CN209484869U - 双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层。该双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层包括基底层；在基底层上依次排布有红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反层；红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层、减反层的热膨胀系数依次降低，所述复合吸收层自下而上依次包括第一吸收亚层、第二吸收亚层和第三吸收亚层。本实用新型得到的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其更大程度地降低了各层的界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性。

Description

双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层

技术领域

本实用新型涉及太阳能领域，特别是涉及太阳光谱选择性吸收涂层，尤其是一种双过渡层复合吸收型光谱选择性吸收涂层。

背景技术

太阳能集热器采用的光谱选择性涂层膜系结构一般可以概括为基底/红外反射层/太阳光谱吸收层/表面减反射层。红外反射层为高导电率金属，对红外光谱有很高的反射率，是涂层获得低辐射性能的主要原因；表面减反层降低涂层与空气界面处太阳光的反射，使更多的太阳光能量进入吸收层,增加了太阳光谱吸收率，进而提高集热效率。

然而，红外反射金属与其上沉积的金属陶瓷、金属氮氧化物等吸收层材料之间，以及吸收层材料与减反层氧化物之间的热膨胀系数相差较大，因此涂层内部膜层之间界面应力较大，导致膜层在高低温实验和使用过程中有出现脱落的可能性。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，所要解决的技术问题是更大程度地降低涂层内部膜层之间界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性，从而更加适于实用。

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。

依据本实用新型提出的一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，包括：

基底层；

在所述基底层上依次设有红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反层；

所述红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反层的热膨胀系数依次降低；

所述复合吸收层依次包括第一吸收亚层、第二吸收亚层和第三吸收亚层；所述的第一吸收亚层与所述金属过渡层接触，所述的第三吸收亚层与所述氧化物过渡层接触；其中，

所述第一吸收亚层的材料为CrN_x1O_y1；

所述第二吸收亚层的材料为CrN_x2O_y2；

所述第三吸收亚层的材料为CrN_x3O_y3；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3的折射率依次降低；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3消光系数依次降低。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述CrN_x1O_y1中，x1＝0.18～0.22，y1＝0.14～0.18，所述CrN_x1O_y1的热膨胀系数趋近于金属Cr；

所述CrN_x2O_y2中，x2＝0.85～0.88，y2＝0.16～0.18，所述CrN_x1O_y1的热膨胀系数介于所述CrN_x1O_y1和所述CrN_x3O_y3之间；

所述CrN_x3O_y3中，x3＝0.08～0.15，y3＝0.9～1.3，所述CrN_x3O_y3的热膨胀系数趋近于氧化物Cr₂O₃。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的折射率为1.70-7.85，所述CrN_x2O_y2的折射率为2.17-4.40，所述CrN_x3O_y3的折射率为2.48-2.20；在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的消光系数为3.17-7.67，所述CrN_x2O_y2的消光系数为1.79-0.755，所述CrN_x3O_y3的消光系数为0.469-0.00522。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述复合吸收层的总厚度为70nm-105nm；其中，所述第一吸收亚层的厚度为5nm-15nm；所述第二吸收亚层的厚度为35nm-45nm；所述第三吸收亚层的厚度为30nm-45nm。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；所述基底层的厚度为0.2mm-10mm；和/或，所述红外反射层的材料为金属Al、Cu、Au、Ag、Ni和Cr中的至少一种；所述红外反射层的厚度为50-200nm。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述金属过渡层的材料为金属Cr；所述金属过渡层的厚度为5nm-15nm。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述氧化物过渡层的材料为Cr₂O₃；所述氧化物过渡层的厚度为10-20nm。

优选的，前述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中所述减反层的材料为SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO或Sm₂O₃；所述减反层的厚度为50-150nm。

借由上述技术方案，本实用新型提出的一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层至少具有下列优点：

