CN104976802A

CN104976802A - 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN104976802A
Application number: CN201410145976.8A
Authority: CN
Inventors: 项晓东; 刘静; 汪洪
Original assignee: BLUELAGOON TECHNOLOGIES Ltd
Current assignee: BLUELAGOON TECHNOLOGIES Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-10-14
Also published as: US20150316290A1

Abstract

本发明提出一种太阳光谱选择性吸收涂层，涂层结构从基底到空气界面依次为：基底1、红外反射层2、具有热匹配功能的吸收层层金属31和半导体吸收层锗32，减反层4，包括高折射率介质层41和低折射率介质层42；该太阳光谱选择性吸收涂层具有优异的光谱选择性，吸收-反射过渡区陡峭；在太阳能光谱范围（0.3-2.5微米）具有较高的吸收率α，在热辐射红外区域（2-50微米）具有极低的辐射率ε，α/ε远高于现有的商业产品，适合于低倍聚焦的中温太阳能集热器；并且制备工艺简单、镀膜设备要求低，适合于大规模低成本生产。本发明提出的(SiO₂/TiO₂/Ge/Ti/Al)结构相比于锗单独做吸收层的(SiO₂/TiO₂/Ge/Al)结构，涂层的热稳定性能明显提高，且具有更高的吸收率和相近的辐射率。

Description

一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光谱选择性吸收涂层及其制备方法，特别是涉及一种基于基底层、红外反射层、热匹配金属吸收层、半导体吸收层和减反层的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳光谱选择性吸收涂层是实现太阳能光热转换的核心材料，一方面，它在太阳光波段（0.3μm-2.5μm）具有高的吸收率，另一方面，它在红外热辐射波段（2.5μm-50μm）具有低的吸收率，即辐射率，从而抑制了红外辐射散热。衡量选择性吸收性能的重要指标之一是太阳光谱吸收率α与红外辐射率ε（T）之比，α/ε。

目前太阳能集热器采用的光谱选择性涂层膜系结构一般可以概括为基底/金属底层/太阳光谱吸收层/表面减反射层。金属底层对红外波长有很高的反射率，是获得低辐射性能的主要原因；表面减反层降低涂层与空气界面处太阳光的反射，使更多的太阳光能量进入吸收层,提高集热效率。太阳光谱吸收层应对太阳光波段（0.3μm-2.5μm）具有高的吸收率，在红外热辐射波段（2μm-50μm）具有低的吸收率，从而对红外热辐射波段相对透明，保证金属底层对红外波长的高反射率。吸收层根据不同的吸收机理可分为以下类型：1.电介质-金属-电介质干涉吸收膜系；2.在电介质基体中嵌入金属粒子形成的金属陶瓷；3.半导体材料对高于禁带宽度Eg（对应近红外波段的本征吸收限）能量光的吸收，以及对低于禁带宽度Eg能量光的透明；如果构造特定尺度的半导体表面粗糙结构，使其对太阳光通过陷光作用进一步提高吸收率，。

第1、2类太阳光谱吸收层如Al₂O₃-Mo-Al₂O₃、CrxOy、AlN-Al、TiNxOy、Al(Mo、W、Ni、Co)-Al₂O₃等的共同的特点是吸收层主要为金属态或者金属-电介质混合态，消光系数在红外波段较大，影响涂层结构中红外反射金属层的辐射率，导致太阳光谱吸收率α高的同时（一般高于90%），红外辐射率ε（T）也较高（一般高于5%,80℃），而且从太阳光吸收到红外反射的过渡区较宽,导致等效红外辐射率ε（T）随温度上升较快（中高温区大于10%），α/ε一般小于10（中高温区）-20（80℃）。因此当这两类涂层应用于聚焦比较低的集热器，工作温度200℃以上时集热器光热转换效率较低。

