CN204345956U - 一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳光选择性吸收涂层领域，尤其是一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层。所述吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，包括基底层；在基底层自下而上依次排布有红外反射层、吸收层和减反层；所述的吸收层自下而上依次包括金属亚层、半导体锗亚层和以及金属氮氧化物亚层。所述吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层实现高太阳光吸收到低红外辐射的吸收边连续可调，并且随着吸收边向短波方向移动，辐射率降低，使其适合工作温度从低温到中高温的不同集热器。

Description

一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层

技术领域

本实用新型涉及光谱选择性吸收涂层领域，尤其是一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层。

背景技术

光谱选择性吸收涂层是实现太阳能光热转换的核心材料，其作用是吸收太阳光能量将其转换为热能，涂层温度升高，进而由传热介质通过传导的方式将热量带走加以利用。由基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩定律可知：处于热平衡时，任何物体对黑体辐射的吸收率等于同温度、同波长下该物体的辐射率，并且不同温度黑体辐射能量的波长有一个极大值，随着温度升高波长的峰值向短波方向移动。太阳辐射相当于6000K的黑体辐射，辐射波长范围为300-2500nm，辐射波长峰值集中在500nm附近；室温(20℃)到500℃的热辐射波长峰值在9.9-3.7μm之间。衡量涂层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，α/ε值越大越适合200℃以上的中高温应用。现有的光谱选择性吸收涂层并没有实现吸收边可调的光谱选择性吸收涂层的相关报道。

发明内容

本实用新型提供吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，能够实现高太阳光吸收到低红外辐射的吸收边连续可调，并且随着吸收边向短波方向移动，辐射率降低。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

通过一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，包括

基底层；

在基底层自下而上依次排布有红外反射层、吸收层和减反层；

所述的吸收层自下而上依次包括金属亚层、半导体锗亚层和以及金属氮氧化物亚层。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述红外反射层的材料为导电金属，所述红外反射层的材料的热膨胀系数大于所述金属亚层的材料的热膨胀系数，所述金属亚层的材料的热膨胀系数大于半导体锗的热膨胀系数。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的基底的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的红外反射层的材料为铝、铜、金、银、镍和铬。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述半导体锗亚层的材料为非晶态锗；

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述金属亚层的材料选择为钛、铜、银、金或镍；

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，金属氮氧化物亚层的材料为TiN_xO_y、ZrN_xO_y、NbN_xO_y或TiAlSiN_xO_y。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述红外反射层的厚度为50-200nm；

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述基底层的厚度为0.2-10mm。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述半导体锗亚层的厚度为0nm-25nm；

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，金属亚层的厚度为2-20nm；

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，金属氮氧化物亚层的厚度为0-120nm。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述减反层自下而上依次为高折射率介质层和低折射率介质层。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述高折射率介质层的材料为TiO₂、Bi₂O₃、CeO₂、Nb₂O₅、TeO₂、HfO₂、ZrO₂、Cr₂O₃、Sb₂O₃、Ta₂O₅或Si₃N₄。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述低折射率介质层的材料为SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO或Sm₂O₃。

上述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层中，所述高折射率介质层的厚度为10-60nm，所述低折射率介质层的厚度为30-130nm。

借由上述技术方案，本实用新型提出的一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层至少具有下列优点：

1)通过调控半导体锗亚层、金属氮氧化物亚层和减反层的厚度，实现高太阳光吸收到低红外辐射的吸收边连续可调，并且随着吸收边向短波方向移动，辐射率降低，使其适合工作温度从低温到中高温的不同集热器。

2)通过吸收层中的金属亚层、半导体锗亚层和以及金属氮氧化物亚层的共同作用，结合减反层光学干涉减反，使太阳光在吸收层金属氮氧化物亚层/半导体锗亚层/金属亚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，从而大幅度降低了半导体锗亚层的厚度，降低了吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层的成本。

3)金属亚层的作用还可以作为半导体锗亚层与红外反射层之间的过渡层，从而提高了吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层的热稳定性。