1、该双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层包括基底层；在基底层上依次排布有红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反层；红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层、减反层的热膨胀系数依次降低，所述复合吸收层自下而上依次包括第一吸收亚层CrN_x1O_y1、第二吸收亚层CrN_x2O_y2和第三吸收亚层CrN_x3O_y3。金属过渡层的热膨胀系数介于红外反射层金属和第一吸收亚层金属氮氧化物CrN_x1O_y1之间，三个吸收亚层的热膨胀系数由内至外逐渐降低，氧化物过渡层的热膨胀系数介于第三吸收亚层金属氮氧化物CrN_x3O_y3与减反层之间，此结构够降低红外反射层金属与金属氮氧化物、金属氮氧化物与减反层之间的界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性。

2、本实用新型所公开的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的复合吸收层包括折射率、消光系数依次降低的三个吸收亚层，分别是第一吸收亚层CrN_x1O_y1、第二吸收亚层CrN_x2O_y2和第三吸收亚层CrN_x3O_y3，氧化物过渡层的折射率小于第三吸收亚层且大于减反层，从而实现减反层-氧化物过渡层-第三吸收亚层-第二吸收亚层-第一吸收亚层逐层减反的作用进而提高涂层整体吸收率，本实用新型的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层实现在80℃的测试温度条件下，太阳光谱吸收率95％-97％，辐射率4％-5％。

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为本实用新型的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例和对比例的选择性吸收涂层在300-2500nm范围内的反射光谱图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型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双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本实用新型提出了一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层。该双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，包括：基底层1；在所述基底层1上依次设有红外反射层2、金属过渡层3、复合吸收层4、氧化物过渡层5和减反层6；所述红外反射层2、金属过渡层3、复合吸收层4、氧化物过渡层5和减反层6的热膨胀系数依次降低；

所述复合吸收层4依次包括第一吸收亚层41、第二吸收亚层42和第三吸收亚层43；所述的第一吸收亚层41与所述金属过渡层3接触，所述的第三吸收亚层43与所述氧化物过渡层5接触；其中，

所述第一吸收亚层41的材料为CrN_x1O_y1；

所述第二吸收亚层42的材料为CrN_x2O_y2；

所述第三吸收亚层43的材料为CrN_x3O_y3；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3的折射率依次降低；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3消光系数依次降低。

进一步的，所述CrN_x1O_y1中，x1＝0.18～0.22，y1＝0.14～0.18，所述CrN_x1O_y1的热膨胀系数趋近于金属Cr；

所述CrN_x2O_y2中，x2＝0.85～0.88，y2＝0.16～0.18，所述CrN_x1O_y1的热膨胀系数介于所述CrN_x1O_y1和所述CrN_x3O_y3之间；

所述CrN_x3O_y3中，x3＝0.08～0.15，y3＝0.9～1.3，所述CrN_x3O_y3的热膨胀系数趋近于氧化物Cr₂O₃。

优选的，所述CrN_x1O_y1为CrN_0.19O_0.16，所述CrN_x2O_y2为CrN_0.86O_0.17，所述CrN_x3O_y3为CrN_0.08O_1.3。

需要说明的是，本实用新型的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层中，红外反射层、金属过渡层、CrN_x1O_y1第一吸收亚层、CrN_x2O_y2第二吸收亚层、CrN_x3O_y3第三吸收亚层、金属氧化物过渡层和减反层的热膨胀系数依次降低，此结构降低了层与层间的界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性。

需要进一步说明的是，本实用新型的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层中，CrN_x1O_y1第一吸收亚层、CrN_x2O_y2第二吸收亚层、CrN_x3O_y3第三吸收亚层、金属氧化物过渡层和减反层的折射率依次降低，此结构降低了入射光在层与层间的界面反射，提高了涂层太阳光吸收率。

热能传递有传导、对流、辐射三种方式，太阳取之不尽用之不竭的热能以辐射的方式输送到地球上。太阳光谱选择性吸收涂层是实现太阳能光热转换的核心材料，一方面，它在太阳光波段(0.3μm-2.5μm)具有高的吸收率α，吸收太阳光能量将其转换为热能，另一方面，它在受热后发生黑体辐射的红外波段(2.5μm-50μm)具有低的辐射率ε，有效抑制辐射散热，实现对热能的进的多，出的少。一般说来，α越大越好，ε越小越好。但在实际制备膜时，当α达到某一数值后，要想进一步增大α，ε也会随之增大。而且，有时ε增加的值大于α增加的值，故实际应用中用α与ε的比值(α/ε)来表征涂层选择性的高低，α/ε值越大，其光谱选择性越好，并且α/ε(T)值越大越适合200℃以上的中高温应用。

