B CN 201210047108 A CN201210047108 A CN 201210047108A CN 102582150 B CN102582150 B CN 102582150B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
layer
chamber
matrix
sccm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210047108.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102582150A (zh
Inventor
范真
杨娟
丁建宁
郭立强
程广贵
凌智勇
张福庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201210047108.7A priority Critical patent/CN102582150B/zh
Publication of CN102582150A publication Critical patent/CN102582150A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102582150B publication Critical patent/CN102582150B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及薄膜技术和太阳能技术等新能源开发技术领域，特指一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法。本发明采用双层AlN作为减反射层，采用单层Si作为膜系的吸收层，采用铝板作为膜系的基体，其中基体采用MEMS工艺方法处理成具有微坑结构的形状；为了使膜与基体结合良好和提高红外反射，首先在基体上镀一层铝膜，该膜系从顶层至底层依次为：双层AlN膜减反射层、单层Si吸收层、单层铝膜红外反射层。本发明具有“制备工艺简单，吸收率/发射率高”的优点；基体表面所形成的微坑结构可实现对太阳光的多次反射以增加光吸收；双层AlN膜可有力地减少膜表面对太阳光可见光的反射。

Description

一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜技术和太阳能技术等新能源开发技术领域，设计了一种新型的太阳能选择性吸收膜系，利用磁控溅射技术在经MEMS工艺方法处理后基体上进行了制备，特指一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法。
背景技术
太阳能热水器是通过光—热转化原理，将太阳能转化为高品位的热能以满足绝大多数消耗热能场合对能源需求的装置；太阳能热水器大大减少了人类对传统能源的使用，为能源的可持续发展作出积极贡献，目前平板型太阳能热水器由于与建筑结合一体化、外表美观、热效率高等一系列优势成为太阳能热水器发展的潮流和趋势；平板太阳能热水器开发技术中采用了太阳光谱选择性吸收薄膜，大幅地提高了热水器的光热转换效率，当前国内外关于各种太阳能选择性吸收薄膜的研究方兴未艾，如何高效地利用太阳能既是当前和长远社会发展所需解决的问题，也是广大科技工作者深感兴趣的重大研究课题。
太阳辐射能量主要集中在波长为( 0.3 ~ 2.1 )                                                的可见光谱范围内，利用选择性吸收薄膜的目的是对可见光区有较高的吸收率，对红外光区有较低的发射率；国内外研究者都在致力于寻找吸收性更好的材料、膜系结构及高效无污染的制备工艺；研究发现某些金属、金属氧化物、金属硫化物和半导体等发色体粒子中电子跃迁能级与可见光谱区的光子能量较为匹配，是制备太阳能选择性薄膜的主要材质；通过本发明前期研究表明通过添加电介质制成的抗反射薄膜可有效地提高薄膜吸收率；本发明设计了一种新型的太阳能选择性吸收膜系结构，如图1所示，该新型太阳能选择性吸收膜系具有“制备效率高、成本低和制作简单”等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法，以提高太阳能热水器的光—热转换效率，它具有“制备效率高、成本低和制作简单”等优点。
一种太阳能选择性吸收膜系，以铝板作为膜系的基体，其特征在于：所述吸收膜系从顶层至底层依次为：作为减反射层的双层AlN膜，第一层膜厚30~40nm，第二层膜厚40~50nm；作为吸收层的单层Si膜，膜厚70~100nm；作为红外反射层的单层铝膜，膜厚50~60nm；和基体铝板，所述基体铝板上均匀布有圆形凹坑，所述圆形凹坑的直径小于红外光波长。
所述的一种太阳能选择性吸收膜系，其特征在于：所述圆形凹坑的直径为2.0，所述每
cm2的基体铝板上均匀布有105个圆形凹坑。
本发明采用双层AlN作为减反射层，采用单层Si作为膜系的吸收层，采用铝板作为膜系的基体，其中基体采用MEMS工艺方法处理成具有微坑结构的形状，如图2所示；为了使膜与基体结合良好和提高红外反射，首先在基体上镀一层铝膜，该膜系从顶层至底层依次为：双层AlN膜减反射层、单层Si吸收层、单层铝膜红外反射层。
本发明解决其关键问题所采用的技术方案是采用刻蚀方法对基体进行微坑结构制备和利用磁控溅射技术生长减反射层、吸收层、红外反射层，其中通过控制溅射参数严格控制各膜层的厚度以及各膜层之间的界面特性。据此，其核心加工工艺如下：
1、              在洁净Al基体上制备微坑结构；
2、              单层铝膜红外反射层制备,在具有微坑结构的基体上制备单层Al膜；
3、              单层Si吸收层制备；
4、              双层AlN膜减反射层制备。
  上述制备方案中，步骤1中所用基体为Al板，采用光刻蚀法在基体表面刻蚀微坑结构，以增强光吸收性能；同时微坑结构的尺寸小于红外光波长，以实现对可见光及近红外光的吸收和对红外光的反射作用。
上述制备方案中，步骤2中利用磁控溅射技术制备铝膜时，所用靶材为Al靶，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Al膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为200℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；溅射直至获得所需厚度的Al膜。
上述制备方案中，步骤3中利用磁控溅射技术制备Si膜时，所用靶材为硅靶，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为250℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；溅射直至获得所需厚度的Si膜。