4)金属层厚度极薄不影响涂层的红外辐射性能。

5)通过调控氮氧比使金属氮氧化物光学带隙在太阳光波段，其在红外波段是透明的，对膜系红外辐射率影响很小。

6)引入低成本极薄金属层以及金属氮氧化物部分替代半导体Ge吸收层，整个膜系结构中半导体锗昂贵的用量降低，从而降低了涂层制造成本；

7)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。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型提出的太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图；

图2是本实用新型实施例紫外-红外波段吸收光谱图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，详细说明如后。

如图1所示的一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，包括：基底层1；在基底层1自下而上依次排布有红外反射层2、吸收层3和减反层4；所述的吸收层3自下而上依次包括金属亚层31、半导体锗亚层32以及金属氮氧化物亚层33。

通过吸收层3中的金属亚层31、半导体锗亚层32和以及金属氮氧化物亚层33的共同作用，结合减反层4光学干涉减反，使太阳光在吸收层3金属氮氧化物亚层33/半导体锗亚层32/金属亚层31和红外反射层2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，引入低成本的金属亚层31以及金属氮氧化物亚层33部分替代半导体锗亚层32，能够使整个膜系结构中昂贵的半导体锗用量降低，从而降低了吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层的成本。

所述金属亚层31的作用还包括作为半导体锗亚层32与红外反射层2之间的过渡层，从而提高了吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层的热稳定性。

理想的光谱选择性吸收涂层应该是在太阳光波段具有尽可能高的吸收率，在红外热辐射波段具有尽可能低的吸收率(即辐射率)，使其在吸收太阳光并将其转化为热能的同时，抑制辐射散热导致的热损失，从而最大限度获得热量。并且由高太阳光吸收到低红外吸收(辐射)的吸收边可以根据集热器工作温度不同而调节。

不同工作温度的光谱选择性吸收涂层根据吸收机理的不同可分为以下类型：1.与禁带宽度Eg相关的半导体吸收型；2.在电介质基体中嵌入金属或与金属性能相近的金属氮化物形成的电解质-金属(金属氮化物)复合材料(也叫金属陶瓷)吸收型；3.电介质-半透明金属-电介质干涉吸收膜系。

其中半导体吸收型选择性吸收涂层包括本征禁带宽度在近红外波段的本征半导体吸收型涂层如单质Ge，和通过调节材料成分获得带隙在太阳光谱不同波段的半导体复合材料如金属氮氧化物。前者对入射光能量低于Eg的波段消光系数极小(几乎为0)，当厚度不超过100nm时不影响整个膜系的热辐射率，因此可以获得低的红外辐射率ε(小于3％)；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，通过光学减反设计降低其与空气界面的反射率可以获得高于80％的太阳光谱吸收率α，α/ε值一般高于30，吸收边在1.5μm附近，适合于中高温应用。后者使用较多的主要是NiCrN_xO_y、TiN_xO_y，太阳光谱吸收率最高为96％，辐射率最低为4％，α/ε(80℃)最大24，吸收边在2.8μm附近，主要适合低温应用。

通过调控半导体锗亚层32、金属氮氧化物亚层33和减反层4的厚度，实现高太阳光吸收到低红外辐射的吸收边连续可调，并且随着吸收边向短波方向移动，辐射率降低，使其适合工作温度从低温到中高温的不同集热器。

本实用新型所提供的一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，使用低成本的金属和金属氮氧化物代替昂贵的半导体Ge，实现增加吸收率的同时不影响半导体Ge作为吸收层3时涂层具有低辐射率的特性。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述红外反射层2的材料为导电金属，所述红外反射层2的材料的热膨胀系数大于所述金属亚层31的材料的热膨胀系数，所述金属亚层31的材料的热膨胀系数大于半导体锗的热膨胀系数。本实用新型的又一目的在于低成本的金属材料不仅仅起到吸收层3的作用，而且是半导体吸收亚层与底部红外反射金属层之间的过渡层，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。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述的基底的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述红外反射层2的材料为铝，所述红外反射层2的波长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。

铝在整个光波波段(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，通过铝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。

作为可以变换的实施方式，所述的红外反射层2的材料为铜、金、银、镍和铬等导电性能好的金属。所述红外反射层2的材料的选择并不影响本实用新型的实施。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述半导体锗亚层32的材料为非晶态锗；在占太阳光谱能量分布70％以上的350nm-980nm波长范围内时折射率为3.4-4.9，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；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。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述金属亚层31的材料为钛。所述金属亚层31选择为钛时，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，在850nm附近有吸收峰。

作为可以变换的实施方式，所述金属亚层31的材料还可以选择为铜、银、金或镍。

当吸收层3为Ti/Ge时，涂层吸收边在1.5μm附近，当吸收层3为Ti/TiNxOy时，涂层吸收边在2.8μm附近，当吸收层3为Ti/Ge/TiN_xO_y时，通过调控Ge、TiN_xO_y的厚度，涂层吸收边在1.5-2.8μm之间可调；随着吸收边向短波方向移动，辐射率降低，适合工作温度从低温到中高温的不同集热器。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，金属氮氧化物亚层33的材料为TiN_xO_y。金属氮氧化物吸收亚层为TiN_xO_y，在波长300nm-435nm范围内折射率处于2.2-2.6之间，在435-760nm范围内折射率处于2.6-2.38之间，760nm-2500nm范围内折射率处于2.38-3.7之间；在波长300nm-520nm范围内消光系数处于1.1-0.57之间，在波长520nm-1120nm范围内消光系数处于0.57-1.36之间，在波长1120nm-2500nm范围内消光系数处于1.36-0.91之间。

作为可以变换的实施方式，所述金属氮氧化物亚层33的材料还可以为ZrN_xO_y、NbN_xO_y或TiAlSiN_xO_y。

具体实施时，通过调控氮氧比使金属氮氧化物光学带隙在太阳光波段，其在红外波段是透明的，对膜系红外辐射率影响很小。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述红外反射层2的厚度为50-200nm。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述基底层1的厚度为0.2-10mm。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述半导体锗亚层32的厚度为0nm-25nm。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，金属亚层31的厚度为2-20nm。所述金属亚层31厚度极薄不影响涂层的红外辐射性能。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，金属氮氧化物亚层33的厚度为0-120nm。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述减反层4自下而上依次为高折射率介质层41和低折射率介质层42。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述高折射率介质层41的材料为TiO₂。在550nm处，n＝2.3-2.5。

作为可以变换的实施方式，所述高折射率介质层41的材料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或Si₃N₄。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述低折射率介质层42的材料为SiO₂。在550nm处，n＝1.4-1.5。

作为可以变换的实施方式，所述低折射率介质层42的材料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、Gd₂O₃、Y2O₃、La₂O₃、MgO或Sm₂O₃等。

本实用新型的另一实施例提出一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，与上述实施例相比，所述高折射率介质层41的厚度为10-60nm，所述低折射率介质层42的厚度为30-130nm。

为了实现上述发明目的，本项目还采用以下的技术方案。以上红外反射层2、吸收层3、减反层4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、化学气相沉积法和喷涂法等。

通过喷涂法具有成本底、工艺简单的优点，但普遍存在涂层附着力差，易剥落，发射率高等缺点，并与电化学法一样存在污染问题，采用磁控溅射法制备光谱选择性吸收薄膜，则可以克服这些缺点，提高光热转换效率和涂层使用寿命，同时磁控溅射工艺方法具有薄膜沉积速度快、膜层均匀致密、便于大面积成膜和工艺环保等特点，在制备平板型太阳能集热器板芯涂层时，有利于建设大规模卧式连续自动化生产线，提高生产效率，进一步降低成本。

下面具体以磁控溅射镀膜方法为例，进行进一步说明。在玻璃、铝、铜、不锈钢等基底上依次沉积Al、Ti、Ge、TiN_xO_y、TiO₂、SiO₂薄膜。

所述减反层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。

步骤1，采用Al、Cu、不锈钢或玻璃等材料作为基底材料，基底材料首先采用中性洗涤液清洗，然后将基底材料置于真空清洗室中，通入一定量的氩气，进行射频氩离子表面清洗；

