CN109207922A - 一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法 - Google Patents

一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109207922A
CN109207922A CN201811011161.5A CN201811011161A CN109207922A CN 109207922 A CN109207922 A CN 109207922A CN 201811011161 A CN201811011161 A CN 201811011161A CN 109207922 A CN109207922 A CN 109207922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
coating
target
solar energy
matrix
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.)
Pending
Application number
CN201811011161.5A
Other languages
English (en)
Inventor
芮唐明
黄华叶
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 Jing Zhan Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Jing Zhan Energy Technology Co Ltd
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 Jing Zhan Energy Technology Co Ltd filed Critical Jiangsu Jing Zhan Energy Technology Co Ltd
Priority to CN201811011161.5A priority Critical patent/CN109207922A/zh
Publication of CN109207922A publication Critical patent/CN109207922A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • C23C14/22—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
    • 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
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
    • 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
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering

Abstract

本发明公开了一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法，所述涂层从基体到表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层，所述红外反射层为Mo薄膜，所述吸收层为ZrO2和TiN的金属陶瓷层，所述减反射层为TiN膜。所述涂层具有优异的光学性能，其制备方法采用磁控溅射工艺，方法简单易行，生产效率高，成本较低，适于推广。

Description

一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能真空管制备领域，具体涉及一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法。
背景技术
太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。人类所需能量的绝大部分太阳能都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。然而由于其到达地球后的能量密度比较低，给大规模的开发利用带来一定的困难，因此需要通过太阳能转换提高其能量密度。太阳能热发电是太阳能转换的核心技术之一，具有广阔的市场发展前景，太阳能选择性吸收涂层是提高太阳能热发电集热器工作效率的关键材料。
现有技术中的太阳能选择型吸收涂层大都制备方法复杂，对生产环境要求高，生产效率低且周期较长，投入成本较高。因此，针对以上的不足，人们迫切需要一种简单实用，生产效率高，成本低廉，且所制得涂层吸收性能良好的制备工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法，所述涂层具有优异的光学性能，其制备方法简单易行，生产效率高，成本较低，适于推广。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，从基体到表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层，所述红外反射层为Mo薄膜，所述吸收层为ZrO2和TiN的金属陶瓷层，所述减反射层为TiN膜。
进一步地，所述基体为不锈钢。
进一步地，所述吸收层中，ZrO2的含量为25～40wt％。
一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)对基体进行超声清洗、干燥；
步骤2)将经步骤1)处理过的基体置于磁控溅射仪中，采用PVD工艺对基体进行磁控溅射，充入惰性气体作为溅射气体并调节气压，采用Mo作为靶材并加载直流功率，制备红外反射层；
步骤3)停止Mo靶的电源，换用ZrO2作为靶材并加载直流功率，在步骤2)所述红外反射层表面进行磁控溅射，停止通入惰性气体，再通入氮气，增加Ti靶并采用共溅射方式形成吸收层，制得ZrO2/TiN薄膜吸收层；
步骤4)停止ZrO2靶的电源，继续通入氮气并加大Ti靶的功率，在纯氮气气氛下形成TiN减反射层。