本实用新型所公开的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的复合吸收层包括由内到外折射率、消光吸收依次降低的CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3，实现在80℃的测试温度条件下，太阳光谱吸收率95％-97％，辐射率4％-5％。

作为优选实施例，在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的折射率为1.70-7.85，所述CrN_x2O_y2的折射率为2.17-4.40，所述CrN_x3O_y3的折射率为2.48-2.20；在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的消光系数为3.17-7.67，所述CrN_x2O_y2的消光系数为1.79-0.755，所述CrN_x3O_y3的消光系数为0.469-0.00522。

优选的，在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的折射率为2.34-7.85，所述CrN_x2O_y2的折射率为2.17-4.40，所述CrN_x3O_y3的折射率为2.48-2.20；在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的消光系数为3.17-7.67，所述CrN_x2O_y2的消光系数为1.79-0.755，所述CrN_x3O_y3的消光系数为0.469-0.00522。

作为优选实施例，所述复合吸收层4的总厚度为70nm-105nm；其中，所述第一吸收亚层的厚度为5nm-15nm；所述第二吸收亚层的厚度为35nm-45nm；所述第三吸收亚层的厚度为30nm-45nm。

优选的，所述的复合吸收层的总厚度为70nm-105nm；其中，所述第一吸收亚层的厚度为8nm-12nm；所述第二吸收亚层的厚度为38nm-42nm；所述第三吸收亚层的厚度为35nm-40nm。

所述的复合吸收层分三层由内至外热膨胀系数逐渐降低，从而提高了涂层的高低温循环稳定性，由内至外折射率与消光系数逐渐降低，从而提高了入射光在层间界面处的反射，提高了涂层吸收率。

作为优选实施例，所述基底层1的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；所述基底层1的厚度为0.2mm-10mm，优选1-5mm，更优选3mm。

为增加基底层的表面活性，需要经机械清洗后进行射频离子清洗，从而去除基底层表面的污染层和氧化层。

作为优选实施例，所述红外反射层2的材料为金属Al、Cu、Au、Ag、Ni和Cr中的至少一种，优选金属Al；所述红外反射层2的厚度为50-200nm，优选100-150nm，更优选120nm。

红外反射层设置于基底层之上，该红外反射层的作用在于对入射的整个波段的光谱进行反射，特别是对红外光谱，尤其是波长2.5微米以上的红外光进行反射，同时降低涂层整体的热辐射效应。

作为优选实施例，所述金属过渡层3的材料为金属Cr；所述金属过渡层3的厚度为5nm-15nm。

金属过渡层设置于红外反射层之上，该金属过渡层的热膨胀系数介于红外反射层与第一吸收亚层之间，该金属过渡层的作用是增加红外反射层与第一吸收亚层间的附着作用，从而增加涂层高低温循环的稳定性。

作为优选实施例，所述氧化物过渡层5的材料为Cr₂O₃；所述氧化物过渡层5的厚度为10-20nm。

氧化物过渡层设置于复合吸收层之上，该氧化物过渡层的热膨胀系数与折射率均介于第三吸收亚层与减反层之间，该层的主要作用是降低吸收层与减反层间的折射率变化梯度从而降低光线在涂层内部界面的反射，增加涂层吸收率，同时增加第三吸收亚层与减反层之间的附着作用，从而增加涂层高低温循环稳定性。

作为优选实施例，所述减反层6的材料为SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO或Sm₂O₃；所述减反层6的厚度为50-150nm。

减反层设置于氧化物过渡层之上，减反层为理想化学配比的SiO₂介质层，在波长300nm-2500nm范围内，折射率处于1.50-1.40之间，消光系数小于0.05；厚度优选为80nm-120nm。减反层的折射率较低，主要作用是降低涂层表面与空气的折射率梯度，从而能够降低选择性吸收涂层对入射光的反射作用，增高所述选择性吸收涂层对光的吸收率。