步骤2，将步骤1得到的基底置于磁控溅射镀膜真空室的金属Al靶下，通入氩气,采用脉冲直流电源磁控溅射在基底上制备红外反射层2Al；

步骤3，将步骤2得到的(Al/基底)置于磁控溅射镀膜真空室的金属Ti靶下，通入氩气,采用脉冲直流电源磁控溅射法在上述的(Al/基底)上制备吸收亚层Ti；

步骤4，将步骤3得到的(Ti/Al/基底)置于磁控溅射镀膜真空室的半导体Ge靶下，通入氩气,采用脉冲直流电源磁控溅射法在上述的(Ti/Al/基底)上制备吸收亚层Ge；

步骤5，将步骤4得到的Ge/Ti/Al/基底置于金属Ti靶下，通入氩气、氮气和氧气，采用脉冲直流电源反应磁控溅射法在Ge/Ti/红外反射层2/基底上制备吸收亚层TiN_xO_y。

步骤6，将步骤5得到的TiN_xO_y/Ge/Ti/Al/基底置于金属Ti靶下，通入氩气和氧气，采用脉冲直流电源反应磁控溅射法在TiN_xO_y/Ge/红外反射层2/基底上制备TiO₂减反层4。

步骤7，将步骤6得到的TiO₂/TiN_xO_y/Ge/Ti/红外反射层2/基底置于半导体Si靶下，通入氩气和氧气，采用脉冲直流电源反应磁控溅射法在TiO₂/TiN_xO_y/Ge/Ti/红外反射层2/基底上制备SiO₂减反层4。

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2制备，通过脉冲直流磁控溅射法在上述的基底层1表面制备一层金属红外反射层2，所选用的靶材可为金属铝(纯度99.7％以上)。

吸收层3的制备，通过脉冲直流磁控溅射法在上述的红外反射层2上依次制备吸收亚层Ti和Ge以及TiN_xO_y,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4的制备，通过脉冲直流反应磁控溅射法在上述的吸收层3上制备减反层4，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)。

所述吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层制备工艺简单、镀膜设备所需条件要求低，适用于大规模低成本生产。

表1为(Al/Ti/Ge/TiN_xO_y/TiO₂/SiO₂)结构的3个光谱选择性吸收涂层中各单层膜的工艺控制厚度。

Al层

Ti层

Ge层

TiNxOy

TiO2层

SiO2

实例1

120nm

8nm

19nm

0

38nm

84nm

实例2

120nm

8nm

14nm

41nm

11nm

63nm

实例3

120nm

8nm

0

93nm

36nm

74nm

按照上述的制备方法进行实施例涂层制备，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2Al：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1m/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/玻璃上制备吸收亚层Ti：采用脉冲直流电源磁控溅射金属钛靶(纯度99.7％)方法在Al/玻璃上沉积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)上制备吸收亚层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，基片传输速率分别为1.7m/min(实例1)、2.3m/min(实例2)，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)上制备吸收亚层TiN_xO_y：采用脉冲直流电源磁控溅射Ti靶(纯度99.7％)方法在(Ge/Ti/Al/玻璃)上沉积TiN_xO_y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，工作气体O₂(纯度99.99％)流量为1.3sccm，工作气体N₂(纯度99.99％)流量为8sccm，基片温度为室温，针对实例2基片传输速率为0.56m/min，基底玻璃在Ti靶下方往返运动8次，针对实例3，基片传输速率为0.50m/min，基底玻璃在Ti靶下方往返运动16次。

7)在(TiN_xO_y/Ge/Ti/Al/玻璃)上制备减反层4TiO₂: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(TiN_xO_y/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(实例1)、6次(实例2)、20次(实例3)，基片温度为室温。

8)在(TiO₂/TiN_xO_y/Ge/Ti/Al/玻璃)上制备减反层4SiO₂: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/TiN_xO_y/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2000w，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，基片传输速率分别为0.34m/min(实例1)、0.45m/min(实例2)、0.38m/min(实例3)，基底玻璃在硅铝靶下方往返运动3次，基片温度为室温。

9)待完成以上制备步骤后，使样品冷却20min，出片，停机。

图2示出了本实用新型实例1、2、3在0.3-48μm波段的吸收光谱图以及太阳光谱能量分布和100℃、200℃、300℃、400℃黑体辐射能量分布。其中0.3-2.5μm波段吸收光谱由日立U-4100分光光度计测试得到，2.5-48μm波段吸收光谱由Bruker的Tensor27傅里叶红外光谱仪测试得到。

