CN109631352A - 薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法及其集热管制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法及其集热管制法，所述吸收涂层制法包括：将第一绝缘层成型在金属管的外壁上；将PN结层成型在第一绝缘层的外壁上；将第二绝缘层成型在所述PN结层外侧；将选择性吸收涂层成型在所述第二绝缘层的外壁上。所述集热管制法则包括钢管镀膜、罩玻璃前处理、小金属件前处理、总成装配、真空排气、检测以及包装等步骤。本发明将薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层生产线完美的融合到现有的玻璃金属熔封太阳能集热管生产线中，仅需要在现有的选择性吸收涂层镀膜工艺中所采用真空镀膜设备中适当的增加PN涂层的真空镀膜装置和工位，以及激光或等离子刻蚀装备即可。

Description

薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法及其集热管制法

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热管的涂层结构，特别涉及一种利用薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层的玻璃金属熔封直通太阳能集热管结构。

背景技术

太阳能具有取之不尽、用之不竭且清洁环保的巨大优势，已经为社会所接受，并得以快速发展。

目前，太阳能利用方式主要有发电和热利用两种。其中发电分为光伏发电和光热发电。热利用主要为太阳能转化为热能提供250℃以下的中温、低温工业或民用用热。随着技术发展，光伏、光热开始出现技术耦合趋势，即太阳能光伏发电时，通过热量回收，实现热电联供。太阳能光热制热时，可以利用集热系统的温差实现光热供热的同时，实现供电。或者，太阳能光热制热时，同时部分内置光伏发电组件，实现光伏发电。上述模式实现了太阳能热电联供。

在现有的太阳能热电联供技术中，主要以聚光光伏冷却模式的热电联供，普通太阳能光伏板背板余热回收模式热电联供，以及普通太阳能集热管内置光伏组件，发电同时实现集热供热。由于普通太阳能光伏电池板成本在显著下降，相对于聚光光伏发电技术，普通太阳能光伏电池板技术和成本具有显著的竞争优势，因此，聚光光伏的优势将不再具有优势而逐渐退出市场。而普通太阳能集热管内置光伏发电组件实现热电联供，则出现了成本高昂，发电效率低，且不易操作的问题，造成难以市场化。普通太阳能光伏板背板余热回收模式热电联供技术，为近几年主要的热电联供模式。但也存在余热回收的能量不足以抵消用于余热回收的消耗的能量，出现了得不偿失的问题，也处于举步维艰的局面。

CN200510098451提供一种太阳能热管温差发电装置，CN201220272211.7提供一种双通热伏真空管，CN201410088490提供一种双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，201320507705.3提供一种集热发电一体式太阳能真空集热管，这些专利提出了太阳能集热管与温差发电组件组合模式的热电联供组件，但仍然存在如下问题：

1、均是以现有温差发电片组件的模式与低温太阳能集热管结合，结构与工艺复杂，难以进行规模化生产。

2、由于温差较小，实际发电效率较低，会出现附加投入产出效益差，经济效益低下而无法为市场所接受问题。

随着太阳能光热技术的发展，低温太阳能热利用技术已经趋于成熟，且因热利用温差较小而不适合通过温差发电技术实现太阳能热电联供。随着槽式太阳能集热管及槽式中温太阳能集热系统的成熟，该类太阳能将在目前80～550℃之间的中温工业热利用和太阳能高温发电方向有巨大的技术发展和市场空间。因此，如何充分利用槽式太阳能系统的特性，开发低成本，高可靠的太阳能热电联供系统将是未来槽式太阳能系统的主要发展方向。

发明内容

本发明提供一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法及其集热管制法，是目的是为提供一种开发成本低，可靠性高的太阳能热电联供系统而服务。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于，包括：

将第一绝缘层成型在金属管的外壁上；

将PN结层成型在第一绝缘层的外壁上，所述PN结层包括依次相接的P极、P-N重叠区以及N极；所述P-N重叠区成型在所述金属管的相对高温位置，而所述P极与所述N极相反于所述P-N重叠区的一端成型在所述金属管的相对低温位置；