基于半导体本征吸收的第3类光谱选择性吸收层,对入射光能量低于Eg的波段消光系数极小（几乎为0）,当厚度不超过100nm时不影响整个膜系（金属反射层）的热辐射率，因此可以获得很低的等效辐射率（～2%）；对能量高于Eg的波段（大部分太阳光波段）消光系数大，具有高吸收的可能性。但由于其折射率与空气相差较大，导致在半导体/空气界面处存在高的反射率，例如锗膜（10-10000nm）对太阳光谱的反射率为40-60%。美国专利4252865中采用厚度超过4个微米的非晶态锗膜作为吸收层，通过对表面进行粗糙化处理，形成间隙距离与可见光波长相近的针状间隙结构，产生“陷光”作用，使其太阳光谱吸收率达到97%，但是没有报告其红外辐射率。而且这种设计锗膜厚度较厚，原材料成本昂贵。Flordal等（Vacuum,Vol.27,No.4，Page:399-402）报告了采用蒸发镀膜方法制备的“减反层SiO（60nm）-吸收层Ge（20-40nm）-红外反射层Al”选择性吸收涂层，得到太阳光谱吸收率74%-79%,红外辐射率1.2%。众所周知，非化学配比成分的氧化硅SiOx，X可存在于一个范围（0＜X＜2＝，在制备中要将成分稳定在X=1，镀膜工艺控制难度大，而若偏离成分化学配比，将增加近红外区的吸收，因此该膜系结构不适合于大批量生产。。本专利发明人在申请号为######的专利中提出一种基于半导体锗本征吸收的“红外反射层（Al）-吸收层（Ge）-减反层(TiO2/SiO2)”膜系结构的太阳光谱选择性吸收涂层，具有吸收-反射过渡区陡峭，α/ε高于现有商业产品，适用于低倍聚焦的中高温太阳能集热器；昂贵金属吸收层锗厚度薄，材料成本低；减反层为理想化学配比介质层，制备工艺成熟、材料性能稳定，适用于大规模低成本生产等特点。但是使用中发现这种结构的光谱选择性吸收涂层当工作温度高于250℃时，存在膜系从吸收层Ge开始撕裂导致膜系吸收率明显降低的问题。研究分析发现吸收层Ge与红外反射层Al热膨胀系数相差较大，当工作温度超过250℃时，Ge/Al界面处产业热应力，导致Ge膜系开裂。因此，本发明中提出在吸收层Ge与红外反射金属层Al之间加入膨胀系数介于Ge与Al之间的金属层，该金属层不仅仅是热匹配层，而且通过参与整个膜系的干涉吸收设计在不影响膜系红外反射性能的前提下提高膜系的吸收率。

发明内容

为了克服上述现有技术问题，本发明提供一种太阳光谱选择性吸收涂层，不需要增加本征半导体吸收层厚度，即可提高其吸收率，并且不影响涂层的红外辐射率。

本发明的另一目的在于提供一种太阳光谱选择性吸收涂层，使用廉价的金属材料部分代替昂贵的半导体锗材料，达到增加吸收率的同时不影响涂层红外辐射率。

本发明的又一目的在于廉价的金属材料不仅仅起到吸收层的作用，而且是半导体吸收层与底部红外反射金属层之间的热匹配层，其介于两者之间的热膨胀系数使半导体材料在中温环境中的热稳定性得到明显提高。

为了达到上述目的，本发明目提供一种结合半导体锗本征吸收和极金属吸收的“减反层-吸收层（Ge/金属）-红外反射层”结构的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。其特点在于1.膜系具有优异的光谱选择性。吸收-反射过渡区陡峭，膜系辐射率ε极低（约2%），吸收率α较高（高于80%），α/ε高于现有商业产品，适用于低倍聚焦的中高温太阳能集热器；2.通过非晶锗半导体本征吸收和高折射率、高消光系数金属吸收的共同作用，结合光学干涉减反使吸收层（Ge/金属）在减反层和红外反射层之间实现多次反射与吸收，并且反射层也参与部分太阳光谱吸收，大幅度降低了昂贵的锗原料成本；3.吸收层金属的作用还包括作为半导体吸收层Ge与底部红外反射金属层之间的热匹配层，提高了涂层的热稳定性。4.金属层厚度极薄不影响涂层的红外辐射性能。5.引入廉价极金属层作为吸收层，整个膜系结构中半导体锗昂贵的用量降低25%以上，降低了涂层制造成本。6.涂层制备工艺简单、镀膜设备所需条件要求低，适用于大规模低成本生产。

为了实现上述发明目的，本项目采用以下技术方案：

依据本发明提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层，其结构依次包括：基底、红外反射层、吸收层和减反层；所述的基底为玻璃或者铝、铜、不锈钢等材料；所述红外反射层优选Al，也可是Cu、Au、Ag、Ni、Cr等导电性能好的金属；所述的吸收层为（Ge/金属），金属优选金属钛，也可以是Cu，Ag,Au,Ni等热膨胀系数介于Ge和红外反射层金属底层之间的金属；所述的减反层由折射率从高到低的两层理想化学配比介质层组成，其中：内层高折射率材料优选TiO₂（550nm处，n=2.3-2.5），也可采用其他折射率在2.0-3.0之间的理想化学配比介质层如Bi₂O₃、CeO₂、Nb₂O₅、TeO₂、HfO₂、ZrO2、Cr₂O₃、Sb₂O₃、Ta₂O₅、Si₃N₄等，外层低折射率材料优选SiO₂（550nm处，n=1.4-1.5），也可采用其他折射率在1.1-2.0之间的理想化学配比介质层如多孔SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、G_d2O₃、Y₂O₃、La₂O₃、M_gO、Sm₂O₃等。其中所述的红外反射层Al的厚度为50nm-200nm，吸收层Ge的厚度为10nm-30nm，金属吸收层的厚度为2-20nm，高折射率减反层的厚度为10nm-60nm，低折射率减反层的厚度为30-130nm。

为了实现上述发明目的，在玻璃、铝、铜、不锈钢等基底上依次镀制红外反射层（Cu、Au、Ag、Ni、Cr等，优选Al），热匹配金属吸收层（Cu，Ag,Au,Ni，优选Ti），半导体锗吸收层，理想化学配比高折射率介质层（Bi₂O₃、CeO₂、Nb₂O₅、TeO₂、HfO₂、ZrO2、Cr₂O₃、Sb₂O₃、Ta₂O₅、Si₃N₄，优选TiO₂,），理想化学配比低折射率介质层（多孔SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、G_d2O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO、Sm₂O₃，优选SiO₂）。以上红外反射层、吸收层、减反层镀制方法，只要是能够形成以上材料的镀膜方法即可，如磁控溅射法、电子束或热蒸发法、离子镀法、化学气相沉积法等。

优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其中所述的基底层的厚度为0.2-10mm；所述的红外反射层的厚度为80-120nm；所述的吸收层厚度为12-50nm，其中Ge吸收层厚度为10nm-30nm，热匹配金属吸收层厚度为2-20nm,所述的高折射率减反层的厚度为20nm-50nm,低折射率减反层的厚度50-110nm。

优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其中吸收层为非晶态Ge，在波长350nm-980nm范围内，折射率处于3.4-4.9之间，消光系数处于0.5-3.1之间；波长2μm-25μm，折射率处于4.1-4.3之间，消光系数小于0.03。

优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其中热匹配金属吸收层为金属Ti，在波长350nm-1000nm范围内，折射率处于1.7-3.8之间，消光系数处于2.5-3.4之间。

优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其中所述红外反射层为金属铝，在波长350nm-980nm范围内，折射率处于0.4-1.8之间，消光系数处于3.8-9.0之间；波长2μm-25μm，折射率由2.1上升至55，消光系数由15.8上升至106。

优选的，前述的太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其中所述减反层由折射率从高到低的两层金属氧化物介质层组成，依次为内层高折射率的TiO₂介质层和外层低折射率的SiO₂介质层。其中TiO₂介质层，在波长350nm-2500nm范围内，折射率处于3.0-2.3之间，消光系数小于0.03；SiO₂介质层，在波长350nm-2500nm范围内，折射率处于1.47-1.43之间，消光系数小于0.03。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列特点：

本发明所公开的太阳光谱选择性吸收涂层通过选择禁带宽度Eg为0.7eV（光学吸收限在1800nm左右）的本征半导体Ge和厚度小于20nm的高折射率、高消光系数金属（优选Ti)作为热匹配金属吸收层，实现对大部分太阳光波段的有效吸收，并且由于Ge对红外波段（2.0微米以外，能量低于禁带宽度Eg的光子）的光波具有高透过的性能，高折射率、高消光系数金属吸收层厚度小于20nm对红外光吸收极少，当红外波段的光穿透吸收层后会被红外反射层反射，从而实现极低的热辐射率。此外吸收层上选取折射率由高到低的氧化物作为减反层，形成从Ge、减反层、空气的折射率依次梯度减小，降低了太阳光在折射率较高的Ge表面的反射，进一步增加了Ge吸收层的太阳光谱吸收率。

此外本发明还具有以下特点：

a、优选的Al在整个光波波段（太阳光波段和热辐射红外波段）相比于具有相近红外辐射性能的金、银、铜等金属，具有高折射率和消光系数,实现选择性吸收涂层在具有低红外辐射率的同时，通过Al参与太阳光波段光谱吸收进一步提高了涂层的太阳光谱吸收率。

b、太阳光谱吸收层(Ge和热匹配金属)，相比于目前国际上采用的介质-金属-介质、电介质-金属复合材料等吸收层薄膜，具有涂层制备工艺简单、工艺稳定性高、镀膜设备要求低等优势，适用于大规模低成本生产。

c、吸收层的主要光学特征为在占太阳光谱能量分布70%以上的350nm-980nm波长范围内，Ge消光系数大于0.5，并且在太阳光谱能量分布最高的480nm附近消光系数较大，因此Ge作为吸收层结合表面减反层和优选的热匹配金属吸收层Ti在850nm附近的吸收峰，优选的红外反射层Al在820nm附近的吸收峰，涂层在340-1100nm之间具有高于90%的吸收率。

d、优选的，高折射率减反层TiO₂在350nm-2500nm波段的折射率控制在3.0-2.3范围内，消光系数0-0.03；低折射率减反层SiO₂在350nm-2500nm波段的折射率在1.47-1.43之间，消光系数0-0.03。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例红外反射层（Al）-吸收层（Ge，Ti）-减反层（TiO₂/SiO₂）和增加Ti吸收层前后光谱选择性吸收涂层的吸收率、辐射率、热稳定性对比进行详细说明。

附图说明

图1是本发明提出的太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图；

图2是本发明实施例一、二的吸收光谱图；

图3是本发明实施例一、二真空热处理前后表面形貌图（光学显微镜照片×500）。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及效果,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法给出具体实施方式与测试结果，并对比加Ti吸收层前后整个涂层太阳光谱吸收率、红外辐射率、热稳定性。

图1所示为本发明提出的太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图。该太阳光谱选择性吸收涂层依次包括基底1、红外反射层2、吸收层3，和减反层4。

所述的基底1可采用厚度范围为0.5-10mm的玻璃板；也可采用厚度范围为0.2-2mm的金属材料，例如铜、铝或者不锈钢。为增加基底1的表面活性，需要经机械清洗后进行射频离子清洗，从而去除基底层表面的污染层和氧化层。

所述的红外反射层2设置于基底之上，该红外反射层2的作用在于对入射的整个波段的光谱进行反射，特别是对红外光谱，尤其是波长2.5微米以上的红外光进行反射。该红外反射层的材质为铝，厚度为50-200nm。

所述的吸收层3设置于红外反射层之上，包括31金属Ti，32半导体Ge，其中Ge吸收层厚度为10nm-30nm，Ti吸收层厚度为2-20nm。吸收层Ge主要光学特征为在占太阳光谱能量分布70%以上的350nm-980nm波长范围内，Ge消光系数大于0.5，并且在太阳光谱能量分布最高的480nm附近消光系数较大。吸收层Ti，在波长350nm-1000nm范围内折射率处于1.7-3.8之间，消光系数处于2.5-3.4之间，在850nm附近有吸收峰。

所述的减反层4由折射率从高到低的两层金属氧化物介质层组成，依次为内层41高折射率的TiO₂介质层和外层42低折射率的SiO₂介质层。其中41减反层TiO₂的厚度为10nm-60nm，在波长350nm-2500nm范围内，折射率处于3.0-2.3之间，消光系数小于0.03；42减反层SiO₂的厚度30-130nm；在波长350nm-2500nm范围内，折射率处于1.47-1.43之间，消光系数小于0.03。

制备方法

本发明还提出一种制备上述太阳光谱选择性吸收涂层的方法，该方法包括以下步骤：

基底制备，选择抛光的金属板或者玻璃板，经过机械清洗后进行射频氩离子清洗去除表面污染层和氧化层，增进基底表面活性。

红外反射层制备，通过（脉冲）直流磁控溅射法在上述的基底层表面制备一层金属红外反射层，所选用的靶材可为金属铝（纯度99.7%以上）。

吸收层的制备，通过（脉冲）直流磁控溅射法在上述的红外反射层上依次制备吸收层Ti和Ge,所选用的靶材为金属Ti（纯度99.7%以上）、半导体Ge（纯度99.7%以上）。

减反层的制备，通过（脉冲）直流反应磁控溅射法在上述的吸收层上制备减反层，所选用的靶材为金属Ti(纯度99.7%以上),硅铝靶（铝含量30%wt,纯度99.7%以上）。

实施例一

表1为磁控溅射方法制备(SiO₂/TiO₂/Ge/Ti/Al/基底)光谱选择性吸收涂层中各单层膜的工艺控制厚度。

表1实施例一各单层膜的工艺控制厚度

按照上述的制备方法进行实施例一涂层制备，具体操作步骤如下：

1）玻璃基片的清洗：首先采用中性洗涤液对玻璃基片进行初步清洗；然后在镀膜设备进片室通过射频离子源轰击玻璃基片表面进行二次清洗，其工艺参数设置如下：射频电源溅射功率为200w，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为45sccm，工作气压为9.8×10-2mTorr，溅射时间为360s。

2）将玻璃基片经由镀膜设备进片室传送进入溅射室，其中溅射室的本底真空优于6×10-6Torr。

3）在玻璃基片上制备红外反射层Al:采用脉冲直流电源磁控溅射法通过轰击金属铝靶（纯度99.7%）在玻璃基片上沉积金属Al膜。其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1200w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为50sccm，基片传输速率为0.8m/min，玻璃基片在金属铝靶的下方往返运动5次，基片温度为室温。

4）在（Al/玻璃）上制备吸收层Ti:采用脉冲直流电源磁控溅射金属钛靶（纯度99.7%）方法在玻璃基片上沉积Ti膜。其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1000w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为50sccm，基片传输速率为1.2m/min，基底玻璃在铝靶下方运动1次，基片温度为室温。

5）在（Ti/Al/玻璃）上制备吸收层Ge:采用脉冲直流电源磁控溅射Ge靶（纯度99.7%）方法在（Al/玻璃）上沉积Ge膜。其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为50sccm，基片传输速率为1.7m/min，基底玻璃在Ge靶下方往返运动2次，基片温度为室温。

6)在（Ge/Ti/Al/玻璃）上制备减反层TiO2:采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射Ti靶（纯度99.7%）方法在（Ge/Ti/Al/玻璃）上沉积TiO2膜。其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1000w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为50sccm，O2（纯度99.99%）流量为8sccm，基片传输速率为0.4m/min，基底玻璃在Ti靶下方往返运动21次，基片温度为室温。

7)在（TiO2/Ge/Ti/Al/玻璃）上制备减反层SiO2:采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射硅铝靶（铝含量30%wt，纯度99.7%）方法在（TiO2/Ge/Ti/Al/玻璃）上沉积SiO2膜。其镀膜工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为3000w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为30sccm，O2（纯度99.99%）流量为14sccm，基片传输速率为0.4m/min，基底玻璃在硅铝靶下方往返运动2次，基片传输速率为0.3m/min，基底玻璃在硅铝靶下方运动1次,基片温度为室温。

8）待完成以上制备步骤后，使样品冷却20min，出片，停机。

实施例二

表2为磁控溅射方法制备(SiO₂/TiO₂/Ge/Al/基底)光谱选择性吸收涂层中各单层膜的工艺控制厚度。

表2实施例二各单层膜的工艺控制厚度

按照上述的制备方法进行实施例二涂层制备，具体操作步骤如下：

4）在（Al/玻璃）上制备吸收层Ge:采用脉冲直流电源磁控溅射Ge靶（纯度99.7%）方法在（Al/玻璃）上沉积Ge膜。其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为50sccm，基片传输速率为1.3m/min，基底玻璃在Ge靶下方往返运动2次，基片温度为室温。

5)在（Ge/Al/玻璃）上制备减反层TiO2:采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射Ti靶（纯度99.7%）方法在（Ge/Al/玻璃）上沉积TiO2膜。其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1000w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为50sccm，O2（纯度99.99%）流量为8sccm，基片传输速率为0.4m/min，基底玻璃在Ti靶下方往返运动14次，基片温度为室温。

6)在（TiO2/Ge/Al/玻璃）上制备减反层SiO2:采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射硅铝靶（铝含量30%wt，纯度99.7%）方法在（TiO2/Ge/Al/玻璃）上沉积SiO2膜。其镀膜工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为3000w，工作气压为5mTorr，工作气体Ar（纯度99.99%）流量为30sccm，O2（纯度99.99%）流量为14sccm，基片传输速率为0.4m/min，基底玻璃在硅铝靶下方往返运动3次，基片温度为室温。

7）待完成以上制备步骤后，使样品冷却20min，出片，停机。

图2示出了本发明实施例一、二在0.3-48μm波段的吸收光谱吸收光谱图以及太阳光谱和200℃黑体辐射光谱图。通过测试本发明实施例一、二在0.3-48μm波段的吸收光谱(其中0.3-2.5μm反射光谱由日立U-4100分光光度计测试得到，2.5-48μm反射光谱由Bruker的Tensor27傅里叶红外光谱仪测试得到)得到。

对比实施例一、二吸收率、辐射率（200℃条件下），见表3。吸收层由单独半导体Ge，变为半导体Ge+金属Ti后，涂层吸收率α提高3.6%、辐射率ε、评价涂层光热转换效率的吸收/辐射比α/ε几乎保持不变，而且昂贵的半导体Ge材料用量降低24%。

表3.实施例一、二太阳光谱吸收率和辐射率（200℃）

对实施例一、二涂层样品在真空环境下250℃、300℃进行退火处理，来验证本发明专利中吸收层由单独半导体Ge，变为半导体Ge+金属Ti后，涂层在真空环境下中温稳定性和耐用性。将涂层样品置于真空条件下（小于1×10^-5Torr），加热至250、300℃摄氏度退火5h，退火后样品的吸收率α、辐射率ε、α/ε测试结果见表4。

表4.实施例一、二真空热稳定性对比

真空退火前后实施例表面形貌见图3（光学显微镜观察得到）。结合表4，图3，可以得到吸收层Ti的引入明显提高了光谱选择性吸收涂层的光热转换效率和热稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，依次包括：基底层、红外反射层、热匹配金属吸收层、半导体吸收层和减反层。

2.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述的吸收层Ge为非晶态Ge，波长在350nm-980nm范围内时折射率为3.4-4.9，消光系数为0.5-3.1；波长在2μm-25μm范围内时折射率为4.1-4.3，消光系数小于0.03；较佳地，所述吸收层Ge的厚度为10-30nm。

3.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，热匹配金属吸收层为热膨胀系数介于Ge和红外反射层金属底层之间的金属；较佳地，所述热匹配金属吸收层的厚度为2-20nm。

4.根据权利要求3所述太阳光谱选择性吸收涂层，热匹配金属吸收层为Cu，Ag，Au，Ni，优选Ti；较佳地，所述热匹配金属吸收层Ti在波长350nm-1000nm范围内，折射率为1.7-3.8，消光系数为2.5-3.4。

5.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述的红外反射层为Cu、Au、Ag、Ni、Cr等导电性能好的金属，优选金属铝；较佳地，所述红外反射层金属层的厚度为50-200nm。

6.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，

其特征在于，所述减反层依次为内层高折射率(n=2.0-3.0)的介质层和外层低折射率(n=1.1-2.0)的介质层。

7.根据权利要求6所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述高折射介质层的厚度为10-60nm，低折射率介质层的厚度为30-130nm。

8.根据权利要求6所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于所述高折射率介质层为Bi₂O₃、CeO₂、Nb₂O₅、TeO₂、HfO₂、ZrO2、Cr₂O₃、Sb₂O₃、Ta₂O₅、Si₃N₄等理想化学配比介质层，优选TiO₂；和/或

所述低折射率介质层为多孔SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、G_d2O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO、Sm₂O₃等理想化学配比介质层，优选SiO₂。

9.根据权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述的基底为玻璃或者铝、铜、不锈钢；较佳地，所述基底层的厚度为0.2-10mm。

10.一种制备如权利要求1所述的太阳光谱选择性吸收涂层的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

基底制备，选择抛光的金属板或者玻璃板，经过机械清洗后进行射频氩离子清洗去除表面污染层和氧化层；

红外反射层制备，通过直流磁控溅射法在上述的基底层表面制备一层金属红外反射层；

吸收层的制备，通过直流磁控溅射法在上述的红外反射层上依次制备吸收层Ti和Ge；

减反层的制备，通过直流反应磁控溅射法在上述的吸收层上制备减反层；

较佳地：

所述红外反射层优选为Al，厚度为80-120nm；和/或

所述吸收层厚度为12-50nm，其中Ge吸收层厚度为10nm-30nm，热匹配金属吸收层厚度为2-20nm；和/或

所述减反层包括以下特征：优选的高折射率减反层(介质层)TiO₂的厚度为20-50nm；优选的低折射率减反层(介质层)SiO₂的厚度为50-110nm。