[00032330]平板太阳能集热器选择性吸热涂层制备关键技术

太阳能吸板芯是太阳能平板集热器的核心部件，起着吸收太阳辐射能量并向集热器的传热工质传递热量的双重作用。太阳能集热器效率的高低由两个因素决定，一是集热器对太阳辐射的吸收能力，二是集热器的散热损失能力。提高其效率总的原则是要尽可能的吸收太阳辐射能量并尽量减小热损失。而光谱选择性吸收薄膜就是对太阳短波辐射具有良好的吸收性能而本身只有少量的热辐射表面，因而，太阳能光谱选择性吸收薄膜是提高集热器效率最为有效的方法之一，要实现最佳的太阳能光热转换，所选用的集热材料就必须满足在太阳光谱范围内有高的吸收率同时在热辐射波长范围内有低的发射率。具备这一特性的涂层材料即为光谱选择性吸收涂层，对于太阳能集热器，要获得满意的光热装换效率，高效的选择性吸收材料是必要条件，是一个关键的技术环节。 　　可用的选择性吸收涂层有黑镍（Ni-Zn-S）、黑铬（Cr2O3）、黑铜（CuO+Cu2O），以及阳极氧化铝和硫化铅等，都是有高太阳吸收率和低长波发射率的涂层，其制作方法一般采用喷涂电化学的方法，具有成本低、工艺简单的优点，但普遍存在着附着力差，易剥落，发射率高的缺点，并存在污染问题，必须为三废治理、环境保护付出昂贵的代价。许多生产者采用涂覆方便、价格低廉的非选择性吸收涂层，尽管这类涂层的吸热率可达到0.95，但此类涂层为非环保清洁能源。国外最好的的平板集热器的太阳能吸热板芯，其吸收涂层是连续磁控溅射方法生长的氮化钛复合涂层，磁控溅射制备工艺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的特点，制备的薄膜具有良好的选择性吸收和耐候性。但生产技术被高度垄断，国内尚无应用。在国内，磁控溅射制备工艺在真空玻璃管选择性吸收涂层中已被广泛使用，但在平板太阳能集热器吸热涂层的制备中，磁控溅射技术制备的吸收涂层与国外存在较大的差距。多弧离子镀是物理气相沉积的一种，多弧离子镀的优点如下：①膜层和基体结合力强。②膜层均匀，致密。③在负偏压作用下绕镀性好。④无污染。目前，国内平板型太阳能集热器的制备中，较少采用多弧离子镀。 　　本课题组采用磁控溅射和多弧离子镀技术，制备高效太阳能光热转换的光谱选择性吸收薄膜作为集热器板芯在Cu板上制备渐变结构的膜系，首先在Cu板上沉积光亮的Cu和Al薄膜，利用金属膜的高红外反射来形成整个选择性吸收表面的高红外反射，从而整个膜系有具有较低的热发射率。另外Ti为过渡金属，各种价态的化合物颜色有差别，因此不同的组分将导致薄膜颜色不同，适当调节溅射工艺，使化合物的组成和厚度发生变化，调节薄膜的颜色，满足人们对颜色不同的要求。该涂层制备过程中不会污染水源也不会污染空气，是最具环保性的涂层。