上述制备方案中，步骤4中利用磁控溅射技术制备双层AlN膜减反射层时，所用靶材为Al靶；第一层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为200℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为40 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为40 sccm；溅射直至获得所需厚度的AlN膜；第二层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为250℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为60 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为20 sccm；溅射直至获得所需厚度的AlN膜。
本发明的有益效果：设计了一种新型的太阳能选择性吸收膜系结构，该新型太阳能选择性吸收膜系具有“制备工艺简单，吸收率/发射率高”的优点；基体表面所形成的微坑结构可实现对太阳光的多次反射以增加光吸收；双层AlN膜可有力地减少膜表面对太阳光可见光的反射。
附图说明
图1是本发明的太阳能选择性吸收膜系结构示意图；
图2是本发明的基体表面微凹陷结构分布示意图。
具体实施方式
1. 太阳能选择性吸收膜系结构设计
在Al基体上设计各膜层以实现对太阳可见光及近红外的吸收和低发射，见图1；为使透射光在基体表面产生多次反射和增加光吸收，在基体表面制造了微坑结构，且其微坑结构直径小于红外线波长可实现对红外光的反射。
2．太阳能选择性吸收膜的制备
2.1 基体的清洗
用磷酸清洗Al板基材，Al板尺寸为10cm×2cm；
酒精超声波清洗15分钟；
用去离子水冲洗基材表面；
用高纯氮气吹干。
上述制备方案中，步骤2中利用磁控溅射技术制备铝膜时，所用靶材为Al靶（直径为100 mm，厚度为5 mm)，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Al膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为200℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；所用溅射时间为5 min，所得Al膜厚度为60nm。
上述制备方案中，步骤3中利用磁控溅射技术制备Si膜时，所用靶材为硅靶（直径为100 mm，厚度为5 mm)，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为250℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；所用溅射时间为300 min，所得Si膜厚度为100nm。
上述制备方案中，步骤4中利用磁控溅射技术制备双层AlN膜减反射层时，所用靶材为Al靶（直径为100 mm，厚度为5 mm)。第一层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为200℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为40 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为40 sccm；所用溅射时间为300 min，所得AlN膜厚度为40nm。第二层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为250℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为60 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为20 sccm；所用溅射时间为300 min，所得AlN膜厚度为50nm。
2.2 制备设备及材料
      设备：光刻蚀机、超声波清洗设备、溅射台；材料：光刻胶、氩气（纯度99.999%）、氮气（纯度99.999%）、铝靶（纯度99.99%）、硅靶（纯度99.999%）、酒精、棉絮等。
2.3 基体表面处理
将清洗完成后的Al基体，放入光刻蚀机中，采用预先设计出的掩膜图案，在基体表面刻蚀出微坑结构，刻蚀时间为5 min；刻蚀过程中采用氮气做保护气体，流量为20 sccm，微坑直径2.0，密度105个/cm2，即Al板上的圆形凹坑的个数为2×106个，以增强光吸收性能；同时实现对可见光及近红外光的吸收和对红外光的反射作用。
2.3  各层膜的生长
利用磁控溅射技术制备铝膜时，所用靶材为Al靶，Al靶直径为100 mm，厚度为5 mm，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Al膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为200℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；所用溅射时间为5 min，所得Al膜厚度为60nm。
利用磁控溅射技术制备Si膜时，所用靶材为硅靶，硅靶直径为100 mm，厚度为5 mm，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为250℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；所用溅射时间为300 min，所得Si膜厚度为100nm。
利用磁控溅射技术制备双层AlN膜减反射层时，所用靶材为Al靶，Al靶直径为100 mm，厚度为5 mm；第一层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为200℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为40 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为40 sccm；所用溅射时间为300 min，所得AlN膜厚度为40nm；第二层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为250℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为60 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为20 sccm；所用溅射时间为300 min，所得AlN膜厚度为50nm。
2.4 封装及其他后续工艺处理。
实施效果：本发明的太阳能选择性吸收膜系对波长为300~2100 nm范围内光波的平均吸收率可达96.5%以上，其吸收发射比为8~13。 

