CN103998643A - 具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法 - Google Patents

具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103998643A
CN103998643A CN201280061780.XA CN201280061780A CN103998643A CN 103998643 A CN103998643 A CN 103998643A CN 201280061780 A CN201280061780 A CN 201280061780A CN 103998643 A CN103998643 A CN 103998643A
Authority
CN
China
Prior art keywords
base material
scope
coating
solar selective
titanium
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.)
Granted
Application number
CN201280061780.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103998643B (zh
Inventor
H·C·巴希利亚
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.)
Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Original Assignee
Council of Scientific and Industrial Research CSIR
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 Council of Scientific and Industrial Research CSIR filed Critical Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Publication of CN103998643A publication Critical patent/CN103998643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103998643B publication Critical patent/CN103998643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5873—Removal of material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025—Metallic sublayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0676—Oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3435—Applying energy to the substrate during sputtering
    • C23C14/345—Applying energy to the substrate during sputtering using substrate bias
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/548—Controlling the composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/225—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption for spectrally selective absorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/25—Coatings made of metallic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/30—Auxiliary coatings, e.g. anti-reflective coatings
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
    • Y10T428/24967—Absolute thicknesses specified
    • Y10T428/24975—No layer or component greater than 5 mils thick
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31678—Of metal

Abstract

本发明描述了一种用于太阳能热力发电的改进的多层太阳能选择性涂层。本发明的太阳能选择性涂层主要由Ti/铬间层、两个吸收剂层(AlTiN和AlTiON)和抗反射层(AlTiO)组成。涂层沉积方法将Ti和Al用作源材料，其可大量得到并且易于制造为用于工业应用的溅射靶。本发明允许所有层在单一溅射室中在平面和管状基材上以高吸收率和低发射率沉积，从而使本方法更简单并更经济。本发明的方法可以容易地放大用于在更长的管上进行具有良好均匀性和重现性的沉积。本发明的涂层还表现出改善的粘附性、紫外稳定性、耐腐蚀性和在极端条件下的稳定性。

Description

具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法
发明领域
本发明涉及一种具有高热稳定性的改进型太阳能选择性涂层及其制备方法。更具体地，本发明涉及一种多层太阳能选择性涂层，其包含串联堆叠的钛(Ti)/铬间层、用四阴极反应性非平衡脉冲直流磁控溅射技术涂覆在金属和非金属基材上的氮化铝-钛(AlTiN)、氮氧化铝-钛(AlTiON)和氧化铝-钛(AlTiO)。
发明背景
太阳能选择性涂层被用作将太阳能用于各种应用的吸收剂。太阳能选择性涂层的基本要求之一是当其在高温下操作时稳定的结构组成。这些涂层的光学性质不应随着温度上升或随使用时间而退化。本发明的主要用途是高温应用，特别是用在用来发电的太阳能蒸汽发电机和蒸气轮机中。
近年来，对于将替代能源如太阳能用在工业应用中显示出更多的关注。通常，聚光型太阳能收集器被普遍用于高温应用的工业中。应用于太阳能吸收剂的太阳能选择性涂层已经被证明是大规模利用太阳能的有效方法。溅射工艺正在被广泛用于沉积高温应用的太阳能吸收剂涂层，因为这些工艺是环境友好的并且还提供以受控的组成和微结构来沉积复杂化合物。本发明的涂层采用溅射法沉积，其为环境友好的。
此前，申请人已经开发了高温热稳定的太阳能选择性涂层以有效地利用太阳能。提交了专利申请并且USPTO对该发明授予了美国专利No.7,585,568。在美国专利号7,585,568中，将TiAlN/TiAlON/Si3N4高温太阳能选择性涂层沉积在各种金属和非金属的平面基材上。尽管本发明具有用于太阳能热力发电的巨大潜力，但将本方法放大用于工业应用具有以下制约：(1)其使用两个单独的溅射系统来沉积吸收剂层(TiAIN和TiAlON)和抗反射层(Si3N4)。(2)其采用复合TiAl靶，因此，吸收剂层的组成(即，Ti和Al的含量)不能独立地控制。(3)该发明使用硅(Si)作为源材料之一，其价格高昂并且很难制造用于大型工业溅射设备。(4)该发明采用自上而下的溅射工艺几何构型，而非平面基材上的沉积是不可行的。(5)吸收剂涂层在循环加热条件下的长期热稳定性研究和其他老化试验尚未完成。
上述早期发明的所有限制指引发明人逐步形成一种涂层配方和沉积方法，其可以适用于利用太阳能的高温应用。本发明提供一种多层太阳能选择性涂层，其包含串联堆叠的Ti/铬间层、氮化铝-钛(AlTiN)、氮氧化铝-钛(AlTiON)和氧化铝-钛(AlTiO)。本发明的太阳能选择性涂层通过单一的四阴极反应性非平衡脉冲直流磁控溅射技术沉积。
在专利的公共领域和非专利文献中进行了现有技术的检索以找出在本发明领域内进行的相关工作。下文讨论与本发明的领域相关的一些最近的工作。
大量太阳能选择性涂层，例如Ni-Al2O3、Ni-SiO2、Fe-Al2O3、Cr-SiO、Mo-Al2O3、Mo-SiO2、W-Al2O3等，已经被开发用于高温太阳能热应用。但它们中只有一些，例如Mo-SiO2、W-Al2O3、Mo-Al2O3和M-AlN(M：SS、W和Mo)金属陶瓷已成功地商业化并且正在被用于太阳能热力发电的真空接收管中。Mo-Al2O3金属陶瓷涂层已经被用在接收管上，由于其在真空中具有优良的热稳定性[Proceedings of the Society ofPhoto-Optical Instrumentation Engineers1272(1990)240]。这些接收管由美国Luz International Ltd.生产并被用于太阳能发电系统(Solar EnergyGenerating System)发电厂中。使用平面磁控溅射技术沉积Mo-Al2O3金属陶瓷涂层，所述平面磁控溅射技术由七个平面靶(三个金属靶和四个陶瓷靶)组成，其中所述金属靶是直流(DC)溅射的，而所述陶瓷靶是用射频(RF)功率溅射的。在工业应用中使用射频动力源使得该方法非常昂贵而繁琐，因为需要合适的匹配网络来操作射频动力源。另外，化合物靶如Al2O3的溅射具有挑战性，由于极低的溅射产率、高射频功率水平，并且沉积的涂层的化学计量控制是极其困难的。Mo-Al2O3金属陶瓷涂层据报道显示出在350℃下0.96的吸收率和0.16的发射率并在真空中350-500℃下具有热稳定性。尽管该吸收剂涂层在真空中高度稳定，其在空气中(最高300℃)具有有限的热稳定性。
据报道，相比于其他同样以商业规模生产的直流溅射的SS-C和AlN太阳能选择性涂层，Mo-Al2O3涂层是昂贵的[Solar Energy32(1984)609]。已经发展出双层金属陶瓷的概念以沉积SS-AlN涂层[Journal ofVacuum Science and Technology A15(1997)2842]，并且这些涂层由中国TurboSun推向市场。W-AlN和Mo-AlN双层金属陶瓷涂层已经通过溅射工艺产生[美国专利号5523132，1996，Journal of Physics D:AppliedPhysics31(1998)355]。对W-AlN和Mo-AlN金属陶瓷涂层实现了在350℃下0.92-0.94的太阳能吸收率和0.08-0.10的发射率。这些涂层在350-500℃下真空中是热稳定的并且比德国Siemens CSP Tubes(原SolelTubes)的成本低[Solar Energy Material and Solar Cells62(2000)63]。Solel的通用真空空气收集器(Universal Vacuum Air Collector)(UVAC2008)接收管使用Al2O3基多层金属陶瓷，其在400℃下具有0.97-0.98的吸收率和0.07-0.10的发射率。关于基材材料及涂层组成和性质的进一步详情在公共领域中是不可得的。
意大利的阿基米德太阳能(Archimedes Solar Engery)为意大利国家新技术、能源和环境局(Italian National Agency for New Technologies,Energy and Environment)(ENEA)的太阳能热力学工程生产了接收管(HEMS08)，其中热交换流体是一种熔融盐，其在290℃下进入太阳能场并在550℃下离开[http://www.archimedesolarenergy.com/receiver_tube.htm]。据报道该接收管和太阳能选择性涂层在最高580℃下是非常稳定的。HEMS08接收管用Mo-SiO2(或)W-Al2O3的选择性涂层涂覆[Thin Solid Films517(2009)6000，WO2009/107157A2]。对Mo-SiO2涂层已经报道了大于0.94的太阳能吸收率和低于0.13的发射率(在580℃下)。该涂层的结构如下：Mo/Mo-SiO2(HMVF)/Mo-SiO2(LMVF)/SiO2。类似地，渐变的(graded)W-Al2O3涂层呈现出α/ε(550℃)＝0.93/0.14，并且该涂层在580℃下真空中热稳定，其中HMVF和LMVF分别表示高金属体积分数和低金属体积分数。这些发明人还已经开发了分级TiN-AlN金属陶瓷，其中AlN或Al2O3抗反射涂层呈现出在580℃下0.95的吸收率和0.12的发射率[WO2005/121389A1,2005]。
由德国Schott开发的70接收管的组成是未知的，但使用了一种新型的抗反射涂层，其具有高耐磨性，并同时允许超过96％的太阳辐射透射[http://www.schottsolar.com/global/products/concentrated-solar-power/schot-ptr-70-receiver/]。该吸收剂涂层在约350-400℃的温度下具有0.95的吸收率和低发射率(＜0.10)。关于该吸收剂涂层组成的进一步详情在公共领域中是不可得的。
可以参考Surface and Coatings Technology：[163-164(2003)674]，[200(2006)6840]，[201(2007)6699]和[204(2009)256]，其中不同的研究者已经为硬化工具钢的干式和高速机械加工开发出纳米晶体AlTiN涂层。该AlTiN涂层已经在硬化工具钢的高速机械加工中展现出超凡的性能。这归因于该涂层的高粘合力、超细晶体以及高耐氧化性。纳米晶体AlTiN涂层的高耐氧化性与氧化铝(Al2O3)表面层的形成相关。氧化物的形成对于纳米晶体涂层表现得更显著，因为其促进Al沿晶界快速扩散到表面。
还可以参考Materials Science and Engineering A528(2011)4703，其中研究者已经将AlTiON涂层用于热作业工件样品的抗氧化保护。据报道，Al2O3在升高温度下的形成改进了被涂覆工具的性能。类似地，还可以参考Thin Solid Films515(2006)346，其中AlTiO膜已经在硅基材上开发以用于金属氧化物半导体(MOS)器件。该AlTiO膜展现出非常高的介电常数，是公知的HfAlO介电薄膜所展现的介电常数的两倍。在公共领域中对AlTiN、AlTiON和AlTiO光学性质的检索没有产生任何结果。
可以参考“Preparation and thermal stability of non-vacuum highemperature solar selective absorber coatings”[中国科学通报54(2009)1451]和“一种非真空太阳光谱选择性吸收膜层及其制备方法”[中国专利：CN101666557A]，其中使用多弧离子沉积设备从Ti和Al比为50:50的TiAl合金靶制备了约2.0μm厚的TiAl/TiAlN/iAlNO/TiAIO吸收剂层。这些发明人已经报道，所述涂层展现出高吸收率(0.90)和低发射率(0.09-0.19)并在最高650℃下空气中保持稳定1hr。这些发明人尚未报道在空气和真空中的长期热稳定性以及对光学性质的详细研究。在该发明中采用的方法使用多弧离子电镀，其固有缺点为无法制备出具有光学厚度(λ/4≌120nm)的致密且均匀的吸收剂涂层。而且，该发明使用TiAl合金靶，因而其不可能独立地控制Ti和Al在吸收剂层中的含量。另外，多弧离子电镀方法引入大量的金属小滴，其劣化沉积涂层的性能。
还可以参考“High temperature solar selective coating”[美国专利号2010/0313875A1]，其中吸收剂管涂覆有改进的太阳能选择性涂层，其由在相邻层中具有显著不同的折射率的几个难熔金属或准金属氧化物(二氧化钛和二氧化硅)层组成。该吸收剂层包括在基质中包含金属化合物颗粒的金属陶瓷材料，所述基质含有难熔金属或准金属如Si的氧化物。在一些吸收剂层之间还包括至少一层Pt。该吸收剂层还包含下列化合物的反射层：TiSi、Ti3SiC2、TiAlSi、TiAlN、Ti3O5、TiOx或TiOxN1-x等。已经发现这些多层吸收剂涂层在最高500℃下具有热稳定的发射率。
为了制造用于工业应用的吸收剂涂层，重要的是沉积工艺应该更简单并包括较少的加工步骤，而且原材料应该是经济的，而吸收剂涂层必须展现出高热稳定性和高太阳能选择性。上述引用现有技术均未显示所有这些特征。因此，有必要开发容易加工并经济的高温太阳能选择性涂层用于太阳能热力发电应用。
本发明还允许所有层在单一溅射室中沉积，从而使得本方法更加简单且经济。本发明能够在平面和管状基材上沉积吸收剂涂层。在本发明中可以涂覆长约140mm并且直径最大100mm的管状基材。本发明的方法可以容易地放大用于在更长管上以良好均匀性和重现性进行沉积，考虑到在现有技术文献中公开的上述局限。
发明目的
因此，本发明的主要目的是在平面和管状基材上使用四阴极反应性脉冲直流非平衡磁控溅射方法提供具有高均匀性和在空气和真空中具有长期热稳定性的改进的太阳能选择性多层涂层。
本发明的另一目的是提供通过四阴极反应性非平衡脉冲直流磁控溅射技术制备的具有化学惰性、耐腐蚀性、紫外稳定性和较高防潮性能的太阳能选择性多层涂层。
本发明的再一目的是提供具有高硬度和高耐擦伤性的太阳能选择性多层涂层。
本发明的再一目的是提供在不锈钢304(SS)和铜基材上具有约5至13的较高太阳能选择性比率的太阳能选择性多层涂层。
本发明的再一目的是提供用来在平面反射基材(如铜、不锈钢304、镍涂覆的SS、软钢(MS)、玻璃、铝、镍、含镍超合金(尼孟合金))以及铜和不锈钢管上沉积太阳能选择性多层涂层的方法。
本发明的再一目的是提供具有极高耐热性、适合应用于聚光集热器如用于太阳能蒸汽发电的真空管的太阳能选择性涂层。
发明概述
因此，本发明提供一种具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层，其包含串联的堆叠层，所述堆叠层由钛(Ti)/铬间层及包含氮化铝-钛(AlTiN)的第一吸收剂层、包含氮氧化铝-钛(AlTiON)的第二吸收剂层和包含氧化铝-钛(AlTiO)的第三抗反射层组成，在100-350℃范围内的基材温度下，用四阴极反应性脉冲直流非平衡磁控溅射技术使所述第二吸收剂层沉积于所述第一吸收剂层上和使所述第三抗反射层沉积于所述第二吸收剂层上。
在本发明的一个实施方式中，所述钛间层的厚度在10-80nm的范围内，所述第一吸收剂层的厚度在30-70nm的范围内，所述第二吸收剂层的厚度在20-40nm的范围内，并且所述第三抗反射层的厚度在30-55nm的范围内。
在本发明的另一实施方式中，用常规电镀法沉积的所述铬间层的厚度在5-10μm的范围内。
在本发明的另一实施方式中，所述第一吸收剂层含有25-55％范围内的铝浓度、10-25％范围内的钛浓度和30-50％范围内的氮浓度。
在本发明的再一实施方式中，所述第二吸收剂层含有15-30％范围内的铝浓度、10-15％范围内的钛浓度、10-20％范围内的氮浓度和50-60％范围内的氧浓度。
在本发明的再一实施方式中，所述第三抗反射层含有15-30％范围内的铝、5-15％范围内的钛和40-80％范围内的氧。
在本发明的再一实施方式中，所有层的沉积在单一溅射室中完成。
在本发明的再一实施方式中，所述多层太阳能选择性涂层在平面和管状的金属和非金属基材上溅射沉积。
在本发明的再一实施方式中，所使用的基材选自铜、镍、不锈钢304、玻璃、尼孟合金、镍涂覆SS、软钢(MS)和铝。
在本发明的再一实施方式中，所述太阳能选择性涂层在不锈钢304基材上具有大于0.92的吸收率和小于0.17的发射率。
在本发明的再一实施方式中，所述太阳能选择性涂层在铜基材上具有大于0.92的吸收率和小于0.07的发射率。
在本发明的再一实施方式中，所述涂层在循环加热条件下的不锈钢基材上，在最高350℃下空气中热稳定1000hr的时间。
在本发明的再一实施方式中，所述涂层在循环加热条件下的不锈钢基材上，在最高450℃下真空(2.0-8.0×10-4Pa)中热稳定1000hr的时间。
在本发明的再一实施方式中，所述涂层暴露于紫外(UV)照射时稳定。
在本发明的再一实施方式中，所述涂层在-2℃的温度下稳定超过9600hr。所述涂层在包括尘埃、雨和雾的环境条件中暴露于太阳超过10000hr时是稳定的。
在本发明的再一实施方式中，所述涂层当暴露于蒸汽最长85hr时是稳定的。
在本发明的再一实施方式中，沉积在不锈钢基材上的所述涂层对于按照ASTM B117标准的盐雾试验是合格的并且显示在3.5％NaCl溶液中耐腐蚀性提高100倍。
在本发明的再一实施方式中，沉积在不锈钢基材上的所述涂层对于胶粘带试验是合格的并且当用5μm的金刚石尖端刮擦时展现出高粘附强度。
本发明的再另一实施方式提供了一种将权利要求1的改进的太阳能选择性涂层沉积在基材上的方法，其包括下列步骤：
[a]基材的金相清洁或擦拭清洁；
[b]化学清洁步骤[a]中获得的基材；
[c]用基材加热器在真空中将步骤[b]中获得的基材脱气；
[d]在氩等离子体中蚀刻步骤[c]中获得的基材以去除杂质；
[e]在氩等离子体中，通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-50至-200V的范围内，将钛/铬间层沉积在步骤[d]中获得的基材上；
[f]通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-50至-200V的范围内，在氩-氮等离子体中溅射两个钛和两个铝靶，将含氮化铝钛(AlTiN)的第一吸收剂层沉积在步骤[e]中获得的基材上；
[g]通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-50至-200V的范围内，在氩-氮-氧等离子体中溅射两个钛和两个铝靶，将含有氮氧化铝钛(AlTiON)的第二吸收剂层沉积在步骤[f]中获得的基材上；
[h]通过维持基材温度在100-350℃的范围内，在氩-氧等离子体中溅射两个钛和两个铝靶，将含有氧化铝钛(AlTiO)的第三抗反射层沉积在步骤[g]中获得的基材上；
[i]通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-500至-1200V的范围内，在氩-氧等离子体中蚀刻在步骤[h]中获得的抗反射层20-60min的时间，以获得沉积有所期望的太阳能选择性涂层的基材。
在本发明的再一实施方式中，所使用的基材选自铜、镍、不锈钢304、玻璃、尼孟合金、镍涂覆的不锈钢(SS)、软钢(MS)和铝。
在本发明的再一实施方式中，所有层的沉积在单一溅射室中，在平面和管状的金属和非金属基材上完成。
在本发明的再一实施方式中，所述太阳能选择性涂层对于铝和钛靶以2.75-3.5瓦/cm2的溅射功率密度沉积。
在本发明的再一实施方式中，所述第一、第二和第三层的组成通过控制铝和钛靶的溅射功率以及N2和O2的流速而独立地控制。
在本发明的再一实施方式中，在所述涂层的沉积之前，将真空室维持在3.0-6.0×10-4Pa的基础压力下。
在本发明的再一实施方式中，所述太阳能选择性涂层在0.1-0.5Pa的压力范围内沉积。
在进一步的实施方式中，本发明提供一种改进的高温太阳能选择性涂层，其包含串联堆叠的Ti/铬间层、主要是氮化铝-钛(AlTiN)和氮氧化铝-钛(AlTiON)的双吸收剂层以及由氧化铝-钛(AlTiO)构成的抗反射层。如上所述，本发明使用两个钛和两个铝靶以获得两个吸收剂层和抗反射层，使得吸收剂层和抗反射层中的Ti和Al的含量可以通过控制铝和钛靶的溅射功率以及N2和O2的流速而独立地控制。
在本发明的再一实施方式中，所述吸收剂层和抗反射层中的Al含量总是高于Ti含量。所选择的层，即AlTiN、AlTiON和AlTiO，针对氧化是高度稳定的。本发明在所有层中使用比Ti更多的Al，因为当暴露于空气时，Al形成Al2O3比形成TiO2更容易。在25℃下Al2O3(刚玉)和TiO2(锐钛矿)的Gibbs自由能为-378和-211kcal/mol[CRCHandbook of Chemistry and Physics,R.C.Weast和M.J.Astle编辑(CRCPress,Inc.,Boca Raton,63rd Edition,1982),p.D-53和D-92]。因此，当吸收剂涂层暴露于空气时，在所述吸收剂涂层上形成了薄的无定形Al2O3层，其对于后续的氧化起到钝化的作用。另外，Al2O3和TiO2均在高温下高度稳定，其熔点分别为2015和1840℃。
在再一实施方式中，本发明对于抗反射层的沉积排除了Si靶的使用。相对于大量可得的Ti和Al，Si材料非常昂贵并且难以制造。此外，第三抗反射层已经在升高的温度下用Ar+O2等离子体蚀刻以加强吸收剂涂层和微结构的氧化抗性。
发明详述
本发明提供一种在350℃下空气中的循环加热条件下具有更高热稳定性和约1000hr的长寿命的多层太阳能选择性涂层。其还提供一种具有在450℃真空下较高热稳定性和在循环加热条件下最长1000hr的稳定性的多层太阳能选择性涂层。本发明的太阳能选择性涂层在不锈钢304基材上展现出约5-10的较高太阳能选择性比率，而在铜基材上展现出13的太阳能选择性比率。第一吸收剂层AlTiN展现出高温稳定性和较好的氧化抗性(最高750-800℃)。第二吸收剂层AlTiON还展现出较高的热稳定性。类似地，第三抗反射层AlTiO展现出非常高的氧化抗性。所述第三层(AlTiO)已经在100-350℃范围内的基材温度下，进一步在Ar+O2等离子体中蚀刻10-60min以产生微织构以及稳定该结构。所述基材在涂层沉积之前在Ar等离子体(-500至-1200V)中溅射蚀刻以除去污染物，并且在基材和吸收剂涂层之间的薄Ti/铬间层已经沉积。所述溅射蚀刻和Ti/铬间层显著增强吸收剂层的粘附。因此，本发明中选择的层的组合提供高度热稳定、高氧化抗性、化学惰性、稳定的微结构、高粘合力和渐变组成的太阳能选择性吸收剂涂层，其可用于高温应用。
本发明的目的已经通过采用下列步骤达到：
1.沉积Ti间层/铬使得涂层对基材有良好的粘附性，随后沉积串联堆叠的多层涂层，其包含两个吸收剂层，其中第一吸收剂层(AlTiN)进行调整以具有高的金属体积分数，并且第二吸收剂层(AlTiON)具有低的金属体积分数用来增强涂层的吸收。所述第一和第二层包含比Ti更高的Al含量用来增强吸收剂涂层的热稳定性。
2.提供第三抗反射层(AlTiO)用来降低红外发射率，使得进一步提高吸收。所述第三层也包含比Ti更高的Al含量。
3.仔细选择用来沉积AlTiN、AlTiON和AlTiO层的候选材料及其组成，使得所述串联堆叠的层之间的相互扩散最小化，并且即使在较高的工作温度下微结构也是稳定的。
本发明提供一种用于太阳能热力发电的改进的多层太阳能选择性涂层。本发明的太阳能选择性涂层主要由Ti/铬间层、两个吸收剂层(AlTiN和AlTiON)和抗反射层(AlTiO)组成。涂层沉积方法使用两个钛和两个铝靶以沉积两个吸收剂层和抗反射层，使得吸收剂层和抗反射层中的Ti和Al的含量可以通过用双极型脉冲直流电源控制Ti和Al靶的溅射功率以及N2和O2的流速而被独立地控制。在所有层中Al含量高于Ti，其增强了吸收剂涂层的热稳定性，因为Al在暴露在空气中时很容易形成钝化的无定形Al2O3层。本发明采用Ti和Al作为源材料，其大量可得并容易制造为用于工业应用的溅射靶。本发明的抗反射层在100-350℃范围内的温度下用Ar+O2等离子体蚀刻以增强吸收剂涂层的氧化抗性和稳定微结构。本发明还允许所有层在单一溅射室中，在平面和管状基材(金属和非金属)上以高吸收率(＞0.93)和低发射率(在SS304上＜0.16和在铜基材上＜0.07)沉积，从而使本方法更简单和经济。本发明的方法可以容易地放大用于在较长管上以良好均匀性和重现性进行沉积。本发明的吸收剂涂层已经证明在循环加热条件下更长时间(>1000hr)内，在空气中(最高350℃)和真空中(最高450℃)表现出热稳定性。本发明的涂层还表现出增强的粘附、紫外稳定性、耐腐蚀性和在极端的环境(冷冻条件、暴露于蒸汽和大气)中的稳定性。
本发明的太阳能选择性多层涂层用四阴极反应性脉冲直流磁控溅射方法沉积。该溅射系统由下列组成：真空室、涡轮分子泵、转子泵、水平安装成相对阴极构型的四个直冷式非平衡磁控阴极、四个5kW的非对称双极型脉冲等离子体发生器、用于基材偏压和离子轰击的1.5kW直流电源、用于安装具有行星式旋转的三维物体的基材支架和加热设备、真空计和控制台。
为了沉积吸收剂涂层，两个Ti(纯度99.95％)和两个铝(纯度99.99％)靶(直径＝150mm和厚度12mm)在含有N2(99.999％)和O2气(99.999％)的高纯度Ar(99.999％)等离子体中溅射。该涂层在3.0-6.0×l0-4Pa的基础压力下沉积，而Ar+N2、Ar+N2+O2和Ar+O2气体压力在1.0-5.0×l0-1Pa的范围内。Ar、N2和O2的流速用质量流量控制器单独地控制。施加在-50至-200V范围内的直流基材偏压以提高涂层的机械性能并且增强涂层的粘附。脉冲发电机在下列条件下操作：频率＝50-150kHz，脉冲宽度＝2000-3000ns，占空系数＝10-40％和反向偏压＝+37V。在100-350℃范围内的基材温度下沉积所述涂层。Al和Ti靶的功率密度在2.75-3.5瓦/cm2的范围内。沉积10-80nm厚的Ti间层以增强基材上涂层的粘附。
该涂层在各种基材上沉积。在将基材置于真空室中之前，对其进行金相抛光或擦拭以去除表面的氧化物并使表面均匀。随后用超声搅拌器化学清洁该抛光/擦拭的基材以去除油脂和其它杂质，如灰尘和碎屑。将化学清洁的基材放置在溅射系统中。将真空室抽气至约3.0-6.0×10-4Pa的基础压力以去除任何气体杂质。用基材加热器使基材在真空中脱气。为了去除在基材表面上的天然氧化物，用氩离子轰击(偏压：-500至-1200V)进行进一步清洁。在清洁基材后，将10-80nm的Ti间层沉积在基材上以增强粘附。对镀铬样品，不使用钛间层。通过在0.1-0.5Pa的压力范围内在氩-氮等离子体中溅射两个Ti和两个Al靶来沉积第一吸收剂层。在所述第一吸收剂层中Al的含量高于Ti。通过在约0.1-0.5Pa的压力下，在氩-氮-氧等离子体中溅射两个Ti和两个Al靶来沉积第二吸收剂层。在所述第二吸收剂层中Al的含量高于Ti。随后，通过在约0.1-0.5Pa的压力下，在氩-氧等离子体中溅射两个Ti和两个Al靶来沉积第三抗反射层。再一次地，在第三抗反射层中Al的含量高于Ti。最后，所述第三层在100-350℃范围内的基材温度下，在Ar+O2等离子体中蚀刻20-60min以稳定AlTiO层的微结构。串联堆叠的三层有效地提高太阳能选择性涂层的吸收率(α)和降低其发射率(ε)。
样品的光学性质(α和ε)在四个不同的位置测量，本文报告了其平均值。所述太阳能选择性涂层在循环加热条件下，在用于测试热稳定性的不同温度下在空气和真空中退火。使用透射电子显微镜测量沉积的层的厚度。
实施例
通过说明给出下列实施例，因此该实施例不应理解为限制本发明的范围。
实施例1
在将基材置于真空室中之前，对所述基材(铜、镍、不锈钢304、Ni涂覆的SS、软钢、玻璃和尼孟合金，具有35mm×35mm×2mm的尺寸)进行金相抛光或擦拭并在超声搅拌器中、在丙酮、无水乙醇和三氯乙烯中化学清洁。对管状基材(140mm长度和30mm直径)如上所述进行擦拭和化学清洁。为了降低不锈钢基材上选择性涂层的发射率，使用常规电镀方法沉积厚度5μm的铬镀层。用以转子泵支持的涡轮分子泵将真空室抽吸至1.0×10-4Pa的基础压力。通过60min的氩离子轰击蚀刻将基材进行原位清洁以除去杂质，其中在8.0×10-1Pa氩压力下对基材施加-500V的直流偏压。
在清洁基材后，将10-80nm的Ti间层沉积在基材上以增强粘附。对镀铬样品，不使用钛间层。用四阴极反应性脉冲直流非平衡磁控溅射系统将太阳能吸收剂膜沉积在基材上。两个Ti和两个Al靶用来溅射AlTiN(第一吸收剂)层、AlTiON(第二吸收剂)层和AlTiO(第三抗反射)层。Al和Ti靶的功率密度分别为2.75和3.0瓦/cm2。将基材加热至200℃的温度。对于AlTiN(第一吸收剂)层，氮流速为15标准立方厘米每分钟(sccm)。对于AlTiON(第二吸收剂)层，氮流速为10sccm并且氧流速为20sccm。然而，氧流速对于AlTiO层是30sccm。所述第三抗反射层在200℃的基材温度和40sccm氧流速下，在Ar+O2等离子体中进行蚀刻。采用行星旋转系统以在平面以及管状基材上实现均匀的吸收剂涂层。
使用获自美国M/s.Devices and Services的标准仪器测量样品的光学性质(吸收率和发射率)。发射率在82℃下测量。发射率和吸收率的测量精度分别为±0.01和±0.002。不锈钢(SS)基材、SS/Ti/AlTiN、SS/Ti/AlTiN/AlTiON、SS/Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO和SS/Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO/蚀刻的吸收率和发射率值在表1中给出。在具有钛间层的SS基材上的吸收剂涂层展现出0.927-0.930的吸收率和0.16-0.1的发射率，然而对于镀铬样品，吸收率是0.930-0.935和发射率是0.09-0.10。
表1：本发明的太阳能选择性涂层系统的不同层的吸收率和发射率。同时显示SS304的值。
材料 α ε
SS基材(304) 0.361-0.363 0.10-0.11
SS/Ti 0.477-0.478 0.13
SS/Ti/AlTiN 0.802-0.803 0.15-0.16
SS/Ti/AlTiN/AlTiON 0.900 0.16-0.17
SS/Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO 0.927 0.16-0.17
SS/Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO/蚀刻 0.927-0.930 0.16-0.17
SS/铬/AlTiN/AlTiON/AlTiO/蚀刻 0.930-0.935 0.09-0.10
实施例2
如实施例1中所述的本发明太阳能选择性涂层主要沉积在SS304上，并展现出0.16-0.17的平均发射率。在SS基材上的高发射率归因于SS基材的固有特性(ε＝0.10-0.11)。为本发明选择SS基材主要是因为对于蒸汽发电机，该基材可以达到高于400℃的温度，而在这些温度下铜和其他常用的基材开始向吸收剂涂层扩散，由此影响其光学性质。另外，铜和其他金属基材非常容易受过饱和蒸汽的腐蚀。
为了确认本发明的吸收剂涂层的发射率是基材依赖性的，太阳能选择性涂层也被沉积在其他可商购的平面基材上如：镍、软钢、铝、玻璃和基于镍的超合金(尼孟合金)。在这些基材上的太阳能选择性涂层的吸收率和发射率值与基材固有的吸收率和发射率值一起在表2中给出。在Ni、Cu和Al基材上制备的吸收剂涂层展现出0.06-0.07的发射率值。表2：沉积在各种基材上的太阳能选择性涂层的吸收率和发射率。在括号中的值表示基材固有的吸收率和发射率。
基材材料 α ε
铜 0.932-0.933(0.234-0.238) 0.07(0.02-0.03)
玻璃* 0.927-0.928 -
铝 0.927-0.928(0.169-0.173) 0.07(0.02-0.03)
镍 0.27(0.333-0.336) 0.07-0.08(0.03-0.04)
不锈钢 0.932-0.934(0.361-0.363) 0.16-0.17(0.10-0.11)
Ni涂覆的不锈钢 0.932-0.933(0.334-0.337) 0.07-0.08(0.03-0.04)
软钢 0.930(0.400-0.401) 0.11(0.04-0.05)
尼孟合金 0.924(0.344-0.345) 0.19(0.13-0.14)
*半透明。测量可能不精确。
另外，SS基材还用约5.0μm厚的Ni层涂覆，随后吸收剂涂层被沉积到该基材上。有趣的是，该涂层的发射率低至0.07-0.08，而吸收率为0.932-0.933。
实施例3
如实施例1中沉积的、沉积到SS基材上的本发明的太阳能选择性涂层在循环加热条件下，在300-600℃范围内的温度下，在电阻炉内在空气中加热不同的时间以测试热稳定性。退火包括将样品的温度以3℃/min的缓慢加热速率从室温升至设定温度，并维持该期望的温度达8小时。随后，样品以3℃/min的速率冷却。温度控制器的精度在设定温度下为±1℃。在热处理后吸收剂涂层的吸收率和发射率值表明，吸收剂涂层在较短时间内对低于400℃的温度是稳定的，而对高于450℃的温度，吸收率显著降低。
沉积在Ni涂覆的SS上的吸收剂涂层的热稳定性导致低的热稳定性。该涂层当加热至较高温度(＞400℃)时在空气中剥离，主要是因为SS、Ni和吸收剂涂层的不同热膨胀系数。
为了测试本发明的吸收剂涂层的长期热稳定性，在循环加热条件下，在350℃下进行了1000hr的热处理研究。以不同的时间间隔测量吸收率和发射率值并概括于表3。从表3中可见，本发明的吸收剂涂层在350℃下在空气中在较长时间内高度稳定。没有观察到由于长时间加热导致的结构改变。这表明本发明的涂层可用于在温度低于350℃的空气中的应用(例如，线性Fresnel技术)。
表3：在循环加热条件下退火(在350℃下空气中)对沉积在SS基材上的Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO太阳能选择性涂层的光学性质的影响。
天 总暴露时间(hr) α ε
0 0 0.932-0.933 0.16
6 41 0.927-0.928 0.16
18 120 0.924-0.925 0.13-0.15
22 152 0.923 0.14
28 190 0.923 0.15
37 249 0.922 0.15
43 293 0.923-0.924 0.17
53 354 0.923-0.924 0.17
73 491 0.919-0.921 0.16
87 588 0.921-0.922 0.16
110 740 0.920-0.921 0.16
121 815 0.920 0.16
126 849 0.920-0.921 0.16
140 940 0.919-0.920 0.15
150 1000 0.919-0.920 0.16
实施例4
依据实施例1中给出的步骤沉积在SS基材上的本发明的太阳能选择性涂层，还在循环加热条件下在真空(2.0-8.0×10-4Pa)中经受不同温度和持续时间的热处理。退火涉及将样品的温度以5℃/min的缓慢加热速率从室温升至所期望的温度，并维持该期望的温度6小时。随后，样品以5℃/min的速率冷却。温度控制器的精度在设定温度下为±1℃。吸收剂涂层的吸收率和发射率值概括于表4中。从表4可以看出，涂层对小于500℃的温度保持其光学性质。因此，热稳定性试验在循环加热条件下进行更长的时间。吸收剂涂层的光学性质以规律的时间间隔测量并列于表5中。从表5中可以看出，本发明的沉积在SS基材上的吸收剂涂层在经受长时间的热退火后保持其光学性质。没有观察到由于长时间加热的结构改变。这表明本发明的涂层可用于温度低于450℃的真空中的应用(例如，接收管)。
表4：退火(在真空中)对沉积在SS基材上的Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO太阳能选择性涂层的光学性质的影响。
表5：在循环加热条件下退火(在450℃下真空中)对沉积在SS基材上的Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO太阳能选择性涂层的光学性质的影响。
天 总暴露时间(hr) α ε
0 0.930-0.931 0.16
1 2 0.930-929 0.15
2 11 0.929 0.16
5 35 0.928-0.929 0.15
10 82 0.927-0.930 0.16
16 128 0.928 0.14
21 171 0.927 0.14
26 213 0.927 0.14
31 254 0.926-0.927 0.15-0.16
36 297 0.927 0.17
41 340 0.927 0.15-0.16
51 420 0.927 0.16
56 463 0.928-0.929 0.16
102 839 0.926-0.927 0.14
123 1004 0.925-0.926 0.15-0.16
实施例5
依据实施例1中给出的步骤沉积在SS基材上的本发明的太阳能选择性涂层还经受UV照射。使用200W的Hg灯在50mW/cm2的强度下进行UV照射试验。照射在相继步骤中在环境条件下进行10hr。在UV暴露后未观察到吸收率和发射率的退化。在UV暴露后的吸收率和发射率值列于表6中。
表6：沉积在不锈钢基材上的太阳能选择性涂层在UV暴露后的吸收率和发射率数据。
实施例6
使依据实施例1中给出的步骤沉积在SS基材上的本发明的太阳能选择性涂层按照ASTM B117标准经受在3.5％NaCl溶液中的盐雾试验。该试验进行168hr。未观察到吸收率和发射率由于盐雾试验而显著变化，且数据列于表7中。同样的样品当重复测试3次时显示发射率的少量增长，如表7所示。
表7：在按照ASTM B117标准的盐雾试验后沉积在不锈钢基材上的太阳能选择性涂层的吸收率和发射率数据。
依据实施例1中给出的步骤沉积在SS基材上的本发明的太阳能选择性涂层还根据Thin Solid Films514(2006)204中描述的过程，在无空气条件下在室温下在3.5％NaCl溶液(pH＝5.8)中经受腐蚀试验。对于沉积在SS基材上的SS/Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO/蚀刻太阳能选择性涂层，所获得的Ecorr、icorr和极化电阻(RP)值显示于表8中。涂覆的基材的腐蚀电流密度降低100倍，显示涂层增强的耐腐蚀性，这是由于该太阳能选择性涂层的构成层的化学惰性。
表8：在3.5％NaCl溶液中SS基材上沉积的Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO太阳能选择性涂层的动电位极化数据。同时显示SS基材的值。
材料 icorr(μA/cm2) Ecorr(V) RP(kΩcm2)
SS -0.241 4.80×10-8 2.13×105
SS/Ti/TiAlN/TiAlON/TiAlO -0.282 4.04×10-10 3.72×107
实施例7
由于吸收剂涂层应该具有25年以上的使用寿命，吸收剂涂层的强固性(robustness)是非常重要的。为了测试涂层的强固性，对沉积在S基材上的吸收剂涂层进行了粘附力试验。使用常规的胶粘带试验并使用纳米划痕测试仪(nanoscratch tester)进行该粘附力试验。本发明的吸收剂涂层通过了胶粘带试验，其中18mm宽的透明胶带固定在涂层上，并且胶带的一端被拉起。类似地，该涂层还根据Surface and Coatingsechnology205(2010)1937中描述的过程用5μm直径的球形金刚石压头在200mN的负载下进行刮擦。沉积在SS基材上的约120nm厚的涂层展现出Lc1＝40mN和Lc2＝75mN，其中Lc1是涂层脱离或在划痕轨迹上破裂的初始点，而Lc2是指发生完全脱层(delamination)和随后基材发生暴露的点。这些测量表明吸收剂涂层在基材上非常好的粘附。
实施例8
通过将SS基材上制备的吸收剂涂层放置在无盖皮氏皿中进行外部环境暴露试验。样品在开放条件下保持超过10000hr。在试验期间，样品暴露于尘埃、阳光、雨、霜和雾。暴露于外部环境后样品的吸收率和发射率值列于表9中。类似地，将样品长时间置于冷冻箱内的冷冻条件下(9600hr)以阐明其在低温(＜-2℃)下的稳定性。在暴露于冰之前和之后样品的光学性质列于表10中。最后，将本发明的吸收剂涂层暴露于蒸汽，其中将在SS基材上制备的吸收剂涂层保持在盛有沸水的烧杯上。该暴露进行84hr。蒸汽暴露后吸收剂涂层的吸收率和发射率值列于表11中。如从表9-11中可见，未观察到本发明的吸收剂涂层的光学性质由于不同的老化试验而发生变化，表明其在恶劣环境中的稳定性。
在高温下的光热转换效率强烈依赖于在太阳能吸收剂中使用的元件材料的光学性质和热稳定性。对于聚光型太阳能发电应用，光谱选择性涂层应该具有高吸收率(＞0.92)、低发射率(＜0.14)和在空气和真空中400℃以上的热稳定性。另外，在空气和真空中涂层的长期热稳定性也是高温太阳能选择性涂层的重要需求。此外，涂层应该具有高氧化抗性和化学惰性。
对于高温应用，在较高操作温度下的低发射率是重要的参数，因为吸收剂的热辐射损失按照T4成比例增加。如在现有技术中讨论的，几种基于过渡金属的金属陶瓷涂层因为其难熔特性已被开发用于高温太阳能热应用。介电材料的选择对于选择性吸收剂的性能也很重要。通常，具有低折射率的介电材料是优选的，以便减少金属陶瓷涂层的前表面反射。Al2O3被广泛用作金属陶瓷涂层中的介电材料，由于其低折射率(n＝1.65)和高热稳定性。已经将Pt、Ni、Mo、W用作金属而将Al2O3用作介电材料而开发出了大量金属陶瓷涂层。类似地，过渡金属氮化物和氮氧化物也已被开发用于高温太阳能选择性应用。
对于制造用于接收管应用的高温吸收剂涂层，制造过程应包括较少加工步骤，并且也应该使用容易获得的原材料。在本发明中，已经用单一溅射过程制造吸收剂涂层。来源材料(即，Ti和Al)很容易大量得到。涂层的设计由两个吸收剂层和抗反射层组成。所有层中的Al含量高于Ti。这有助于增强吸收剂涂层的热稳定性，因为Al2O3的Gibbs能相比于TiO2较低。已经在循环加热条件下，在真空和空气中长时间测试吸收剂涂层。该涂层还通过了几种其他的老化试验，确认其用于高温太阳能选择性应用。
图9：沉积在不锈钢基材上的太阳能选择性涂层在开放大气中的老化试验后的吸收率和发射率数据。
图10：沉积在不锈钢基材上的太阳能选择性涂层在冷冻试验后的吸收率和发射率数据。
图11：沉积在不锈钢基材上的太阳能选择性涂层在暴露于蒸汽后的吸收率和发射率数据。
本发明的优点
●本发明仅仅使用Ti和Al溅射靶来制造高温太阳能选择性涂层。Ti和Al均大量可得。本发明开发的方法有成本效益。
●本发明的第一、第二和第三层的组成通过控制施加于Al和Ti靶的功率以及N2和O2的流速而被独立地控制。
●本发明仅仅使用单一沉积室来制造高温太阳能选择性涂层。
●本发明仅仅使用脉冲直流电源来溅射过渡金属氮化物、氮氧化物和氧化物层，其相对于射频功率源较易放大。
●本发明提供在热稳定性方面显著改进的太阳能选择性涂层。本发明的吸收剂涂层显示出在循环加热条件下，在最高450℃真空中1000hr的稳定性，以及在最高350℃空气中1000hr的稳定性。
●本发明的方法可以用于将高温太阳能选择性涂层沉积在管上，因此本发明方法的放大可以导致吸收剂涂层在长SS管上沉积以用于太阳能热力发电。
●本发明的太阳能选择性涂层展现出UV稳定性、耐腐蚀性、优良机械性能以及对基材的增强的粘附。
●本发明的太阳能选择性涂层在常规用于太阳能热力发电的不锈钢基材上显示出约9-10的太阳能选择性比率。
本发明的太阳能选择性涂层当暴露于极端环境例如蒸汽、冰、开放大气等时对于大量的老化试验是合格的。

Claims (23)

1.一种具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层，其包含串联堆叠的层，所述堆叠的层由钛(Ti)/铬间层及包含氮化铝-钛(AlTiN)的第一吸收剂层、包含氮氧化铝-钛(AlTiON)的第二吸收剂层和包含氧化铝-钛(AlTiO)的第三抗反射层组成，在100-350℃范围的基材温度下用四阴极反应性脉冲直流非平衡磁控溅射技术使所述第二吸收剂层沉积于所述第一吸收剂层上和使所述第三抗反射层沉积于所述第二吸收剂层上。
2.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述钛间层的厚度在10-80nm的范围内，所述第一吸收剂层的厚度在30-70nm的范围内，所述第二吸收剂层的厚度在20-40nm的范围内，并且所述第三抗反射层的厚度在30-55nm的范围内。
3.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中用常规电镀法沉积的所述铬间层的厚度在5-10μm的范围内。
4.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述第一吸收剂层含有25-55％范围内的铝、10-25％范围内的钛和30-50％范围内的氮。
5.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述第二吸收剂层含有15-30％范围内的铝、10-15％范围内的钛、10-20％范围内的氮和50-60％范围内的氧。
6.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述第三抗反射层含有15-30％范围内的铝、5-15％范围内的钛和40-80％范围内的氧。
7.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述太阳能选择性涂层在不锈钢304基材上具有大于0.92的吸收率和小于0.17的发射率。
8.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述太阳能选择性涂层在铜基材上具有大于0.92的吸收率和小于0.07的发射率。
9.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述涂层在循环加热条件下的不锈钢基材上，在最高350℃下空气中热稳定1000hr的时间。
10.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述涂层在循环加热条件下的不锈钢基材上，在最高450℃下真空(2.0-8.0×10-4Pa)中热稳定1000hr的时间。
11.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述涂层暴露于紫外(UV)照射时是稳定的。
12.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述涂层在-2℃的温度下超过9600hr是稳定的。
13.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述涂层在包括尘埃、雨和雾的环境条件中暴露于太阳超过10000hr时是稳定的。
14.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中所述涂层当暴露于蒸汽最长85hr时是稳定的。
15.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中沉积在不锈钢基材上的所述涂层对于按照ASTM B117标准的盐雾试验是合格的并且显示在3.5％NaCl溶液中耐腐蚀性提高100倍。
16.根据权利要求1所述的改进的太阳能选择性涂层，其中沉积在不锈钢基材上的所述涂层对于胶粘带试验是合格的并且当用5μm的金刚石尖端刮擦时显示出高粘合强度。
17.用于在基材上沉积权利要求1的改进的太阳能选择性涂层的方法，其包括下列步骤：
[a]基材的金相清洁或擦拭清洁；
[b]化学清洁步骤[a]中获得的基材；
[c]在步骤[b]中获得的基材用基材加热器在真空中脱气；
[d]在氩等离子体中蚀刻步骤[c]中获得的基材以去除杂质；
[e]在氩等离子体中，通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-50至-200V的范围内，将钛/铬间层沉积在步骤[d]中获得的基材上；
[f]通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-50至-200V的范围内，在氩-氮等离子体中溅射两个钛和两个铝靶，将包含氮化铝钛(AlTiN)的第一吸收剂层沉积在步骤[e]中获得的基材上；
[g]通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-50至-200V的范围内，在氩-氮-氧等离子体中溅射两个钛和两个铝靶，将包含氮氧化铝钛(AlTiON)的第二吸收剂层沉积在步骤[f]中获得的基材上；
[h]通过维持基材温度在100-350℃的范围内，在氩-氧等离子体中溅射两个钛和两个铝靶，将包含氧化铝钛(AlTiO)的第三抗反射层沉积在步骤[g]中获得的基材上；
[i]通过维持基材温度在100-350℃的范围内以及偏压在-500至-1200V的范围内，在氩-氧等离子体中蚀刻步骤[h]中获得的抗反射层20-60min的时间，以获得沉积有所期望的太阳能选择性涂层的基材。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所使用的基材选自铜、镍、不锈钢304、玻璃、尼孟合金、镍涂覆的不锈钢(SS)、软钢(MS)和铝。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所有层的沉积在单一溅射室中在平面和管状的金属和非金属基材上进行。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述太阳能选择性涂层对于铝和钛靶以2.75-3.5瓦/cm2的溅射功率密度沉积。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一、第二和第三层的组成通过控制铝和钛靶的溅射功率以及N2和O2的流速而独立地控制。
22.根据权利要求17所述的方法，其中在所述涂层的沉积之前，将真空室维持在3.0-6.0×10-4Pa的基础压力下。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述太阳能选择性涂层在0.1-0.5Pa的压力范围内沉积。
CN201280061780.XA 2011-12-15 2012-06-25 具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法 Active CN103998643B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN3655/DEL/2011 2011-12-15
IN3655DE2011 2011-12-15
PCT/IN2012/000451 WO2013088451A1 (en) 2011-12-15 2012-06-25 An improved solar selective coating having high thermal stability and a process for the preparation thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103998643A true CN103998643A (zh) 2014-08-20
CN103998643B CN103998643B (zh) 2016-12-07

Family

ID=46724564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280061780.XA Active CN103998643B (zh) 2011-12-15 2012-06-25 具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9803891B2 (zh)
EP (1) EP2791384B1 (zh)
CN (1) CN103998643B (zh)
AU (1) AU2012354063B2 (zh)
ES (1) ES2583766T3 (zh)
PT (1) PT2791384T (zh)
WO (1) WO2013088451A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107043143A (zh) * 2016-11-14 2017-08-15 南京大学 一种移动式污水处理增温装置及组装方法
CN108351124A (zh) * 2015-10-30 2018-07-31 里奥玻璃太阳能系统有限公司 一种沉积适用于热吸收管的功能层的方法
CN109594041A (zh) * 2019-01-08 2019-04-09 岭南师范学院 一种高性能太阳能选择性吸收涂层及其制备方法与应用
CN114635105A (zh) * 2022-04-14 2022-06-17 武汉大学 双织构表面太阳能选择性吸收涂层的制备方法及该涂层

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104532184B (zh) * 2013-11-28 2017-10-31 康雪慧 一种耐高温太阳能选择性涂层及其制备方法
FI127237B (en) * 2014-02-17 2018-02-15 Savo Solar Oy Solvärmeabsorbatorelement
US9476115B2 (en) * 2014-08-06 2016-10-25 Council Of Scientific & Industrial Research Multilayer solar selective coating for high temperature solar thermal applications
EP3527911A1 (en) 2018-02-16 2019-08-21 Cockerill Maintenance & Ingenierie S.A. High perfomance thermally-sprayed absorber coating
TWI659118B (zh) * 2018-06-06 2019-05-11 國立中興大學 Solar absorption device
US20230235924A1 (en) * 2019-10-17 2023-07-27 University Of Florida Research Foundation, Inc. Solar Collection Energy Storage and Energy Conversion or Chemical Conversion System
US11731887B2 (en) * 2020-01-17 2023-08-22 Ali Fadlelmula Mohamed Ali Method for the desalination of seawater using solar energy
DE102020107059A1 (de) * 2020-03-13 2021-09-16 Technische Universität Darmstadt Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung eines Grundkörpers und Funktionselement mit einem Grundkörper mit einer Beschichtung
FI3960896T3 (fi) * 2020-04-20 2024-02-20 Joint Stock Company Tvel Ioni-plasmaruiskutusmenetelmä, jolla korroosionkestävät kalvopinnoitteet ruiskutetaan zirkoniumseoksesta tehdyille tuotteille
CN113403594B (zh) * 2021-05-24 2023-03-31 西北工业大学 陶瓷基复合材料用耐高温、抗水氧低红外发射率复合薄膜及制备方法
WO2023237475A1 (en) * 2022-06-07 2023-12-14 ENEA - Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile Spectrally selective absorbing coating for solar receivers acting in air

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484330A (zh) * 2002-09-16 2004-03-24 铼德科技股份有限公司 多层反射膜及其制程
CN1681743A (zh) * 2002-09-14 2005-10-12 肖特股份公司 层系
CN102062485A (zh) * 2010-11-19 2011-05-18 山东帅克新能源有限公司 一种太阳能平板集热器集热板及其镀膜方法
CN201903207U (zh) * 2010-11-19 2011-07-20 山东帅克新能源有限公司 中温太阳能平板集热器吸热翅片板

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN185567B (zh) 1991-07-19 2001-03-03 Univ Sydney
CN1777690B (zh) 2003-03-28 2010-11-03 Ppg工业俄亥俄公司 采用钛与铝材料的混合物涂覆的衬底,制备该衬底的方法和钛与铝金属的阴极靶材
AU2003903853A0 (en) * 2003-07-25 2003-08-07 Antoine Bittar Barriers, materials and processes for solar selective surfaces
ITRM20040279A1 (it) 2004-06-07 2004-09-07 Enea Ente Nuove Tec Rivestimento superficiale spettralmente selettivo del tubo ricevitore di un concentratore solare, e metodo per la sua fabbricazione.
AU2006203466A1 (en) * 2006-02-21 2007-09-06 Council Of Scientific & Industrial Research An improved solar selective coating having higher thermal stability useful for harnessing solar energy and a process for the preparation thereof
AU2007360138B2 (en) 2007-10-18 2013-09-19 Midwest Research Institue High temperature solar selective coatings
ITRM20080113A1 (it) 2008-02-29 2009-09-01 Enea Ente Per Le Nuove Tecnologie, L Energia... Metodo per la fabbricazione di un rivestimento spettralmente selettivo a base cermet per il tubo ricevitore di un concentratore solare e materiale cosi ottenuto
WO2009134211A1 (en) * 2008-04-29 2009-11-05 Agency For Science, Technology And Research Inorganic graded barrier film and methods for their manufacture
CN101666557B (zh) * 2008-09-01 2011-12-14 北京有色金属研究总院 一种非真空太阳光谱选择性吸收膜层及其制备方法
DK2564129T3 (en) * 2010-04-28 2017-07-24 Savo-Solar Oy Method of providing a thermal absorber
EP2678617B1 (en) * 2011-02-22 2019-06-12 Savo-Solar OY Method for manufacturing thermal absorber for solar thermal collector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1681743A (zh) * 2002-09-14 2005-10-12 肖特股份公司 层系
CN1484330A (zh) * 2002-09-16 2004-03-24 铼德科技股份有限公司 多层反射膜及其制程
CN102062485A (zh) * 2010-11-19 2011-05-18 山东帅克新能源有限公司 一种太阳能平板集热器集热板及其镀膜方法
CN201903207U (zh) * 2010-11-19 2011-07-20 山东帅克新能源有限公司 中温太阳能平板集热器吸热翅片板

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108351124A (zh) * 2015-10-30 2018-07-31 里奥玻璃太阳能系统有限公司 一种沉积适用于热吸收管的功能层的方法
CN108351124B (zh) * 2015-10-30 2020-04-28 里奥玻璃太阳能系统有限公司 一种沉积适用于热吸收管的功能层的方法
CN107043143A (zh) * 2016-11-14 2017-08-15 南京大学 一种移动式污水处理增温装置及组装方法
CN109594041A (zh) * 2019-01-08 2019-04-09 岭南师范学院 一种高性能太阳能选择性吸收涂层及其制备方法与应用
CN109594041B (zh) * 2019-01-08 2021-05-25 岭南师范学院 一种高性能太阳能选择性吸收涂层及其制备方法与应用
CN114635105A (zh) * 2022-04-14 2022-06-17 武汉大学 双织构表面太阳能选择性吸收涂层的制备方法及该涂层

Also Published As

Publication number Publication date
US9803891B2 (en) 2017-10-31
WO2013088451A1 (en) 2013-06-20
PT2791384T (pt) 2016-07-15
AU2012354063A1 (en) 2014-06-26
CN103998643B (zh) 2016-12-07
ES2583766T3 (es) 2016-09-22
AU2012354063B2 (en) 2017-07-06
US20140329073A1 (en) 2014-11-06
EP2791384B1 (en) 2016-05-04
EP2791384A1 (en) 2014-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103998643A (zh) 具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法
Barshilia Growth, characterization and performance evaluation of Ti/AlTiN/AlTiON/AlTiO high temperature spectrally selective coatings for solar thermal power applications
Valleti et al. Functional multi-layer nitride coatings for high temperature solar selective applications
US7585568B2 (en) Solar selective coating having higher thermal stability useful for harnessing solar energy and a process for the preparation thereof
Cao et al. A review of cermet-based spectrally selective solar absorbers
Nuru et al. Thermal stability of electron beam evaporated AlxOy/Pt/AlxOy multilayer solar absorber coatings
Zou et al. Functional multi-layer solar spectral selective absorbing coatings of AlCrSiN/AlCrSiON/AlCrO for high temperature applications
US9476115B2 (en) Multilayer solar selective coating for high temperature solar thermal applications
CN101666557B (zh) 一种非真空太阳光谱选择性吸收膜层及其制备方法
CN105229391B (zh) 用于高温太阳能热应用的杂化多层太阳能选择性涂层及其制备工艺
Gao et al. Optical simulation, corrosion behavior and long term thermal stability of TiC-based spectrally selective solar absorbers
CN106884145B (zh) 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN102817008B (zh) Ag、Ti共掺杂DLC薄膜的制备方法
Hao et al. Thermal stability of nitride solar selective absorbing coatings used in high temperature parabolic trough current
CN103302917B (zh) 一种双吸收层TiON耐候性光热涂层及其制备方法
CN102605335A (zh) 一种离子束磁控溅射两步法制备微晶硅薄膜的方法和一种离子束磁控溅射复合镀膜的装置
Sun et al. Optical Performance, Thermal Stability, and Failure Analysis of the WN x-Si3N4 Multilayer Solar Selective Absorbing Coatings
CN106500374A (zh) 一种双相纳米复合太阳能吸收涂层及制造方法
CN103255377A (zh) 一种纳米复合Cr-Al-O太阳光谱选择吸收涂层及其制备方法
Bello et al. Investigation of in-plane heat distribution, thermal stability and mechanical properties of SS-(Fe3O4)/Ti/AlN/Ti/SiO2 as absorber coatings for efficient high temperature concentrated solar power systems
Sandeep et al. Advancement of solar selective DLC coating using capvd for solar thermal applications
CN109416201B (zh) 太阳能选择性涂层
CN108645061A (zh) 多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
Lai et al. Optical properties, contour map and fabrication of Al2O3/Pt/Al2O3/Ta multilayer films for solar selective absorptance layer
Lu et al. Silicon Gradients-containing Films for Mid-high Temperature Non-vacuum Solar Absorber Coatings

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