RO128757A2 - Straturi subţiri, nanostructurate, pentru colectori fototermali de radiaţie solară, cu temperatură înaltă de funcţionare - Google Patents
Straturi subţiri, nanostructurate, pentru colectori fototermali de radiaţie solară, cu temperatură înaltă de funcţionare Download PDFInfo
- Publication number
- RO128757A2 RO128757A2 ROA201101282A RO201101282A RO128757A2 RO 128757 A2 RO128757 A2 RO 128757A2 RO A201101282 A ROA201101282 A RO A201101282A RO 201101282 A RO201101282 A RO 201101282A RO 128757 A2 RO128757 A2 RO 128757A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- zirconium
- layer
- aluminum
- nitride
- solar radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un material multistrat, rezistent la oxidare la temperatură înaltă, aderent la suportul pe care a fost depus, stabil chimic şi structural până la temperaturi înalte, cu caracteristici optice specifice colectorilor fototermali de radiaţie solară, cu selectivitate ridicată pentru radiaţia solară, materialul fiind format din cinci straturi individuale, diferite. Materialul multistrat, conform invenţiei, este format dintr-un strat metalic de Zr şi un strat metalic de ZrAl, având, fiecare, o grosime de câţiva zeci de nanometri, un strat de nitrură ZrAlN şi un strat de oxinitrură de ZrAlON, având aproximativ aceeaşi grosime de 1 μm, ultimul strat, cu o grosime de 500 nm, fiind fie un oxid ZrAlO, fie o oxinitrură de AlON, fie o nitrură de AlN, ansamblul având o grosime totală cuprinsă între 1,2 şi 2,5 μm, straturile individuale succedându-se astfel încât, în vecinătatea materialului de bază, este zirconiul, iar la suprafaţă, este un strat fie de ZrAlO, fie de AlON, fie de AlN : Zr/ ZrAl/ZrAlN, ZrAlON/ZrAlO sau Zr/ZrAl/ZrAlN/ZrAlON/AlON sau Zr/ZrAl/ZrAlN/ZrAlON/AlN, sunt stabile până la o temperatură de 600°C, prezintă coeficienţi de absorţie a radiaţiei solare mai mari de 0,95 şi coeficienţi de emitanţă mai mici de 0,08, pentru întreg spectrul solar, forţele normale, critice, măsurate prin zgâriere la testul de aderenţă, fiind de 15...30 N.
Description
STRATURI SUBȚIRI NANOSTRUCTURATE PENTRU COLECTORI FOTOTERMALI
DE RADIAȚIE SOLARĂ CU TEMPERATURĂ ÎNALTĂ DE FUNCȚIONARE
DESCRIERE
Invenția se referă la un material multistrat rezistent la oxidare la temperatură înaltă, aderent la suportul pe care a fost depus, stabil chimic și structural la temperaturi înalte, cu caracterisitici optice specifice colectorilor fototermali de radiație solară, cu selectivitate ridicată pentru radiația solară.
în prezent colectarea selectivă a radiației solare este un domeniu de interes major, cu extinse aplicații în dezvoltarea de surse de energie regenerabile.
Radiația solară poate fi utilizată pentru producerea de energie electrică prin conversie fotovoltaică sau pentru producerea de energie termică prin colectarea cât mai completă a energiei spectrului solar. Energia termică poate fi utilizată direct (conversie fototermală de temperatura joasă) sau transformată în energie electrică, fie prin acționarea de turbine, fie prin utilizarea de generatoare cu ciclu Stirling. Având în vedere randamentul ridicat al generatoarelor cu ciclu Stirling (> 40%), prin realizarea unui ansamblu eficient de concentrare și colectare a radiației solare se poate obține un sistem generator care depășește eficiența sistemelor actuale de conversie fotovoltaică. Temperatura ridicată la colector este favorabilă creșterii randamentului generatorului Stirling.
Randamentul sistemului de conversie este dat de randamentul de concentrare a radiației solare (reflectivitatea și alinierea oglinzilor), de randamentul de colectare a radiației concentrate (absorbția lungimilor de undă specifice spectrului solar și reflectivitatea la lungimi de undă corespunzătoare emisiei corpului negru la temperatura de lucru) precum și de randamentul generatorului, care este cu atât mai eficient cu cât temperatura de lucru este mai mare. în acest context, materialul care face conversia fototermală are un rol esențial.