本实用新型还提出了一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，其具体包括以下步骤：通过磁控溅射法，依次在基底层上形成红外反射层、金属过渡层、第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层、氧化物过渡层和减反层，得到双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其中，

所述第一吸收亚层的材料为CrN_x1O_y1；

所述第二吸收亚层的材料为CrN_x2O_y2；

所述第三吸收亚层的材料为CrN_x3O_y3；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3的折射率依次降低；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3消光系数依次降低。

以上红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、金属氧化物过渡层和减反层是通过镀制依次制备成镀膜，所述镀制的方法为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均可。

下面具体以磁控溅射镀膜方法为例，进一步说明双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法。

作为优选实施例，通过磁控溅射法，形成红外反射层的条件为：以金属Al、Cu、Au、Ag、Ni和Cr中的至少一种作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1000-1500W，工作气压为4-6mTorr，工作气体为Ar，流量为40-60sccm，基片传输速率为0.8-1.2m/min；

通过磁控溅射法，形成金属过渡层的条件为：以金属Cr作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1200-1800w，工作气压为2-4mTorr，工作气体为Ar，流量为，40-60sccm，基片传输速率为2-2.4m/min；

通过磁控溅射法，形成第一吸收亚层CrN_x1O_y1的条件为：以金属Cr作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1200-1800w，工作气压为2-4mTorr，工作气体为Ar、N₂和O₂，其中Ar流量为40-60sccm，N₂流量为4-6sccm，O₂流量为0.4-0.6sccm，基片传输速率为1.8-2.2m/min；

通过磁控溅射法，形成第二吸收亚层CrN_x2O_y2的条件为：以金属Cr作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1200-1800w，工作气压为2-4mTorr，工作气体为Ar、N₂和O₂，其中Ar流量为40-60sccm，N₂流量为40-60sccm，O₂流量为1-3sccm，基片传输速率为0.8-1.2m/min；

通过磁控溅射法，形成第三吸收亚层CrN_x3O_y3的条件为：以金属Cr作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1200-1800w，工作气压为2-4mTorr，工作气体为Ar、N₂和O₂，其中Ar流量为40-60sccm，N₂流量为40-60sccm，O₂流量为8-12sccm，基片传输速率为0.4-0.6m/min；

通过磁控溅射法，形成氧化物过渡层的条件为：以金属Cr作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1200-1800w，工作气压为2-4mTorr，工作气体为Ar和O₂，其中Ar流量为40-60sccm，O₂流量为11-15sccm，基片传输速率为0.4-0.6m/min；

通过磁控溅射法，形成减反层的条件为：以金属Si、Al、Th、Dy、Eu、Gd、Y、La、Mg或Sm作为靶材，脉冲直流电源溅射功率为1800-2200W，工作气压为4-6mTorr，工作气体为Ar和O₂，其中Ar流量为20-40sccm，O₂流量为12-16sccm，基片传输速度为0.8-1.2m/min。

通过红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、金属氧化物过渡层和减反层的共同作用，使太阳光在复合吸收层和红外反射层之间实现多次反射与吸收，并且红外反射层与金属过渡层也参与部分太阳光谱吸收，从而使所述双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层具有优异的光谱选择性。

所述双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的吸收率为95％-97％，辐射量为4％-5％，适合于中高温太阳能集热器；并且制备工艺简单、镀膜设备要求低，适用于大规模低成本生产。

实施例

本实用新型实施例提供了一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，红外反射层的材料为Al，厚度为120nm；金属过渡层的材料为Cr，厚度为10nm；复合吸收层依次包括CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3三个吸收亚层，CrN_x1O_y1的厚度为10nm、CrN_x2O_y2的厚度为40nm、CrN_x3O_y3的厚度为30nm；金属氧化物过渡层为Cr₂O₃，厚度为20nm；减反层为SiO₂，厚度为90nm。