Claims (2)

1.一种太阳能选择性吸收膜系，以铝板作为膜系的基体，其特征在于：所述吸收膜系从顶层至底层依次为：作为减反射层的双层AlN膜，第一层膜厚30~40nm，第二层膜厚40~50nm；作为吸收层的单层Si膜，膜厚70~100nm；作为红外反射层的单层铝膜，膜厚50~60nm；和基体铝板；所述基体铝板上均匀布有圆形凹坑，所述圆形凹坑的直径小于红外光波长；所述圆形凹坑的直径为2.0                                               ，所述每cm2的基体铝板上均匀布有105个圆形凹坑。
2.如权利要求1所述的一种太阳能选择性吸收膜系的制备方法，包括在洁净Al基体上制备微坑结构的步骤；在具有微坑结构的基体上制备单层Al膜的步骤；单层Si吸收层制备的步骤；双层AlN膜减反射层制备的步骤，其特征在于：所述的在具有微坑结构的基体上制备单层Al膜的步骤为：利用磁控溅射技术制备铝膜时，所用靶材为Al靶，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Al膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为200℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；溅射直至获得所需厚度的Al膜；所述单层Si吸收层制备的步骤为：利用磁控溅射技术制备Si膜时，所用靶材为硅靶，溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应中所用腔室温度为250℃；所用保护气体为Ar气，流量为80 sccm；溅射直至获得所需厚度的Si膜；双层AlN膜减反射层制备的步骤为：利用磁控溅射技术制备双层AlN膜减反射层时，所用靶材为Al靶；第一层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在200℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为200℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为40 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为40 sccm；溅射直至获得所需厚度的AlN膜；第二层AlN膜溅射生长前腔室压强预抽至1.6×10-4 Pa，腔室在250℃条件下预热处理60 min，以减小腔室中氧原子对Si膜的氧化作用；反应时所用腔室温度为250℃；所用反应气体为高纯N2气，流量为60 sccm；所用保护气体为Ar气，流量为20 sccm；溅射直至获得所需厚度的AlN膜。
CN201210047108.7A 2012-02-28 2012-02-28 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法 Expired - Fee Related CN102582150B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210047108.7A CN102582150B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210047108.7A CN102582150B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102582150A CN102582150A (zh) 2012-07-18
CN102582150B true CN102582150B (zh) 2014-07-30