进一步地，步骤2)所述惰性气体为Ar。
本发明的有益效果如下：
本发明的用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，结构简单，经吸收性能测试，具有较高的吸收率和稳定的发射率。涂层选择的原材料均为常规材料，应用范围比较广，成型性能好。该制备方法采用磁控溅射工艺，方法简单易行，生产效率高，成本较低，适于推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，从基体到表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层。
所述基体可采用不锈钢，所述红外反射层为Mo薄膜，所述吸收层为ZrO2和TiN的金属陶瓷层，所述减反射层为TiN膜。
其中，所述吸收层中，ZrO2的含量约为25wt％。
具体制备方法如下：
(1)选用不锈钢作为基体，将基体用盐酸溶液(盐酸：去离子水体积比＝1:5)超声清洗10min，再用氨水溶液(氨水：去离子水体积比＝1:5)超声清洗10min，最后用去离子水清洗，置于50℃干燥箱中干燥30min。
(2)将处理过的基体置于磁控溅射仪中，采用PVD(Physical Vapor Deposition)物理气相沉积工艺对基体进行磁控溅射：先进行抽真空，然后通入溅射气体：氩气，气体流量控制为40sccm，控制气压为1×10-2Pa，直流电源调节溅射功率为20W，通入的氩气在电磁场的作用下形成等离子体，高速轰击Mo靶材，Mo靶材中的原子受轰击后脱离靶材，沉积到基体上，形成Mo薄膜。重复上述过程，直至形成的薄膜厚度达到约25nm，沉积时间约30min，形成红外反射层。
(3)停止Mo靶的电源，换用ZrO2作为靶材并加载直流功率，溅射功率为30W，在所述红外反射层表面进行磁控溅射，约30min后，停止通入氩气，再通入氮气，气体流量控制为70sccm，增加Ti靶并采用共溅射方式，Ti靶材中的原子与氮气产生化学反应，相互结合并沉积到基体上，形成ZrO2/TiN薄膜，形成的薄膜厚度约为80nm，沉积时间约2h。
(4)停止ZrO2靶的电源，继续通入氮气并加大Ti靶的功率至40W，在纯氮气气氛下形成TiN减反射层，厚度约为60nm，时间约30min。
实施例2
一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，从基体到表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层。
所述基体可采用不锈钢，所述红外反射层为Mo薄膜，所述吸收层为ZrO2和TiN的金属陶瓷层，所述减反射层为TiN膜。
其中，所述吸收层中，ZrO2的含量约为40wt％。
具体制备方法如下：
(1)选用不锈钢作为基体，将基体用盐酸溶液(盐酸：去离子水体积比＝1:5)超声清洗10min，再用氨水溶液(氨水：去离子水体积比＝1:5)超声清洗10min，最后用去离子水清洗，置于50℃干燥箱中干燥30min。
(2)将处理过的基体置于磁控溅射仪中，采用PVD(Physical Vapor Deposition)物理气相沉积工艺对基体进行磁控溅射：先进行抽真空，然后通入溅射气体：氩气，气体流量控制为40sccm，控制气压为1×10-2Pa，直流电源调节溅射功率为20W，通入的氩气在电磁场的作用下形成等离子体，高速轰击Mo靶材，Mo靶材中的原子受轰击后脱离靶材，沉积到基体上，形成Mo薄膜。重复上述过程，直至形成的薄膜厚度达到约40nm，沉积时间约1h，形成红外反射层。
(3)停止Mo靶的电源，换用ZrO2作为靶材并加载直流功率，溅射功率为30W，在所述红外反射层表面进行磁控溅射，约50min后，停止通入氩气，再通入氮气，气体流量控制为70sccm，增加Ti靶并采用共溅射方式，Ti靶材中的原子与氮气产生化学反应，相互结合并沉积到基体上，形成ZrO2/TiN薄膜，形成的薄膜厚度约为150nm，沉积时间约3h。
(4)停止ZrO2靶的电源，继续通入氮气并加大Ti靶的功率至40W，在纯氮气气氛下形成TiN减反射层，厚度约为80nm，时间约45min。
实施例3
一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，从基体到表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层。
所述基体可采用不锈钢，所述红外反射层为Mo薄膜，所述吸收层为ZrO2和TiN的金属陶瓷层，所述减反射层为TiN膜。
其中，所述吸收层中，ZrO2的含量约为30wt％。
具体制备方法如下：
(1)选用不锈钢作为基体，将基体用盐酸溶液(盐酸：去离子水体积比＝1:5)超声清洗10min，再用氨水溶液(氨水：去离子水体积比＝1:5)超声清洗10min，最后用去离子水清洗，置于50℃干燥箱中干燥30min。
(2)将处理过的基体置于磁控溅射仪中，采用PVD(Physical Vapor Deposition)物理气相沉积工艺对基体进行磁控溅射：先进行抽真空，然后通入溅射气体：氩气，气体流量控制为40sccm，控制气压为1×10-2Pa，直流电源调节溅射功率为20W，通入的氩气在电磁场的作用下形成等离子体，高速轰击Mo靶材，Mo靶材中的原子受轰击后脱离靶材，沉积到基体上，形成Mo薄膜。重复上述过程，直至形成的薄膜厚度达到约35nm，沉积时间约50min，形成红外反射层。
(3)停止Mo靶的电源，换用ZrO2作为靶材并加载直流功率，溅射功率为30W，在所述红外反射层表面进行磁控溅射，约40min后，停止通入氩气，再通入氮气，气体流量控制为70sccm，增加Ti靶并采用共溅射方式，Ti靶材中的原子与氮气产生化学反应，相互结合并沉积到基体上，形成ZrO2/TiN薄膜，形成的薄膜厚度约为110nm，沉积时间约2.5h。
(4)停止ZrO2靶的电源，继续通入氮气并加大Ti靶的功率至40W，在纯氮气气氛下形成TiN减反射层，厚度约为70nm，时间约40min。
测试例1
对实施例1～3制得的选择性吸收涂层进行吸收性能测试，测试结果如下表1。
表1吸收性能测试
项目 实施例1 实施例2 实施例3
吸收率(α) 0.918 0.927 0.942
发射率(ε) 0.082 0.073 0.058

Claims (5)

1.一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，从基体到表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层，其特征在于，所述红外反射层为Mo薄膜，所述吸收层为ZrO2和TiN的金属陶瓷层，所述减反射层为TiN膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，其特征在于，所述基体为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收层中，ZrO2的含量为25～40wt％。
4.权利要求1所述的一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)对基体进行超声清洗、干燥；
步骤2)将经步骤1)处理过的基体置于磁控溅射仪中，采用PVD工艺对基体进行磁控溅射，充入惰性气体作为溅射气体并调节气压，采用Mo作为靶材并加载直流功率，制备红外反射层；
步骤3)停止Mo靶的电源，换用ZrO2作为靶材并加载直流功率，在步骤2)所述红外反射层表面进行磁控溅射，停止通入惰性气体，再通入氮气，增加Ti靶并采用共溅射方式形成吸收层，制得ZrO2/TiN薄膜吸收层；
步骤4)停止ZrO2靶的电源，继续通入氮气并加大Ti靶的功率，在纯氮气气氛下形成TiN减反射层。
5.根据权利要求4所述的一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)所述惰性气体为Ar。
CN201811011161.5A 2018-08-31 2018-08-31 一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法 Pending CN109207922A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811011161.5A CN109207922A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811011161.5A CN109207922A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109207922A true CN109207922A (zh) 2019-01-15

Family

ID=64985897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811011161.5A Pending CN109207922A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109207922A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102721216A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 苏州嘉言能源设备有限公司 高温太阳能选择性吸收涂层
CN103411335A (zh) * 2013-07-30 2013-11-27 中国科学院上海技术物理研究所 辐射吸收层基于混合物的选择性吸收膜系
CN106568207A (zh) * 2016-10-26 2017-04-19 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 高温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102721216A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 苏州嘉言能源设备有限公司 高温太阳能选择性吸收涂层
CN103411335A (zh) * 2013-07-30 2013-11-27 中国科学院上海技术物理研究所 辐射吸收层基于混合物的选择性吸收膜系
CN106568207A (zh) * 2016-10-26 2017-04-19 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 高温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103388917B (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN103032978B (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
CN105091377B (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN104971757B (zh) 一种Ag、N共掺杂TiO2纳米薄膜的制备方法及其纳米薄膜的应用
CN102721216A (zh) 高温太阳能选择性吸收涂层
CN101769648A (zh) 一种选择性太阳能光热吸收涂层
CN102501459A (zh) 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法
CN110643942B (zh) 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110699642B (zh) 一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN105970175A (zh) 一种碳化钛-碳化锆高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN108917210A (zh) 一种自掺杂纳米复合光热转换涂层及其制备方法
CN106011746A (zh) 用于卫星太阳电池阵的激光防护薄膜及其制备方法
CN103302917A (zh) 一种双吸收层TiON耐候性光热涂层及其制备方法
CN103255377B (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
CN105970176A (zh) 一种含稀土钇高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN201463375U (zh) 一种太阳能集热管
CN109207922A (zh) 一种用于太阳能真空管的选择性吸收涂层及其制备方法
CN102109236A (zh) 铜铝复合涂层蒸汽驱动式太阳真空集热管
CN109338297A (zh) 一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN102582150A (zh) 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN106568207B (zh) 高温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN106086882A (zh) 一种碳化钛‑碳化钨紫色太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN106322799A (zh) 一种中低真空环境使用的太阳光谱选择性吸热涂层
CN102734966A (zh) 槽式太阳能中温选择吸收涂层
CN102721213A (zh) 太阳能高温选择性吸收涂层

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190115

RJ01 Rejection of invention patent application after publication