本实用新型实施例是通过在玻璃基底上依次沉积Al(120nm)、Cr(10nm)、CrN_x1O_y1(10nm)、CrN_x2O_y2(40nm)、CrN_x3O_y3(30nm)、Cr₂O₃(20nm)和SiO₂(90nm)薄膜来制备双过渡层复合吸收型光谱选择性吸收涂层，其具体包括以下步骤：

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^{- 2}mTorr，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小于6×10^-6Torr；

3)在玻璃基片上制备红外反射层Al：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10次，基片温度为室温；

4)在Al/玻璃上制备金属过渡层Cr：采用脉冲直流电源磁控溅射法，通过轰击Cr靶(纯度99.7％)在Al/玻璃上沉积Cr膜；其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar(纯度99.99％)流量为50sccm，基片以传输速度2.2m/min在金属Cr靶下往返运动1次，基片温度为室温；

5)在Cr/Al/玻璃上制备第一吸收亚层CrN_x1O_y1：采用脉冲直流电源磁控溅射法，通过轰击Cr靶(纯度99.7％)在Al/玻璃上沉积CrN_x膜；其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar(纯度99.99％)流量为50sccm，N₂(纯度99.99％)流量为5sccm，O₂流量为0.5sccm，基片以传输速度2m/min在金属Cr靶下往返运动1次，基片温度为室温；

6)在CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃上制备第二吸收亚层CrN_x2O_y2：采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射Cr靶(纯度99.7％)的方法在CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃上沉积CrN_x2O_y2膜；其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar(纯度99.99％)流量为50sccm，N₂(纯度99.99％)流量为50sccm，O₂(纯度99.99％)流量为1sccm，基片传输速率为1m/min，基底玻璃在Cr靶下方往返运动3次，基片温度为室温；

7)在CrN_x2O_y2/CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃上制备第三吸收亚层CrN_x3O_y3：采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射Cr靶(纯度99.7％)的方法在CrN_x2O_y2/CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃上沉积CrN_x3O_y3膜；其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar(纯度99.99％)流量为50sccm，N₂(纯度99.99％)流量为50sccm，O₂(纯度99.99％)流量为10sccm，基片传输速率为0.45m/min，基底玻璃在Cr靶下方往返运动3次，基片温度为室温；

8)在CrN_x3O_y3/CrN_x2O_y2/CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃上制备金属氧化物过渡层Cr₂O₃：采用脉冲直流电源氧化反应磁控溅射Cr靶(纯度99.7％)的方法在CrN_x3O_y3/CrN_x2O_y2/CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃上沉积Cr₂O₃膜；其工艺参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500w，工作气压为3mTorr，工作气体Ar(纯度99.99％)流量为50sccm，O₂(纯度99.99％)流量为13sccm，基片传输速率为0.4m/min，基底玻璃在Cr靶下方往返运动2次，基片温度为室温；

9)在(Cr₂O₃/CrN_x3O_y3/CrN_x2O_y2/CrN_x1O_y1/Cr/Al/玻璃)上制备减反层SiO₂：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％)的方法在Cr₂O₃/CrN_x3O_y3/CrN_x2O_y2/CrN_x1O_y1/Cr/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，基片传输速率为1m/min，基底玻璃在硅铝靶下方往返运动9次，基片温度为室温；

10)待完成以上制备步骤后，使样品冷却20min，出片，停机。

对比例

一种传统TiN_xO_y系太阳光谱选择性吸收涂层，是以Al为红外反射层，TiN_x1O_y1-TiN_x2O_y2-TiN_x3O_y3为复合吸收层，SiO₂为减反层的复合吸收型光谱选择性吸收涂层。

图2示出了本实用新型实施例的选择性吸收涂层和对比例的选择性吸收涂层在300-2500nm内的反射光谱图，由此计算涂层的太阳光吸收率。

表1给出了本实用新型实施例和对比例的选择性吸收涂层材料的吸收率α、在不同温度下的辐射率ε(T)，和α/ε(T)。

表1太阳光谱吸收率和红外辐射率

从图2可以看出，本实用新型实施例与对比例的涂层在300nm-2500nm内的反射光谱，本实用新型实施例的涂层在太阳光能量较集中的380nm-1000nm范围内几乎每一个波长点的反射率均低于对比例的涂层，因此，本实用新型实施例的涂层对太阳光的吸收率高于对比例的涂层。同时，本实用新型实施例的涂层在2500nm处的反射率高于对比例的涂层，说明本实用新型实施例吸收发射过渡区光谱更陡峭，本实用新型从太阳光谱范围内的高吸收作用到红外热辐射范围内的低辐射作用过渡更快。

从表1可以看出，本实用新型实施例与对比例的涂层的辐射率均做到了不高于4％，但本实用新型实施例的涂层的吸收率明显优于对比例，因此本实用新型吸收涂层更适用于中低温使用环境下的太阳能光热转换集热器。

本实用新型所提出的双过渡层复合吸收型光谱选择性吸收涂层具有更出众的性能，适合于中高温太阳能集热器；并且制备工艺简单、镀膜设备要求低，适用于大规模低成本生产。

本实施例的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层中，红外反射层材料为Al，金属过渡层的材料为Cr，复合吸收层由内至外依次包括CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3三个吸收亚层，金属氧化物过渡层为Cr₂O₃，减反层为SiO₂。本实施例通过对双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层的各层的设计及材料的选择，一方面，提高了整个膜系的太阳光谱吸收率；另一方面，Cr的热膨胀系数介于红外反射层与CrN_x1O_y1吸收亚层之间，Cr₂O₃的热膨胀系数介于CrN_x3O_y3吸收亚层与减反层之间，降低了膜系界面应力，提高了涂层附着力和高低温循环稳定性。

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 (8)

1.一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，包括：

基底层；

在所述基底层上依次设有红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反层；

所述红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反层的热膨胀系数依次降低；

所述复合吸收层依次包括第一吸收亚层、第二吸收亚层和第三吸收亚层；所述的第一吸收亚层与所述金属过渡层接触，所述的第三吸收亚层与所述氧化物过渡层接触；其中，

所述第一吸收亚层的材料为CrN_x1O_y1；

所述第二吸收亚层的材料为CrN_x2O_y2；

所述第三吸收亚层的材料为CrN_x3O_y3；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3的折射率依次降低；

所述CrN_x1O_y1、CrN_x2O_y2、CrN_x3O_y3消光系数依次降低。

2.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述CrN_x1O_y1中，x1＝0.18～0.22，y1＝0.14～0.18，所述CrN_x1O_y1的热膨胀系数趋近于金属Cr；

所述CrN_x2O_y2中，x2＝0.85～0.88，y2＝0.16～0.18，所述CrN_x1O_y1的热膨胀系数介于所述CrN_x1O_y1和所述CrN_x3O_y3之间；

所述CrN_x3O_y3中，x3＝0.08～0.15，y3＝0.9～1.3，所述CrN_x3O_y3的热膨胀系数趋近于氧化物Cr₂O₃。

3.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的折射率为1.70-7.85，所述CrN_x2O_y2的折射率为2.17-4.40，所述CrN_x3O_y3的折射率为2.48-2.20；

在300-2500nm波长范围内，所述CrN_x1O_y1的消光系数为3.17-7.67，所述CrN_x2O_y2的消光系数为1.79-0.755，所述CrN_x3O_y3的消光系数为0.469-0.00522。

4.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述复合吸收层的总厚度为70nm-105nm；其中，

所述第一吸收亚层的厚度为5nm-15nm；

所述第二吸收亚层的厚度为35nm-45nm；

所述第三吸收亚层的厚度为30nm-45nm。

5.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；所述基底层的厚度为0.2mm-10mm；和/或，

所述红外反射层的材料为金属Al、Cu、Au、Ag、Ni或Cr；所述红外反射层的厚度为50-200nm。

6.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述金属过渡层的材料为金属Cr；

所述金属过渡层的厚度为5nm-15nm。

7.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述氧化物过渡层的材料为Cr₂O₃；

所述氧化物过渡层的厚度为10-20nm。

8.根据权利要求1所述的双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，

所述减反层的材料为SiO₂、Al₂O₃、ThO₂、Dy₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、MgO或Sm₂O₃；

所述减反层的厚度为50-150nm。