Family

ID=46471641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210047108.7A Expired - Fee Related CN102582150B (zh) 2012-02-28 2012-02-28 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102582150B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103868261B (zh) * 2012-12-13 2016-04-27 郑金祥 高温高效太阳热能吸收膜及其制造方法
CN103868260B (zh) * 2012-12-13 2016-04-06 郑金祥 太阳能集热器的薄膜成型方法
CN103868252A (zh) * 2012-12-17 2014-06-18 广东工业大学 双面涡旋相变储能太阳能恒温供热设备
CN103350532B (zh) * 2013-07-22 2015-10-28 江苏大学 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN104570165B (zh) * 2015-01-09 2017-07-14 浙江大学 一种基于损耗材料薄膜的增透系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2747518Y (zh) * 2004-11-19 2005-12-21 邹定国 具有太阳能选择性吸收涂层的中高温型太阳能集热管
CN201373612Y (zh) * 2009-02-17 2009-12-30 东莞市康达机电工程有限公司 太阳能高温选择性吸收膜

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2747518Y (zh) * 2004-11-19 2005-12-21 邹定国 具有太阳能选择性吸收涂层的中高温型太阳能集热管
CN201373612Y (zh) * 2009-02-17 2009-12-30 东莞市康达机电工程有限公司 太阳能高温选择性吸收膜

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effects of roughness on TiNxOy-Cu selective absorbers;M.Lazarov等;《Proc. SPIE》;19921125;第1727卷;第34页 *
M.Lazarov等.Effects of roughness on TiNxOy-Cu selective absorbers.《Proc. SPIE》.1992,第1727卷
太阳能选择性吸收涂层;胡万里等;《可再生能源》;20050630;第121卷(第3期);全文 *
胡万里等.太阳能选择性吸收涂层.《可再生能源》.2005,第121卷(第3期),

Also Published As

Publication number Publication date
CN102582150A (zh) 2012-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102071396B (zh) 锗量子点掺杂纳米二氧化钛复合薄膜的制备方法
CN102582150B (zh) 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN105047742A (zh) 一种双面n型晶体硅电池及其制备方法
CN102964067A (zh) 用于太阳能光伏玻璃的SiO2增透薄膜及其制备方法
CN109244184A (zh) 一种双面氧化铝结构的perc双面电池及其制备方法
CN102403376B (zh) 含有硅量子点的n-i-p异质结太阳能电池及其制备方法
CN102403369A (zh) 一种用于太阳能电池的钝化介质膜
CN103032978A (zh) 一种菲涅尔式太阳能热发电用选择性吸收涂层及其制备方法
CN105226115A (zh) 一种n型晶硅电池及其制备方法
CN103474483A (zh) 一种周期性结构的背反射电极及其制备方法
CN104051575A (zh) 一种仿生双面受光太阳能电池的制作工艺
CN102332499A (zh) 一种利用微颗粒制备双结构绒面透明电极的方法
CN105405904A (zh) 一种控制铜铟镓金属预制层在高温硒化过程中钼和硒反应的方法及铜铟镓硒薄膜太阳能电池
CN105742402B (zh) 一种叠层太阳能电池的制备方法及其结构
CN111244219B (zh) 基于硅基单面集成吸收发射器的太阳能热光伏电池
CN103985783B (zh) 利用磁控溅射法在柔性衬底上制备铜锌锡硫薄膜的方法
CN105914244B (zh) 一种提高CZTS/CdS异质结整流比的方法
CN101399292A (zh) 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件
CN105546857B (zh) 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN105568238A (zh) 具有太阳能选择性吸收薄膜膜系的制备方法
CN103350532B (zh) 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN105185864B (zh) 一种钝化发射区背面局部扩散晶硅太阳能电池制备方法
CN101707218B (zh) 一种共极型薄膜太阳电池的制备方法
CN105448707A (zh) 一种利用陶瓷衬底制备多晶硅薄膜的方法
CN109148611A (zh) 一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140730

Termination date: 20170228

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee