CN109631353B - 薄膜光伏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光伏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：在金属管的外壁上依次成型：陶瓷绝缘层、金属导电层、高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层、内侧透明导电涂层、光伏薄膜层、透明导电涂层耦合金属栅极层以及减反层，所述高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层包括内侧金属栅极层、高电阻选择性吸收涂层以及内侧电极涂带；所述透明导电涂层耦合金属栅极层包括外侧金属栅极层、外侧透明导电涂层以及与外侧电极涂带，通过电极涂带将光伏电压传导出来。本发明将薄膜光伏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，降低了成本。

Description

薄膜光伏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光伏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。

CN201010184286提供了一种用于槽式聚光系统的光电光热联用真空直通式集热管，CN201210090573提供了一种太阳能光伏光热复合热管真空管，CN201410001326提供了一种复合型太阳能光伏界面与太阳能热管集成装置，CN201710850100提供了一种光伏光热一体式太阳能真空管，这些专利提出了太阳能集热管与光伏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、均是以现有光伏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、现有的光伏电池片与太阳能选择性吸收涂层是分开，或者仅仅是利用光伏电池片的多余热量实现集热和换热。没有充分体现出光伏-光热结构的一体化。

上述因素导致现有的太阳能光伏-光热一体化组件结构复杂、成本高昂、综合效率低下，难以与现有的集热管生产线进行完美融合，而导致无法规模化低成本市场发展。

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，相对于光伏发电的成本更低，利用光伏电池片发电已不适合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光伏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：

一种薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于，包括：

在金属管的外壁上成型绝缘层；

在绝缘层的外壁上成型金属导电层；

在金属导电层的外壁上成型高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层，所述高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层包括内侧金属栅极层、形成在内侧金属栅极层的划分区域内的高电阻选择性吸收涂层以及与内侧金属栅极层形成电连接的内侧电极涂带；所述高电阻选择性吸收涂层的200mm×200mm薄膜方块电阻介于500-50000欧姆之间；

在高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层的外表面成型内侧透明导电涂层，所述内侧透明导电涂层与所述内侧金属栅极层形成良好的电接触；

在所述内侧透明导电涂层的外表面成型光伏薄膜层，所述光伏薄膜层的200mm×200mm薄膜方块电阻介于0.1-200欧姆之间；

在所述光伏薄膜层的外表面成型透明导电涂层耦合金属栅极层，所述透明导电涂层耦合金属栅极层包括外侧金属栅极层、形成在外侧金属栅极层的划分区域内的外侧透明导电涂层以及与外侧金属栅极层形成电连接的外侧电极涂带；

在所述透明导电涂层耦合金属栅极层的外表面成型减反层。

所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述内侧金属栅极层具有多个涂层条、具有多个涂层环、呈螺旋状或者呈网格状，所述外侧金属栅极层具有多个涂层条、具有多个涂层环、呈螺旋状或者呈网格状。

所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述涂层条平行于所述金属管的轴向布置，或者与所述金属管的轴向具有0-45度的夹角。

所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述涂层环垂直于所述金属管的轴向布置，或者与所述金属管的轴向具有0-45度的夹角。

所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述内侧金属栅极层的多个涂层环或多个涂层条通过所述内侧电极涂带形成串联、并联或串并联；所述外侧金属栅极层的多个涂层环或多个涂层条通过所述外侧电极涂带形成串联、并联或串并联。

所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其中：所述的高电阻选择性吸收涂层的材料为纯金属形成的薄膜电阻材料，或者是纯金属与非纯金属掺杂形成的薄膜电阻材料，所述非纯金属是金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、非金属氧化物、非金属氮化物、非金属氮氧化物的其中任一或者任意组合物，且纯金属与非纯金属之间的摩尔比介于1:100-100:1之间。

一种薄膜光伏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，是采用所述的薄膜光伏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光伏发电耦合选择性吸收涂层结构；然后，在所述薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层结构的内侧电极涂带与外侧电极涂带上分别连接引出电极；

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。

所述的薄膜光伏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与小金属件前处理步骤；

所述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。

所述的薄膜光伏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。

所述的薄膜光伏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，将排气尾管从排口密封分离，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)将薄膜光伏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薄膜光伏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)对应的薄膜光伏发电涂层中的陶瓷绝缘层和透明导电涂带的制备工艺，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光伏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是图2的剖视图；

图4、图5、图6是薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层结构的不同实施例在圆周上的展开结构示意图；

图7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；陶瓷绝缘层21；金属导电层22；高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层23；内侧金属栅极层231；高电阻选择性吸收涂层232；内侧电极涂带233；内侧透明导电涂层24；光伏薄膜层25；透明导电涂层耦合金属栅极层26；外侧透明导电涂层261；外侧金属栅极层262；外侧电极涂带263；减反层27；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光伏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光伏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上还连接有第一引出电极31、第二引出电极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。其中，所述第一导线311、第二导线321是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；

所述薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层结构2，如图2、图3、图4所示，包括：

陶瓷绝缘层21，布置在所述钢管1的外壁，起绝缘作用，所述陶瓷绝缘层21的厚度介于0.1微米-10微米之间，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、非金属氮氧化物的任一或者任意掺杂形成的混合物；

金属导电层22，成型在陶瓷绝缘层21的外壁上，所述金属导电层22的厚度介于0.1微米-100微米之间，材料为单金属或多金属复合涂层，如铜、铝、银、金、铁、铂、钼、钨的任一单金属涂层或任意多金属复合涂层；

高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层23，包括内侧金属栅极层231、高电阻选择性吸收涂层232与内侧电极涂带233，其中：所述内侧金属栅极层231厚度介于0.1微米-100微米之间，为单金属涂层或多金属复合涂层，如铜、铝、银、金、铁、铂、钼、钨的任一单金属涂层或任意多金属复合涂层；所述内侧金属栅极层231呈线条状或网格状分布在金属导电层22的外表面，线条或网格线的宽度介于50微米-2毫米之间，线条或网格线之间的间距介于5毫米-100mm之间；所述高电阻选择性吸收涂层232制备于金属导电层22的外表面，且位于内侧金属栅极层231划分的区域之间，与所述内侧金属栅极层231呈圆周向或轴向接触，但不在径向方向上覆盖，其厚度介于20纳米-500微米之间；所述的高电阻选择性吸收涂层232的材料为纯金属形成的薄膜电阻材料，所述纯金属可以是单金属也可以是多金属复合物，所述的高电阻选择性吸收涂层232的材料也可以是纯金属与非纯金属掺杂形成的薄膜电阻材料，所述非纯金属是金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、非金属氧化物、非金属氮化物、非金属氮氧化物的其中任一或者任意组合物，且纯金属与非纯金属之间的摩尔比应当介于1:100-100:1之间；总之，应当使所述薄膜电阻材料所形成的200mm×200mm薄膜方块电阻介于500-50000欧姆之间；所述内侧电极涂带233与所述内侧金属栅极层231形成电连接，用于将电能导出至第二引出电极32，其厚度介于1微米-100微米之间，宽度为1.0-5.0毫米之间，材料为单金属涂层或多金属复合涂层，如铜、铝、银、金、铁、铂、钼、钨的任一单金属涂层或任意多金属复合涂层；

内侧透明导电涂层24，布置在高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层23的外表面，其为氧化铟锡涂层或氧化锌铝涂层，厚度介于0.1微米-100微米之间，并与所述内侧金属栅极层231形成良好的电接触；

光伏薄膜层25，布置在内侧透明导电涂层24的外表面，由单晶硅、多晶硅、铜铟镓硒、砷化镓的至少其一组成，厚度介于10微米-1000微米之间，所形成的200mm×200mm薄膜方块电阻介于0.1-200欧姆之间；

透明导电涂层耦合金属栅极层26，布置在所述光伏薄膜层25的外表面，包括外侧透明导电涂层261、外侧金属栅极层262以及外侧电极涂带263，其中：所述外侧金属栅极层262为单金属涂层或多金属复合涂层，如铜、铝、银、金、铁、铂、钼、钨的任一单金属涂层或任意多金属复合涂层；所述外侧金属栅极层262呈线条状或网格状分布在光伏薄膜层25的外表面，线条或网格线的宽度介于50微米-2毫米之间，线条或网格线之间的间距介于5毫米-100mm之间；所述外侧透明导电涂层261制备于光伏薄膜层25的外表面，且位于外侧金属栅极层262划分的区域之间，与所述外侧金属栅极层262呈圆周向或轴向接触，但不在径向方向上覆盖，其厚度介于0.1微米-100微米之间；所述外侧透明导电涂层261的材料为氧化铟锡涂层或氧化锌铝涂层；所述外侧电极涂带263与所述外侧金属栅极层262形成电连接，用于将电能导出至第一引出电极31，其厚度介于1微米-100微米之间，宽度为1.0-5.0毫米之间，材料为单金属涂层或多金属复合涂层，如铜、铝、银、金、铁、铂、钼、钨的任一单金属涂层或任意多金属复合涂层；

减反层27，布置在所述透明导电涂层耦合金属栅极层26的外表面，为铝、硅的氧化物、氮化物或氮氧化物的任一或任一组合，其厚度为40-200纳米，外表面可呈凹凸状结构或多孔状结构；

如此结构，能够通过光伏作用产生电能，还不影响太阳能集热。

在图4所示的结构中，所述内侧金属栅极层231具有多个沿钢管1轴向平行排布的内侧涂层环，所述内侧涂层环通过所述内侧电极涂带233并联，所述外侧金属栅极层262具有多个沿钢管1轴向平行排布的外侧涂层环，所述外侧涂层环通过所述外侧电极涂带263并联；在本实施例中，所述内侧涂层环与外侧涂层环在钢管1的轴向上交错排列；

再如图5所示，所述内侧金属栅极层231具有多个沿钢管1周向平行排布的内侧涂层条，所述内侧涂层条通过所述内侧电极涂带233并联，所述外侧金属栅极层262具有多个沿钢管1轴向平行排布的外侧涂层环，所述外侧涂层环通过所述外侧电极涂带263并联；如此，使所述涂层条与涂层环相互垂直；

在图5所示实施例的指引下，有另外一种替换实施例，即外侧金属栅极层262具有多个沿钢管1周向平行排布的外侧涂层条，所述内侧金属栅极层231具有多个沿钢管1轴向平行排布的内侧涂层环，所述涂层条与涂层环同样相互垂直，就不再附图了；

在图6所示的实施例中，所述内侧金属栅极层231与外侧金属栅极层262均为网状，而且内侧金属栅极层231的网格交叉点位于外侧金属栅极层262的网格中心位置，从而相互错开。

在图4、图5、图6的基础上，内侧金属栅极层231可选择具有多个涂层条、具有多个涂层环或者呈网格状，还可以是斜涂层条(与钢管1轴线的夹角在0-45度之间)、斜涂层环(与钢管1轴线的夹角在0-45度之间)或螺旋环，而外侧金属栅极层262也可选择具有多个涂层条、具有多个涂层环或者呈网格状，还可以是斜涂层条、斜涂层环或螺旋环，然后内侧金属栅极层231与外侧金属栅极层262可形成任意组合，而且涂层条、涂层环之间可为串联、并联或者串并联连接关系。在此基础上，本领域技术人员可以想到更多内侧金属栅极层231、外侧金属栅极层262的结构，在此不再也无法一一穷举。

与现有公开的光伏太阳能集热管结构比较，本发明的结构具有如下优势：

1)本发明将两个完全特性不同的涂层耦合在一起，使光伏薄膜层25作为低电阻选择性吸收涂层，保留原高电阻选择性吸收涂层232，实现光伏发电和选择性吸收集热一体化，显著地降低了涂层的结构复杂性和加工成本。

2)采用涂层模式的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层结构2，相对于常规的单独光伏模块与集热管组合结构，具有容易加工、材料和加工成本低廉的优势。

3)薄膜光伏发电结构与选择性吸收涂层耦合叠加模式，并不影响选择性吸收涂层的吸收太阳能的性能。同时，薄膜结构的光伏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内导线形成有曲折段(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。而导线与罩玻璃管4的直封或过渡熔封解决了光伏发电结构的电能引出。

5)外侧金属栅极层262、内侧金属栅极层231中的涂层环或涂层条可串联和/或并联，以有效提高光伏发电的电压或电流，从而进一步有效的提高效率。通过绝缘陶瓷层，有效实现了与钢管1表面、选择性吸收涂层金属红外反射层的有效隔绝。金属层采用实现了金属导电电极的引出，同时作为选择性吸收涂层的红外反射层使用，实现一层双功能。

总之，本发明实现了薄膜光伏发电与选择性吸收涂层的完美结合，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。

另外，本发明虽然是以集热管为例对薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层结构2进行了介绍，但本领域技术人员也应当理解，所述薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层也可以制备或者成型在其他形状的受太阳能辐照的金属容器(例如集热板)的外表面上。

如图7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。

所述的钢管镀膜工艺流程主要包括：钢管抛光、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，是指钢管抛光后，先通过物理或化学的方法去除钢管表面的污渍、油及锈蚀，其次通过物理或化学的方法在钢管表面形成一层钝化膜，然后对钢管表面杂质进行清洗，最后通过风刀方式去除钢管表面残料的水膜，防止钢管进一步氧化。

所述排气，是指钢管清洗后，将钢管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、陶瓷绝缘层21制备、金属导电层22制备、内侧金属栅极层231制备、高电阻选择性吸收涂层232制备、内侧透明导电涂层24制备、光伏薄膜层25制备、外侧透明导电涂层261制备、外侧金属栅极层262制备、减反层27制备、电极刻蚀以及电极装配。

所述等离子清洗，是指将排气后温度为100℃±30℃的钢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，去除钢管表面的灰尘或杂质，保持表面清洁，同时开启真空加热器，保持钢管温度为150℃-450℃之间。

所述陶瓷绝缘层21制备，是指在真空镀膜机内采用磁控溅射或其他真空镀膜方法，依据陶瓷绝缘层21材料特性选用纯金属和合金金属靶材、以氮气、氧气、含碳气体等为反应气体，以氩气为工作气体制备陶瓷绝缘层21。

所述金属导电层22制备，是指在真空镀膜机内采用磁控溅射或其他真空镀膜方法，依据金属导电层22材料特性选用纯金属和合金金属靶材、以氩气为工作气体制备金属导电层22。

所述内侧金属栅极层231制备，是指在真空镀膜机内采用磁控溅射或其他真空镀膜方法，依据内侧金属栅极层231材料特性选用纯金属和合金金属靶材、以氩气为工作气体，通过钢管表面遮挡方式制备相应结构的内侧金属栅极层231；或者是指采用激光熔融、蒸发、真空涂覆的方法，依据内侧金属栅极层231材料特性选用纯金属和合金金属制备内侧金属栅极层231。所述内侧金属栅极层231制备还包括在金属导电层22上形成内侧电极涂带233，所述内侧电极涂带233将所述内侧金属栅极层231进行串联和/或并联连接。

所述高电阻选择性吸收涂层232制备，是指在真空镀膜机内采用磁控溅射或其他真空镀膜方法，依据选择性吸收涂层的高电阻层材料特性选用纯金属和合金金属靶材、以氮气、氧气、含碳气体等为反应气体，以氩气为工作气体制备高电阻选择性吸收涂层232；或者是指通过采用激光或等离子刻蚀的工艺去除内侧金属栅极层231表面的高电阻选择性吸收涂层232，实现内侧金属栅极层231表面裸露。

所述内侧透明导电涂层24制备，是采用真空镀膜的方法，包括磁控溅射、多弧离子镀、阴极溅射、射频溅射、蒸镀等方式制备氧化锌铝涂层或氧化铟锡透明导电涂层，并使内侧透明导电涂层24与内侧金属栅极层231形成良好接触。

所述光伏薄膜层25制备，是采用真空镀膜的方法，包括磁控溅射、多弧离子镀、阴极溅射、射频溅射、蒸镀的方式制备以铜铟镓硒、砷化镓、单晶硅、多晶硅等为基础膜系的光伏发电涂层，并和内侧透明导电涂层24形成良好结合。

所述外侧透明导电涂层261制备，是采用真空镀膜的方法，包括磁控溅射、多弧离子镀、阴极溅射、射频溅射、蒸镀的方式制备氧化锌铝涂层或氧化铟锡透明导电涂层，并使外侧透明导电涂层261与光伏薄膜层25形成良好接触。

所述外侧金属栅极层262制备，是指在真空镀膜机内采用磁控溅射或其他真空镀膜方法，依据外侧金属栅极层262的材料特性选用纯金属和合金金属靶材、以氩气为工作气体，通过钢管表面遮挡方式制备相应结构的外侧金属栅极层262；或者是指采用激光熔融、蒸发、真空涂覆的方法，依据外侧金属栅极层262的材料特性选用纯金属或合金金属制备外侧金属栅极层262。所述外侧金属栅极层262制备还包括在外侧透明导电涂层261上形成外侧电极涂带263，所述外侧电极涂带263将所述外侧金属栅极层262进行串联和/或并联连接。

所述减反层27制备，是指采用磁控溅射的方法，以铝、硅铝复合材料、硅等为基础材料溅射靶材，以氮气、氧气、含碳气体等为反应气体，以氩气为工作气体制备减反层27。

所述电极刻蚀，是指完成减反层27制备后，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外侧导电涂带以及内侧导电涂带处进行刻蚀，以去除掉外侧导电涂带以及内侧导电涂带的外表面的涂层。

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，通过焊接的方式，将引出电极分别焊接在相应的外侧导电涂带以及内侧导电涂带上。

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。所采用的排气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和非蒸散型吸气剂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、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，是指现将镀膜钢管插入到罩玻璃管4内，并保证导线插入到排气尾管内。

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，将排气尾管从排口密封分离，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。

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光伏发电耦合选择性吸收涂层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)将薄膜光伏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薄膜光伏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)对应的薄膜光伏发电涂层中的陶瓷绝缘层21和透明导电涂带的制备工艺，可采用原有选择性吸收涂层红外金属反射层、减反层27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)

1.一种薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于，包括：

在受太阳能辐照的金属容器的外壁上成型绝缘层；

在绝缘层的外壁上成型金属导电层；

在金属导电层的外壁上成型高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层，所述高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层包括内侧金属栅极层、形成在内侧金属栅极层的划分区域内的高电阻选择性吸收涂层以及与内侧金属栅极层形成电连接的内侧电极涂带；所述高电阻选择性吸收涂层的200mm×200mm薄膜方块电阻介于500-50000欧姆之间；

在高电阻选择性吸收涂层耦合金属栅极层的外表面成型内侧透明导电涂层，所述内侧透明导电涂层与所述内侧金属栅极层形成良好的电接触；

在所述内侧透明导电涂层的外表面成型光伏薄膜层，所述光伏薄膜层的200mm×200mm薄膜方块电阻介于0.1-200欧姆之间；

在所述光伏薄膜层的外表面成型透明导电涂层耦合金属栅极层，所述透明导电涂层耦合金属栅极层包括外侧金属栅极层、形成在外侧金属栅极层的划分区域内的外侧透明导电涂层以及与外侧金属栅极层形成电连接的外侧电极涂带；

在所述透明导电涂层耦合金属栅极层的外表面成型减反层。

2.根据权利要求1所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述内侧金属栅极层具有多个涂层条、具有多个涂层环、呈螺旋状或者呈网格状，所述外侧金属栅极层具有多个涂层条、具有多个涂层环、呈螺旋状或者呈网格状。

3.根据权利要求2所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述金属容器是金属管，所述涂层条平行于所述金属管的轴向布置，或者与所述金属管的轴向具有0-45度的夹角。

4.根据权利要求2所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述金属容器是金属管，所述涂层环垂直于所述金属管的轴向布置，或者与所述金属管的轴向具有0-45度的夹角。

5.根据权利要求2所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述内侧金属栅极层的多个涂层环或多个涂层条通过所述内侧电极涂带形成串联、并联或串并联；所述外侧金属栅极层的多个涂层环或多个涂层条通过所述外侧电极涂带形成串联、并联或串并联。

6.根据权利要求1所述的薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层制法，其特征在于：所述的高电阻选择性吸收涂层的材料为纯金属形成的薄膜电阻材料，或者是纯金属与非纯金属掺杂形成的薄膜电阻材料，所述非纯金属是金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、非金属氧化物、非金属氮化物、非金属氮氧化物的其中任一或者任意组合物，且纯金属与非纯金属之间的摩尔比介于1:100-100:1之间。

7.一种薄膜光伏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中所述的薄膜光伏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光伏发电耦合选择性吸收涂层结构；然后，在所述薄膜光伏发电耦合选择性吸收涂层结构的内侧电极涂带与外侧电极涂带上分别连接引出电极；

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。

8.根据权利要求7所述的薄膜光伏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与小金属件前处理步骤；

所述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所述的薄膜光伏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所述的薄膜光伏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，将排气尾管从排口密封分离，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。

Images