将第二绝缘层成型在所述PN结层外侧；

将选择性吸收涂层成型在所述第二绝缘层的外壁上。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述金属管的一侧接受太阳能辐射而称为聚光高温区，另一侧称为背光低温区，所述P极、P-N重叠区以及N极沿所述金属管的周向依次布置，所述P-N重叠区成型在所述金属管的聚光高温区，所述P极与所述N极相反于P-N重叠区的一端成型在所述背光低温区；所述P极与所述N极在所述背光低温区的一端相互分隔而形成P-N断开区。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述金属管的进口端为低温端，出口端为高温端，所述P极以及N极沿所述金属管的轴向布置且相互间隔而形成P-N断开区，P极与N极在金属管的高温端处形成P-N重叠区，所述P极与所述N极相反于P-N重叠区的一端位于所述低温端。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：多个所述PN结层通过导电涂层形成串联、并联或串并联结构。

本发明还提供一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，包括：

金属管镀膜，是采用如权利要求1中所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，在金属管的外壁上成型薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构；然后，在所述薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构的PN结层上连接引出电极；

罩玻璃管装配，是将罩玻璃管通过波纹管组件与金属管形成密封连接，使所述罩玻璃管与所述金属管之间形成真空夹层；

所述引出电极连接的导线在所述真空夹层内形成有曲折段，所述曲折段的末端采用直封引出或通过过渡材料引出到罩玻璃管外面。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其中，所述金属管镀膜的步骤包括：等离子清洗、PN膜制备、PN膜刻蚀、选择性吸收涂层镀膜以及电极刻蚀，其中：

所述等离子清洗，是指将排气后温度为100℃±30℃的金属管装入真空镀膜机内，通过抽真空至设定真空度后，开启辉光或弧光等离子清洗工艺，去除金属管表面的灰尘或杂质，保持表面清洁，同时开启真空加热器，保持金属管温度为150℃-450℃之间；

所述PN膜制备，是在真空镀膜机内，依据涂层结构特性，通过遮挡集热管表面的方式，依次镀制第一绝缘层、P极涂层、N极涂层以及导电涂层，并实现上述涂层之间的过渡连接；

所述PN膜刻蚀，是指采用激光或等离子刻蚀方式，按照PN结层的串联、并联或者串并联结构进行PN涂层的刻蚀，通过刻蚀，产生涂层在周向和/或轴向之间的断开区，凭借断开区形成PN结之间的串联和/或并联结构；

所述选择性吸收涂层镀制，是指在PN结层表面，通过真空镀膜的方式，首先制备第二绝缘层，实现第二绝缘层与后续的选择性吸收涂层的绝缘，然后，依次镀制红外金属反射层、吸收层和减反层；

所述电极刻蚀，是指完成选择性吸收涂层镀制后，在真空室内通过激光或等离子刻蚀方式，在集热管两端或单端的导电涂层处进行刻蚀，以去除掉导电涂层与引出电极处表面的选择性吸收涂层，以及选择性吸收涂层与导电涂层之间的第二绝缘层；

而且，所述连接引出电极，是指在真空室内完成电极刻蚀后，从真空镀膜室内取出镀膜金属管，通过焊接的方式，将引出电极焊接在相应的导电涂层上。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其中，在所述罩玻璃管装配步骤之前，还进行罩玻璃前处理步骤，包括：玻璃金属熔封、接尾管以及镀制增透膜；

所述玻璃金属熔封，是指将可伐金属套通过直接或过渡熔封的方式和罩玻璃管熔封焊接在一起，然后对封接位置及周围进行退火，以保持良好的真空密封性能、机械性能和抗冷热冲击性能；

所述的接尾管，是在罩玻璃管设定位置打孔，通过直封或过渡熔封方式熔封排气尾管，并退火处理；所述排气尾管可供所述导线呈密封地穿过所述罩玻璃管；

所述镀制增透膜工艺，是指对罩玻璃管进行内外表面，或单独内表面的清洗，并且通过提拉的方式在罩玻璃管表面镀制增透膜，通过150-450℃加热的方式实现增透膜在罩玻璃管表面的固化。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其中，在所述罩玻璃前处理步骤与所述罩玻璃管装配步骤之间，还进行小金属件前处理步骤，包括吸气剂组件组合与波纹管组件组合，其中：

所述吸气剂组件组合，是指将蒸散型吸气剂和/或非蒸散型吸气剂通过点焊方式固定在吸气剂支架上，形成吸气剂组件；

所述波纹管组件组合，是指将支撑环、波纹管、端盖焊接连接起来形成波纹管组件，然后将吸气剂组件焊接在波纹管组件的真空腔体侧。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其中，还包括总成装配步骤，是指将镀膜金属管、罩玻璃管和波纹管组件组合、装配、焊接在一起，其中：