Pentru menținerea unui randament mare de conversie la temperatură ridicată (peste 400°C) este necesar ca suprafața colectoare să reziste în timp la aceste temperaturi de lucru, în mediul ambiant extern, pe durate mari de timp (10-20 ani), fără apariția fenomenelor de oxidare/coroziune care să diminueze rapid caracteristicile acestuia.
pagina 1
C\‘ 2 Ο 1 1-01^82-3 O -Π- 2011
Problema pe care o rezolvă invenția este creșterea randamentului de conversie a energiei solare în energie termică în sistemele fototermale, prin realizarea unor straturi subțiri nano structurate cu temperatură înaltă de funcționare, care să determine creșterea temperaturii de funcționare peste 4OO°C, creșterea duratei medii de viață în exploatare a colectorilor cu peste 30%.
Materialul multistrat, conform invenției, este realizat sub forma a cinci straturi individuale de:
zirconiu;
zirconiu și aluminiu;
nitrură zirconiu și aluminiu;
oxinitrură de zirconiu și aluminiu, respectiv nitrură de zirconiu și aluminiu bogată în aluminiu;
oxid de zirconiu și aluminiu, respectiv oxinitrură de aluminiu, respectiv nitrură de aluminiu.
Materialul multistrat, pentru acoperirea colectorilor fototermali cu funcționare la temperatură înaltă, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:
este stabil și inert chimic pînă la temperaturi de 600°C;
este stabil structural până la temperaturi de 600°C;
nu modifică tipo-dimensiunea colectorilor solari și nu induce modificări funcționale ale acestora;
are o absorbție optică sporită și o emisivitate scăzută.
are o rezistență îmbunătățită la acțiunea agenților erozivi care se găsesc în mediul înconjurător;
are o rezistență îmbunătățită la oxidare la temperaturile înalte de funcționare specifice colectorilor fototermali (aproximativ 600 °C);
crește randamentul conversiei termo-electrice a unui generator clasic, întrucât straturile sunt depuse direct pe substraturi metalice (cupru, otel inoxidabil), care constituie și peretele schimbătorului de căldură.
Materialul multistrat, conform invenției, este obținut printr-o metodă de tip depunere din fază fizică de vapori (pulverizare magnetron, arc catodic, placare ionică). Proprietățile superioare ale pagina 2
V2 Ο 1 7 - O 12,8 2 3 O -11- 2011
materialului care face obiectul invenției, sunt generate de structura de tip multistrat care împiedică propagarea fisurilor în adâncimea straturilor, fisuri rezultate ca urmare a:
- tensiunilor instrinseci dezvoltate în straturile subțiri în timpul creșterii acestora;
- tensiunilor mecanice induse de funcționarea la temperatură înaltă, sporind astfel durabilitatea și performanțele materialelor acoperite.
Se știe că atât oxidul cât și oxinitrura de aluminiu prezintă o buna rezistență la oxidare, reprezentând un strat protector care împiedică oxidarea materialelor pe care sunt depuse, chiar la temperaturi înalte de funcționare. De asemenea se știe că straturile de nitruri și oxinitruri pe bază de Zr și Al sunt dure, stabile chimic și structural până la temperaturi înalte, având de asemenea proprietăți optice care pot fi alese prin modificarea stoechiometriei straturilor, prin varierea atât a raportul metalelor (Zr, Al) sau a nemetalelor (O, N) componente, cât și raportul între metale și nemetale.
Invenția este prezentată în continuare în mod detaliat. Materialul multistrat cuprinde cinci straturi individuale de zirconiu, zirconiu și aluminiu, nitrură de zirconiu și aluminiu, oxinitrură de zirconiu și aluminiu, respectiv nitrură de zirconiu și aluminiu bogată în aluminiu, precum și oxid de zirconiu și aluminiu, respectiv oxinitrură de aluminiu, respectiv nitrură de aluminiu.
Materialul multistrat, conform invenției, este constituit într-o primă variantă de realizare (Zr/ ZrAl/ ZrAIN / ZrAlON/ ZrAlO) dintr-o structură multistrat de bază în care stratul de zirconiu, având o grosime de 10 - 20 nm, este plasat în imediata vecinătate a materialului substrat, iar la suprafața materialului multistrat este stratul de oxid de zirconiu și aluminiu, care are raportul 1,5 < O/(Zr+Al) < 2, și o grosime de 200 - 500 nm. în vecinătatea stratului de zirconiu este un al doilea strat metalic de zirconiu și aluminiu, având o grosime de 10 - 20 nm. Urmează al treilea strat individual, de nitrură de zirconiu și aluminiu (ZrAIN), care este cvasistoechiometric (0,95<N/(Zr+Al) <1,10), cu raportul Zr/(Zr+Al) în domeniul 0,65 - 0,90, având grosimea de 500 - 1000 nm. Al patrulea strat, de oxinitrură de zirconiu și aluminiu ZrAlON, prezintă concentrații atomice ale componentelor Zr și Al definite de raportul Zr/(Zr+Al) cu valori cuprinse în domeniul 0,25 - 0,90, un raport relativ O/(O+N) al concentrațiilor atomice ale componentelor O și N în domeniul 0,2 - 0,8, precum și un raport între nemetale și metale (O+N)/(Zr+Al) în domeniul 1,1 - 2,1, având grosimea de 500 - 1000 nm. Grosimea totală a materialului multistrat poate fi cuprinsă în intervalul 1,2- 2,5 pm.