表2给出了本实用新型实例1、实例2和实例3的吸收率α、在不同温度下的辐射率ε(T)，和α/ε(T)。

实例1、实例2和实例3在不同温度(100℃、200℃、300℃、400℃)的辐射率按照以下公式计算得到。

$\mathrm{\ϵ}=\underset{2\mathrm{um}}{\overset{48\mathrm{um}}{\∫}}{E}_T\left(\mathrm{\λ}\right)[1-R\left(\mathrm{\λ}\right)]\mathrm{d\λ}/\underset{2\mathrm{um}}{\overset{48\mathrm{um}}{\∫}}{E}_T\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

其中ET(λ)为工作温度T(100℃、200℃、300℃、400℃)时黑体辐射随波长分布(2μm-48μm)

其中太阳光谱吸收率按以下公式计算：

$\mathrm{\α\ϵ}=\underset{300\mathrm{um}}{\overset{2500\mathrm{um}}{\∫}}A\left(\mathrm{\λ}\right)[1-R\left(\mathrm{\λ}\right)]\mathrm{d\λ}/\underset{300\mathrm{um}}{\overset{2500\mathrm{um}}{\∫}}A\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

其中A(λ)为大气质量AM＝1.5时太阳辐射光谱辐照度(W/m2μm)，R(λ)是分光光度计测试得到的太阳光谱选择性吸收涂层反射光谱(300-2500nm)。

对比本实用新型实例1、2、3的吸收率、辐射率(表2)，可以得到：通过调控(SiO₂/TiO₂/TiN_xO_y/Ge/Ti/Al/基底)结构的光谱选择性吸收涂层中单层膜的厚度，减少TiN_xO_y厚度，增加Ge厚度，可以使吸收边向短波方向移动，实现了高太阳光吸收到低红外辐射的吸收边连续可调，同时辐射率降低，更适合中高温应用。三种膜系相比，实例1在300℃以上α/ε最大，适合中高温应用，实施例3吸收率较高，适合100℃左右的低温应用，实例2在100-300℃之间具有较高的α/ε值，适合100℃-300℃的中温应用。

表2.实例1、实例2、实例3中的太阳光谱吸收率和红外辐射率

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，包括

基底层；

在基底层自下而上依次排布有红外反射层、吸收层和减反层；

所述的吸收层自下而上依次包括金属亚层、半导体锗亚层和以及金属氮氧化物亚层。

2.根据权利要求1所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述红外反射层的材料为导电金属，所述红外反射层的材料的热膨胀系数大于所述金属亚层的材料的热膨胀系数，所述金属亚层的材料的热膨胀系数大于半导体锗的热膨胀系数。

3.根据权利要求1或2所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述的基底的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；和/或

所述的红外反射层的材料为铝、铜、金、银、镍或铬。

4.根据权利要求1或2所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述半导体锗亚层的材料为非晶态锗；和/或

所述金属亚层的材料选择为钛、铜、银、金或镍；和/或

金属氮氧化物亚层的材料为TiN_xO_y、ZrN_xO_y、NbN_xO_y或TiAlSiN_xO_y。

5.根据权利要求1或2所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述红外反射层的厚度为50-200nm；和/或

所述基底层的厚度为0.2-10mm。

6.根据权利要求1或2所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述半导体锗亚层的厚度为0nm-25nm；和/或

金属亚层的厚度为2-20nm；和/或

金属氮氧化物亚层的厚度为0-120nm。

7.根据权利要求1或2所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述减反层自下而上依次为高折射率介质层和低折射率介质层。

8.根据权利要求7所述的吸收边连续可调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的材料为TiO₂、Bi₂O₃、CeO₂、Nb₂O₅、TeO₂、HfO₂、ZrO₂、Cr₂O₃、Sb₂O₃、Ta₂O₅或Si₃N₄。

9.根据权利要求7所述的吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述低折射率介质层的材料为SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO或Sm₂O₃。

10.根据权利要求7所述的吸收边连续可调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的厚度为10-60nm，所述低折射率介质层的厚度为30-130nm。