所述组合，是指现将镀膜金属管插入到罩玻璃管内，并保证导线插入到排气尾管内；

所述装配，是指将波纹管组件从集热管两端插入，固定在罩玻璃管的可伐金属套和金属管之间，并进行圆周和轴向定位；

所述焊接，是指依次将罩玻璃管、可伐金属套、波纹管组件与镀膜金属管之间预先点焊焊接固定，再通过连续焊接，实现罩玻璃管、可伐金属套、波纹管组件与镀膜金属管之间的封闭式焊接。

所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其中，在总成装配步骤之后还包括真空排气步骤，所述真空排气步骤，是指将总成装配后的集热管放入排气台内，将排气尾管与真空机组连接，将集热管内部抽真空至10pa以下后，开启设定程序加热模式，逐步加热到350-450℃，持续抽真空并保温30-120分钟，然后依照设定程序逐步降温至400-200℃时，开启电封离设备，将排气尾管从罩玻璃管上密封分离，并确保导线和排气尾管熔封密封，最后按照设定冷却温度曲线，集热管自然冷却或强制冷却至常温。

本发明提供的方法，与现有技术相比较，具有如下优点：

1)将薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层生产线完美的融合到现有的玻璃金属熔封太阳能集热管生产线中，仅需要在现有的选择性吸收涂层镀膜工艺中所采用真空镀膜设备中适当的增加PN涂层的真空镀膜装置和工位，以及激光或等离子刻蚀装备即可。

2)将薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层生产工艺完美的融合到现有的玻璃金属熔封太阳能集热管生产工艺中，仅需要在融合PN涂层的镀膜工艺中增加PN结层的镀膜工艺和装备即可。而对应的PN涂层中的陶瓷绝缘层和导电涂层制备工艺，可采用原有选择性吸收涂层红外金属反射层、减反层装备和工艺进行制备。工艺流程简单、可靠。设备和工艺投入成本低廉、运行成本低廉，稳定性好。

附图说明

图1、图2分别是一种具有薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构的太阳能集热管结构的纵向剖视图与横向剖视图；

图3是沿周向布置的PN结层在轴向上进行串联的圆周展开结构示意图；

图4是沿周向布置的PN结层在轴向上进行并联的圆周展开结构示意图；

图5是沿周向布置的PN结层在轴向上进行串并联的圆周展开结构示意图；

图6是沿轴向布置的PN结层在周向上进行串联的圆周展开结构示意图；

图7是沿轴向布置的PN结层在周向上进行并联的圆周展开结构示意图；

图8是沿轴向布置的PN结层在周向上进行串并联的圆周展开结构示意图；

图9是本发明提供的太阳能集热管的制造工艺流程图。

附图标记说明：钢管1；涂层结构2；第一陶瓷绝缘层21；PN结层22；P极221；P-N重叠区222；N极223；P-N断开区224；导电涂层225；第二陶瓷绝缘层23；选择性吸收涂层24；第一引出电极31；第二引出电极32；第一导线311；第二导线321；曲折段312、322；罩玻璃管4；可伐金属套41；波纹管42；端盖43；支撑环44；真空夹层45；吸气剂支架46；蒸散型吸气剂47；非蒸散型吸气剂48。

具体实施方式

以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。

如图1、图2所示，是本发明提供的一种具有薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构的太阳能集热管的纵向剖视图与横向剖视图，所述集热管包括：

钢管1，其管内流通有待加热流体，外壁上设有所述薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构2(具体结构在后详述)，涂层结构2上还连接有引出电极31、32，所述涂层结构2能够将接收到的太阳能转化为热量传递给待加热流体的同时，还产生电量由引出第一引出电极31、第二引出电极32导出；

罩玻璃管4，套在所述钢管1的外侧面，罩玻璃管4的两端各熔封连接一个可伐金属套41，所述可伐金属套41各与一个波纹管42的外端端盖43密封连接，所述波纹管42的内端密封连接一个支撑环44，所述支撑环44密封固定在钢管1外壁上，如此，在所述罩玻璃管4与所述钢管1之间形成密闭空间，通过抽真空动作可使所述密闭空间成为真空夹层45；为了保持真空度，在所述支撑环44上通过吸气剂支架46固定蒸散型吸气剂47以及非蒸散型吸气剂48；当钢管1与罩玻璃管4由于温度不同或者热膨胀系数不同产生轴向相对位移时，通过所述波纹管42能够吸收所述相对位移；所述第一引出电极31、第二引出电极32连接的第一导线311、第二导线321在所述真空夹层45内形成有曲折段312、322(S形或螺旋状)，所述曲折段312、322的末端再穿过所述罩玻璃管4连接到外部，以凭借所述曲折段312、322来吸收所述相对位移。