pagina 3 t-2 Ο 1 1 - Ο 1^,82 - 3 Ο -11- 3011
într-o altă variantă de realizare a materialului multistrat, conform invenției, primele patru straturi rămân identice cu cele prezentate în exemplul precedent, iar ultimul strat al materialului multistrat (Zr/ ZrAl/ ZrAIN / ZrAlON/ A1ON) este oxinitrura de aluminiu A1ON, cu un raport 1,4 < A1/(O+N) < 2,1, concentrația oxigenului și azotului putând fi constantă în strat (0,28 < O/(O+N) < 1,05) sau putând varia progresiv, astfel încât la suprafață concentrația de oxigen în strat să fie întotdeauna mai mare decât concentrația de azot; stratul are o grosime de 200 - 500 nm.
Intr-o a treia variantă de realizare a materialului multistrat, conform invenției, primele trei straturi rămân identice cu cele prezentate în exemplul precedent (Zr/ ZrAl/ Zro.5Alo.5N/ Zro,2Alo,8N/ A1N). Al patrulea strat de nitrură de zirconiu și aluminiu (ZrAIN), este cvasistoechiometric (0,95< N /(Zr+Al) <1,10), cu raportul Zr/(Zr+Al) în domeniul 0,25 - 0,65, având grosimea de de 500 - 1000 nm. Ultimul strat al materialului multistrat este constituit din nitrură de aluminiu, cvasistoechiometrică 0,98 < N/Al < 1,03, cu o grosime de 200 - 500 nm. Grosimea totală a materialului multistrat poate fi cuprinsă în intervalul 1,2 - 2,5 gm.
Colectorii fototermali acoperiți cu materialele multistrat sunt stabili până la o temperatură de 600°C, prezintă coeficienți de absorbție mai mari de 0,95 și coeficienți de emitanță mai mici de 0,08 pentru întregul domeniu solar, și o aderență la substratul metalic, cuantificată prin valoarea forțelor normale critice măsurate la testul de aderență prin zgâriere, de 15 - 30 N.
Materialele multistrat sunt obținute într-o plasmă reactivă care poate conține atomi și ioni de zirconiu, aluminiu, azot și oxigen, la presiuni cuprinse între 5x10'2 și 1 Pa, la temperaturi ale substratului pe care se face depunerea cuprinse între 150° și 450° C, ceea ce nu determină modificări structurale ale acestuia. Timpul de depunere al straturilor individuale metalice este de 5-15 minute, al straturilor individuale de nitruri si oxinitruri este cuprins in intervalul 30 - 120 minute, al straturilor de oxid de zirconiu și aluminiu, de oxinitrura de aluminiu și, respectiv de nitrură de aluminiu este de 30 - 90 minute, timpul total de depunere fiind cuprins în intervalul 100 - 360 min.
Claims (3)
1. Material multistrat rezistent la oxidare la temperatură înaltă, cu caracteristici optice specifice colectorilor fototermali de radiație solară, cu selectivitate ridicată pentru radiația solară, stabil chimic și structural la temperaturi înalte, aderent la materialul suport pe care a fost depus (cupru sau oțel inoxidabil), caracterizat prin aceea că este realizat dintr-un număr de cinci straturi subțiri diferite de zirconiu, zirconiu și aluminiu, nitrură de zirconiu și aluminiu, oxinitrură de zirconiu și aluminiu, precum și oxid de ziconiu și aluminiu, cu o grosime totală cuprinsă între 1,2 si 2,5 pm, straturile individuale succedandu-se astfel încât în vecinătatea materialului de bază este zirconiul, iar la suprafață este oxidul de zirconiu și aluminiu (Zr/ ZrAl/ ZrAIN / ZrAlON/ ZrAlO), stratul individual de zirconiu, ca și cel de zirconiu și aluminiu având fiecare o grosime de câteva zeci de nanometri, straturile individuale de nitrură și respectiv de oxinitrură de zirconiu și aluminiu având aproximativ aceeași grosime de 1 pm, iar stratul individual de oxinitrură de zirconiu și aluminiu având grosimea de aproximativ 500 nm; sunt stabile până la o temperatură de 600°C, prezintă coeficienți de absorbție ai radiației solare mai mari de 0,95 și coeficienți de emitanță mai mici de 0,08, pentru întregul domeniu al spectrului solar, forțele normale critice măsurate la testul de aderență prin zgâriere fiind de 15 - 30 N.