至于所述薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构2，有沿周向布置和沿轴向布置两种布置方式，如图2所示，是沿周向布置方式的结构示意图，其中，由于所述钢管1受到的太阳能照射在周向上并不均匀，必然存在一聚光高温区以及与所述聚光高温区相对的背光低温区，而所述涂层结构2包括：

第一陶瓷绝缘层21，布置在所述钢管1的外壁，起绝缘作用；

PN结层22，成型在第一陶瓷绝缘层21的外壁上，包括在钢管1的周向上依次相接的P极221、P-N重叠区222以及N极223，所述P-N重叠区222位于所述聚光高温区，所述P极221相反于P-N重叠区222的一端位于所述背光低温区，所述N极223相反于P-N重叠区222的一端位于所述背光低温区；所述P极221与所述N极223在所述背光低温区的一端相互分隔而形成P-N断开区224；

第二陶瓷绝缘层23，布置在所述PN结层22外侧，起绝缘作用；

选择性吸收涂层24，成型在所述第二陶瓷绝缘层23的外壁上。

如此，由于PN结层22的P极221以及N极223位于P-N重叠区222(即P-N结)的一端处的温度高于另一端处的温度，因而会在P极221与N极223之间产生电压，再将多个PN结层22进行串联和/或并联之后，在电路两端分别连接第一引出电极31与第二引出电极32，即可将电压和/或电流放大后通过第一导线311与第二导线321导引至罩玻璃管4外部，作为电能收集或使用；与此同时，所述选择性吸收涂层24还能够将太阳能转化为热能，提供给钢管1内的待加热流体。

再如图3所示，是图2所示的涂层结构2在轴向上进行串联的结构示意图，其中：在所述钢管1的外壁设有多个沿轴向间隔排列的所述PN结层22，而且任意两个相邻的PN结层22的P-N方向相反，并且，相邻的两个PN结层22之间通过导电涂层225形成串联，如此，在形成的串联电路的两端分别连接所述第一引出电极31与所述第二引出电极32，即可将利用温差发出的电量予以收集或使用。

再如图4所示，是图2所示的涂层结构2在轴向上进行并联的结构示意图，其中：在所述钢管1的外壁设有多个沿轴向间隔排列的所述PN结层22，而且所有PN结层22的P-N方向相同，并且，所有PN结层22的N极223通过导电涂层225连接在一起然后连接有第一电极，所有PN结层22的P极221通过另一导电涂层225连接在一起然后连接有第二电极，即可将利用温差发出的电量予以收集或使用。

在图3、图4的基础上，本领域技术人员可以想到很多PN结层22在轴向上进行串并联的结构，在此无法穷举。而图5是其中一种串并联连接方式的示意图，仅作为参考。

所述薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层24结构2，还有一种沿轴向布置的方式，是在图2所示结构的基础上，将PN结层22沿周向布置改为沿周向布置，由于钢管1内的待加热流体在钢管1的一端流入时温度较低，而在从钢管1另一端流出时温度较高，因而钢管1的一端为低温端，另一端为高温端，所述PN结层22沿周向布置方式如图6、图7、图8所示：

PN结层22，成型在第一陶瓷绝缘层21的外壁上，包括沿钢管1的轴向布置的至少一个P极221与至少一个N极223，P极221与N极223相互间隔而形成P-N断开区224，P极221与N极223在钢管1的高温端处形成P-N重叠区222，凭借钢管1的高温端与低温端之间的温度差，使得P极221与N极223在高温端与低温端之间产生电压；

将多个PN结层22进行串联和/或并联之后，在电路两端分别连接第一引出电极31与第二引出电极32，即可将电压和/或电流放大后通过第一导线311与第二导线321导引至罩玻璃管4外部，作为电能收集或使用。

如图6所示，是PN结层22在周向上形成串联的结构示意图，包括相间设置的多个N极223与多个P极221，每个N极223与相邻的P极221在钢管1的高温端形成P-N重叠区222，每个N极223与相邻的P极221在钢管1的低温端通过导电涂层225形成串联，如此，在形成的串联电路的两端分别连接第一引出电极31与第二引出电极32，即可将利用温差发出的电量予以收集或使用。

如图7所示，是PN结层22在周向上形成并联的结构示意图，是在钢管1的一段圆弧表面上沿轴向设有多个N极223，另一段圆弧表面上沿轴向设有多个P极221，所述多个N极223与所述多个P极221在钢管1的高温端形成一个整体状的P-N重叠区222，所述多个N极223在钢管1的低温端均连接至第一引出电极31，所述多个P极221在钢管1的低温端均连接至第二引出电极32，即可将利用温差发出的电量予以收集或使用。

如图8所述，是PN结层22在周向上形成串并联的结构示意图，这仅仅是其中一个较佳实施例，仅作为参考使用。在图6、图7、图8的基础上，本领域技术人员可以想到很多PN结层22在周向上进行串并联的结构，在此无法一一穷举。

需要补充说明的是，上述实施例中：

所述第一陶瓷绝缘层21、第二陶瓷绝缘层23的厚度均介于0.1微米-10微米之间；其材料主要为金属氧化物、氮化物、金属氮氧化物、非金属氧化物、非金属氮化物、非金属氮氧化物或者上述化合物的混合物构成的绝缘材料。

所述PN结层22的涂层厚度介于0.1微米-100微米之间。

所述P极221为硅或锗掺杂微量硼、铟、镓、铝形成的P型半导体。

所述N极223为硅或锗掺杂微量磷、锑、砷形成的N型半导体。

所述的PN结层22也可由金属热电材料构成，如镍铬-镍硅对、铜-康铜对、镍-镍钼等。

所述导电涂层225主要由高导电纯金属或合金材料构成，如铜、铝、银单质金属或合金。

所述第一导出电极、第二导出电极为金属钨、钼形成，其厚度介于1微米-100微米之间。

所述第一导线311、第二导线321为金属钨、钼等形成的金属丝或金属片。所述第一导线311、第二导线321与罩玻璃管4之间可采用直封引出或通过过渡玻璃、过渡陶瓷等过渡材料引出到罩玻璃管4外面。

所述的选择性吸收涂层24的厚度介于0.2-0.5微米之间。所述的选择性吸收涂层24主要由金属层、吸收层和减反层等部分组成，可采用目前常规的中高温选择性吸收涂层24膜系即可。

与现有公开的温差发电耦合太阳能集热管结构比较，本发明的结构具有如下优势：

1)工作时，太阳能集热管的选择性吸收涂层24在圆周方向上存在聚光高温区和背光低温区，在轴向方向上同样存在进口低温端和出口高温端。上述高温区(端)和低温区(端)是自然存在的，并不因为增加温差发电涂层的厚度而显著改变。本发明特别适用于槽式太阳能集热管，可使两个温区之间的温差达到10～50℃之间，因此可充分利用槽式太阳能集热管的自然温差实现温差发电，并且不需要对低温区进行主动散热。

2)采用涂层模式的温差发电结构，相对于常规的温差发电模块，具有显著的容易加工、材料成本和加工成本低廉的优势。

3)薄膜温差发电结构与选择性吸收涂层24叠加模式，并不影响选择性吸收涂层24的吸收太阳能的性能。同时，薄膜结构的温差发电涂层对太阳能转化为热能，并向钢管1传递的热阻影响是非常小的，可以忽略不计，并不影响集热管的集热，传热性能。

4)真空夹层45内导线31形成有曲折段32(S形或螺旋状)的设置，解决了集热管受热微变形时对电极拉伸变形的影响。而导线31与罩玻璃管4的直封或过渡熔封解决了温差发电结构的电能引出。

5)温差发电涂层可实现PN结之间的串并联，以有效提高温差发电的效率。通过绝缘陶瓷层，实现了与钢管1表面、选择性吸收涂层24金属红外反射层的有效隔绝。

总之，本发明实现了薄膜温差发电与选择性吸收涂层24的完美结合，并以此形成了高可靠、低成本的热电联供模式的玻璃金属熔封直通太阳能集热管。

如图9所示，是本发明提供的太阳能集热管的制造工艺流程图，主要包括以下工步：钢管1镀膜、罩玻璃前处理、小金属件前处理、总成装配、真空排气、检测以及包装。

所述的钢管1镀膜工艺流程主要包括：钢管1抛光、清洗、排气、镀膜、电极装配。

所述抛光，是指通过机械或化学的方式去除钢管1表面的锈蚀，使表面光洁度低于1.0微米。

所述清洗，是指钢管1抛光后，先通过物理或化学的方法去除钢管1表面的污渍、油及锈蚀，其次通过物理或化学的方法在钢管1表面形成一层钝化膜，然后对钢管1表面杂质进行清洗，最后通过风刀方式去除钢管1表面残料的水膜，防止钢管1进一步氧化。