2 . Material multistrat conform revendicării 1, în care stratul final de oxinitrură de zirconiu și aluminiu este înlocuit de un strat de oxinitrură de aluminiu (Zr/ ZrAl/ ZrAIN / ZrAlON/ A1ON).
3. Material multistrat conform revendicării 1, în care stratul al patrulea de oxinitrură de zirconiu și aluminiu este înlocuit cu un strat de nitrură de zirconiu și aluminiu, bogată în aluminiu, iar stratul final de oxinitrură de zirconiu și aluminiu este înlocuit cu un strat de nitrură de aluminiu (Zr/ ZrAl/ Zro.5Alo.5N/ ZrogAlo^N / A1N).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201101282A RO128757B1 (ro) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | Material multistrat pentru colectori fototermali cu funcţionare la temperatură înaltă |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201101282A RO128757B1 (ro) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | Material multistrat pentru colectori fototermali cu funcţionare la temperatură înaltă |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO128757A2 true RO128757A2 (ro) | 2013-08-30 |
| RO128757B1 RO128757B1 (ro) | 2017-09-29 |
Family
ID=49030066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201101282A RO128757B1 (ro) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | Material multistrat pentru colectori fototermali cu funcţionare la temperatură înaltă |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO128757B1 (ro) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106048538A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-10-26 | 济宁学院 | AlZrN多元复合硬质涂层刀具及其制备工艺 |
| CN107270564A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-10-20 | 北京有色金属研究总院 | 一种太阳光热吸收涂层 |
-
2011
- 2011-11-30 RO ROA201101282A patent/RO128757B1/ro unknown
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107270564A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-10-20 | 北京有色金属研究总院 | 一种太阳光热吸收涂层 |
| CN107270564B (zh) * | 2016-04-07 | 2019-11-15 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种太阳光热吸收涂层 |
| CN106048538A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-10-26 | 济宁学院 | AlZrN多元复合硬质涂层刀具及其制备工艺 |
| CN106048538B (zh) * | 2016-06-15 | 2018-04-17 | 济宁学院 | AlZrN多元复合硬质涂层刀具及其制备工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO128757B1 (ro) | 2017-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CY1118718T1 (el) | Εκλεκτικη ως προς την ακτινοβολια επικαλυψη απορροφησης, σωληνας απορροφησης και μεθοδος για την κατασκευη του | |
| Jäger et al. | Hydrogenated indium oxide window layers for high-efficiency Cu (In, Ga) Se2 solar cells | |
| 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 | |
| CN103998643A (zh) | 具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法 | |
| US20190068108A1 (en) | Thermophotovoltaic conversion member | |
| TW201123465A (en) | Photoelectric conversion device, method for producing the same, and solar battery | |
| CN102810598A (zh) | 太阳能电池扩散退火工艺 | |
| JP2015166637A (ja) | 光選択吸収膜、集熱管および太陽熱発電装置 | |
| JP2011176287A (ja) | 光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法 | |
| CN107452818A (zh) | 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池背电极及其制备方法 | |
| JP2015233139A (ja) | 原子層蒸着法で形成されたバッファ層を含む太陽電池、及び、その製造方法 | |
| CN110444609B (zh) | 一种抗电势诱导衰减的背面膜层结构、制备方法、用途及太阳能电池 | |
| RO128757A2 (ro) | Straturi subţiri, nanostructurate, pentru colectori fototermali de radiaţie solară, cu temperatură înaltă de funcţionare | |
| JP2011176285A (ja) | 光電変換素子、薄膜太陽電池および光電変換素子の製造方法 | |
| Shanmugam et al. | Performance enhancement of polycrystalline silicon solar cell through sputter coated molybdenum disulphide surface films | |
| Sai et al. | Key Points in the Latest Developments of High‐Efficiency Thin‐Film Silicon Solar Cells | |
| CN109280884B (zh) | 一种TiCN基耐高温太阳能选择性吸收涂层 | |
| He et al. | Efficient solar energy harvesting enabled by high-entropy ceramic nanofilms through a co-sputtering method | |
| CN108645061B (zh) | 多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法 | |
| CN105244393B (zh) | 聚酰亚胺太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102734961A (zh) | 一种太阳能中高温选择性吸收涂层 | |
| Baranov et al. | Synthesis of a-SiO x: H thin films by the gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition method | |
| CN101488534A (zh) | 一种提高硅太阳电池效率的发射极结构 | |
| CN109416201A (zh) | 太阳能选择性涂层 | |
| RU2806180C1 (ru) | Способ изготовления гибких солнечных батарей с поглощающим слоем CdTe на полимерной пленке |