所述排气，是指钢管1清洗后，将钢管1放入到真空加热炉内，首先抽真空度至10Pa以下，开启加热器升温至400-450℃，并保温同时持续抽真空状态约20-60分钟，真空自然冷却至350-150℃后，充入纯氧气或氮气，实现表面快速氧化或氮化，在表面进一步形成致密的金属氧化物或金属氮化物膜；最后在100℃±30℃条件下取出。

所述镀膜，主要包括：等离子清洗、PN膜制备、PN膜刻蚀、选择性吸收涂层24镀膜、电极刻蚀。

所述等离子清洗，是指将排气后温度为100℃±30℃的钢管1装入真空镀膜机内，通过抽真空至设定真空度后，开启辉光或弧光等离子清洗工艺，去除钢管1表面的灰尘或杂质，保持表面清洁，同时开启真空加热器，保持钢管1温度为150℃-450℃之间。

所述PN膜制备，是在真空镀膜机内，依据涂层结构2特性，通过遮挡集热管表面的方式，依次镀制第一陶瓷绝缘层21、P极221涂层、N极223涂层、导电涂层225，并实现上述涂层之间的过渡连接。

所述PN膜刻蚀，是指采用激光或等离子刻蚀方式，按照PN结层22的串联、并联或者串并联结构进行PN涂层的刻蚀，通过刻蚀，产生涂层圆周方向和轴向之间的断开区，凭借断开区形成PN结之间的串联和/或并联结构。

所述选择性吸收涂层24镀制，是指在PN结层22表面，通过真空镀膜的方式，首先制备第二陶瓷绝缘层23，实现第二陶瓷绝缘层23与后续的选择性吸收涂层24的绝缘，其次，依次镀制红外金属反射层、吸收层和减反层。

所述电极刻蚀，是指完成选择性吸收涂层24镀制后，在真空室内通过激光或等离子刻蚀方式，在集热管两端或单端的导电涂层225处进行刻蚀，以去除掉导电涂层225与引出电极3处表面的选择性吸收涂层24，以及选择性吸收涂层24与导电涂层225之间的第二陶瓷绝缘层23。

所述电极装配，是指在真空室内完成电极刻蚀后，从真空镀膜室内取出镀膜钢管1，通过焊接的方式，将引出电极3分别焊接在相应的导电涂层225上。

所述罩玻璃前处理工艺流程主要包括：玻璃金属熔封、接尾管、镀制增透膜。

所述玻璃金属熔封，是指将可伐金属套41通过直接或过渡熔封的方式和罩玻璃管4熔封焊接在一起，然后对封接位置及周围进行退火，以保持良好的真空密封性能、机械性能和抗冷热冲击性能。所采用的罩玻璃管4为硼硅玻璃。

所述的接尾管，是在罩玻璃管4设定位置打孔，通过直封或过渡熔封方式熔封两个排气尾管，并退火处理。所采用的尾管的结构可以为与罩玻璃管4相同的材质，或部分采用与罩玻璃管4材质相同的材料，以实现直封。

所述镀制增透膜工艺，是指对罩玻璃管4进行内外表面，或单独内表面的清洗。通过提拉的方式在罩玻璃管4表面镀制增透膜，通过150-450℃加热的方式实现增透膜在罩玻璃管4表面的固化。

所述小金属件前处理，是指吸气剂组件组合、波纹管42组件组合等。

所述吸气剂组件组合，是指将蒸散型吸气剂47和非蒸散型吸气剂48通过点焊方式固定在吸气剂支架46上，形成吸气剂组件。

所述波纹管42组件组合，是指将支撑环44、波纹管42、端盖43焊接连接起来形成波纹管42组件，然后将吸气剂组件焊接或其他机械连接方式固定在波纹管42组件的真空腔体侧。

总成装配，是指将镀膜钢管1、罩玻璃管4和波纹管42组件组合、装配、焊接在一起。

所述组合，是指现将镀膜钢管1插入到罩玻璃管4内，并保证导线31插入到排气尾管内。

所述装配，是指将波纹管42组件从集热管两端插入，固定在罩玻璃管4的可伐金属套41和钢管1之间，并进行圆周和轴向定位。

所述焊接，是指依次将罩玻璃管4、可伐金属套41、波纹管42组件与镀膜钢管1之间预先点焊焊接固定，再通过连续焊接，实现罩玻璃管4、可伐金属套41、波纹管42组件与镀膜钢管1之间的封闭式焊接。

所述真空排气，是指将总成装配后的集热管放入排气台内，将排气尾管与真空机组连接，将集热管内部抽真空至10pa后，开启设定程序加热模式，逐步加热到350-450℃，持续抽真空并保温30-120分钟，然后依照设定程序逐步降温至400-200℃时，开启电封离设备，将排气尾管从罩玻璃管4上密封分离，并确保导线31和排气尾管熔封密封。最后按照设定冷却温度曲线，集热管自然冷却或强制冷却至常温。

所述检测，是指采用目测、氦质谱检测仪、电火花检测仪对集热管的真空度、外观等质量进行检测，然后激光打标。

所述包装，是指完成上述程序，将集热管打包、装箱。完成整个集热管生产工艺过程。

本发明提供的一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层24玻璃金属熔封直通太阳能集热管的加工方法，具有如下优势：

1)将薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层24生产线完美的融合到现有的玻璃金属熔封太阳能集热管生产线中，仅需要在现有的选择性吸收涂层24镀膜工艺中所采用真空镀膜设备中适当的增加PN涂层的真空镀膜装置和工位，以及激光或等离子刻蚀装备即可。

2)将薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层24生产工艺完美的融合到现有的玻璃金属熔封太阳能集热管生产工艺中，仅需要在融合PN涂层的镀膜工艺中增加PN结层22的镀膜工艺和装备即可。而对应的pN涂层中的陶瓷绝缘层和导电涂层225制备工艺，可采用原有选择性吸收涂层24红外金属反射层、减反层装备和工艺进行制备。工艺流程简单、可靠。设备和工艺投入成本低廉、运行成本低廉，稳定性好。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于，包括：

将第一绝缘层成型在金属管的外壁上；

将PN结层成型在第一绝缘层的外壁上，所述PN结层包括依次相接的P极、P-N重叠区以及N极；所述P-N重叠区成型在所述金属管的相对高温位置，而所述P极与所述N极相反于所述P-N重叠区的一端成型在所述金属管的相对低温位置；

将第二绝缘层成型在所述PN结层外侧；

将选择性吸收涂层成型在所述第二绝缘层的外壁上。

2.根据权利要求1所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述金属管的一侧接受太阳能辐射而称为聚光高温区，另一侧称为背光低温区，所述P极、P-N重叠区以及N极沿所述金属管的周向依次布置，所述P-N重叠区成型在所述金属管的聚光高温区，所述P极与所述N极相反于P-N重叠区的一端成型在所述背光低温区；所述P极与所述N极在所述背光低温区的一端相互分隔而形成P-N断开区。

3.根据权利要求1所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述金属管的进口端为低温端，出口端为高温端，所述P极以及N极沿所述金属管的轴向布置且相互间隔而形成P-N断开区，P极与N极在金属管的高温端处形成P-N重叠区，所述P极与所述N极相反于P-N重叠区的一端位于所述低温端。

4.根据权利要求2或3所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：多个所述PN结层通过导电涂层形成串联、并联或串并联结构。

5.一种薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，包括：

金属管镀膜，是采用如权利要求1中所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层制法，在金属管的外壁上成型薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构；然后，在所述薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层结构的PN结层上连接引出电极；

罩玻璃管装配，是将罩玻璃管通过波纹管组件与金属管形成密封连接，使所述罩玻璃管与所述金属管之间形成真空夹层；

所述引出电极连接的导线在所述真空夹层内形成有曲折段，所述曲折段的末端采用直封引出或通过过渡材料引出到罩玻璃管外面。

6.根据权利要求5所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，所述金属管镀膜的步骤包括：等离子清洗、PN膜制备、PN膜刻蚀、选择性吸收涂层镀膜以及电极刻蚀，其中：

所述等离子清洗，是指将排气后温度为100℃±30℃的金属管装入真空镀膜机内，通过抽真空至设定真空度后，开启辉光或弧光等离子清洗工艺，去除金属管表面的灰尘或杂质，保持表面清洁，同时开启真空加热器，保持金属管温度为150℃-450℃之间；

所述PN膜制备，是在真空镀膜机内，依据涂层结构特性，通过遮挡集热管表面的方式，依次镀制第一绝缘层、P极涂层、N极涂层以及导电涂层，并实现上述涂层之间的过渡连接；

所述PN膜刻蚀，是指采用激光或等离子刻蚀方式，按照PN结层的串联、并联或者串并联结构进行PN涂层的刻蚀，通过刻蚀，产生涂层在周向和/或轴向之间的断开区，凭借断开区形成PN结之间的串联和/或并联结构；

所述选择性吸收涂层镀制，是指在PN结层表面，通过真空镀膜的方式，首先制备第二绝缘层，实现第二绝缘层与后续的选择性吸收涂层的绝缘，然后，依次镀制红外金属反射层、吸收层和减反层；

所述电极刻蚀，是指完成选择性吸收涂层镀制后，在真空室内通过激光或等离子刻蚀方式，在集热管两端或单端的导电涂层处进行刻蚀，以去除掉导电涂层与引出电极处表面的选择性吸收涂层，以及选择性吸收涂层与导电涂层之间的第二绝缘层；

而且，所述连接引出电极，是指在真空室内完成电极刻蚀后，从真空镀膜室内取出镀膜金属管，通过焊接的方式，将引出电极焊接在相应的导电涂层上。

7.根据权利要求5所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，在所述罩玻璃管装配步骤之前，还进行罩玻璃前处理步骤，包括：玻璃金属熔封、接尾管以及镀制增透膜；

所述玻璃金属熔封，是指将可伐金属套通过直接或过渡熔封的方式和罩玻璃管熔封焊接在一起，然后对封接位置及周围进行退火，以保持良好的真空密封性能、机械性能和抗冷热冲击性能；

所述的接尾管，是在罩玻璃管设定位置打孔，通过直封或过渡熔封方式熔封排气尾管，并退火处理；所述排气尾管可供所述导线呈密封地穿过所述罩玻璃管；

所述镀制增透膜工艺，是指对罩玻璃管进行内外表面，或单独内表面的清洗，并且通过提拉的方式在罩玻璃管表面镀制增透膜，通过150-450℃加热的方式实现增透膜在罩玻璃管表面的固化。

8.根据权利要求7所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，在所述罩玻璃前处理步骤与所述罩玻璃管装配步骤之间，还进行小金属件前处理步骤，包括吸气剂组件组合与波纹管组件组合，其中：

所述吸气剂组件组合，是指将蒸散型吸气剂和/或非蒸散型吸气剂通过点焊方式固定在吸气剂支架上，形成吸气剂组件；

所述波纹管组件组合，是指将支撑环、波纹管、端盖焊接连接起来形成波纹管组件，然后将吸气剂组件焊接在波纹管组件的真空腔体侧。

9.根据权利要求8所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，还包括总成装配步骤，是指将镀膜金属管、罩玻璃管和波纹管组件组合、装配、焊接在一起，其中：

所述组合，是指现将镀膜金属管插入到罩玻璃管内，并保证导线插入到排气尾管内；

所述装配，是指将波纹管组件从集热管两端插入，固定在罩玻璃管的可伐金属套和金属管之间，并进行圆周和轴向定位；

所述焊接，是指依次将罩玻璃管、可伐金属套、波纹管组件与镀膜金属管之间预先点焊焊接固定，再通过连续焊接，实现罩玻璃管、可伐金属套、波纹管组件与镀膜金属管之间的封闭式焊接。

10.根据权利要求9所述的薄膜温差发电耦合选择性吸收涂层太阳能集热管制法，其特征在于，在总成装配步骤之后还包括真空排气步骤，所述真空排气步骤，是指将总成装配后的集热管放入排气台内，将排气尾管与真空机组连接，将集热管内部抽真空至10pa以下后，开启设定程序加热模式，逐步加热到350-450℃，持续抽真空并保温30-120分钟，然后依照设定程序逐步降温至400-200℃时，开启电封离设备，将排气尾管从罩玻璃管上密封分离，并确保导线和排气尾管熔封密封，最后按照设定冷却温度曲线，集热管自然冷却或强制冷却至常温。