一種太陽能選擇性吸收膜系及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能光熱轉換技術領域，具體是一種太陽能選擇性吸收膜系及其制備方法。
【背景技術】
[0002]太陽能具有分布廣泛、取之不盡、用之不竭的優點，并且可以做到對環境幾乎沒有任何污染，是真正意義上的可持續的清潔能源。對太陽能的利用，目前主要集中在光熱轉換和光電轉換兩大類。太陽能集熱器是用來吸收太陽輻射并使之轉化為熱能的光熱轉換裝置。目前市場上有很多種太陽能集熱器，最常見的是全玻璃真空管太陽能熱水器，但它有無法承壓、易爆裂、維修率高，使用壽命短等缺點。不適應人們對未來太陽能集熱器的要求。
[0003]平板太陽能集熱器的發展滿足了人類對未來太陽能集熱器的要求。其具有光熱轉換快，熱效率高，壽命長等優點。而太陽能選擇性吸收膜系的結構及其制備方法，則是平板太陽能集熱器的核心技術。
[0004]太陽能選擇性吸收膜系是太陽能光熱轉換的關鍵，隨著太陽能集熱元件的發展，對膜系提出了越來越高的要求。太陽能選擇性吸收膜系要求在太陽光譜(300nm?2500nm)具有高吸收率，紅外波段(>2500nm)具有低發射率的光學性能。由于集熱板芯的膜系長期處在與自然環境直接接觸的條件下工作，因而，要求集熱板芯的膜系，必須具備良好的耐熱性能和耐候性能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種太陽能選擇性吸收膜系及其制備方法，該膜系的膜層不易脫落，使用壽命長，膜系吸收能力強，并具有優良的耐蝕耐磨性能。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種太陽能選擇性吸收膜系，包括金屬基底，所述金屬基底的頂面呈凹凸不平的微結構，金屬基底的頂面沉積有TiAlN吸收阻隔層，TiAlN吸收阻隔層上沉積有TiNxOy吸收層，TiNxOy吸收層上沉積有S12減反層，S12減反層上沉積有AlN減反保護層。
[0007]進一步的，所述金屬基底為厚度0.3mm的銀箔片，所述TiAlN吸收阻隔層的厚度為30?50nm，所述TiNxOy吸收層的厚度為100?150nm，所述S12減反層的厚度為30?50nm，所述AlN減反保護層的厚度為30?50nmo
[0008]本發明還一種太陽能選擇性吸收膜系的制備方法，包括以下步驟:
a)清洗金屬基底，并用高壓他氣吹干；
b)采用反應離子束技術對清洗后金屬基底的頂面進行刻蝕，使所述金屬基底頂面呈凹凸不平的微結構；
c)在具有微結構的金屬基底頂面通過磁控濺射沉積TiAlN吸收阻隔層，磁控濺射本底真空<9X10—4Pa,工作壓強4?6X10—1Pa,直流濺射功率75?100W，靶材為TiAl合金靶，濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm，反應氣體N2流量5?lOsccm，沉積的TiAlN吸收阻隔層厚度為30?50nm;
d)在TiAlN吸收阻隔層上通過磁控濺射沉積TiNxOy吸收層，磁控濺射本底真空<8X10—4Pa,工作壓強3.5?5.5 X 10—1Pa,直流濺射功率100?150W，靶材為Ti靶，濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm，反應氣體02流量2?5sccm，反應氣體N2流量5?lOsccm，沉積的TiNxOy吸收層厚度為100?150nm ；
e)在TiNxOy吸收層上通過磁控派射沉積Si02減反層，磁控派射本底真空<9 X 10—4Pa，工作壓強4?6 X 10—1Pa,射頻濺射功率40?80W，靶材為Si靶，濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm，反應氣體02流量5?7sccm，沉積的Si02減反層厚度為30?50nm;
f)在S12減反層上通過磁控濺射沉積AlN減反保護層，磁控濺射本底真空<9X 10—4Pa,工作壓強4?6 X 10-lPa，直流濺射功率75?100W，靶材為Al靶，濺射工藝氣體Ar流量20?30sccm，反應氣體N2流量5?lOsccm，沉積的AlN減反保護層厚度為30?50nm，得到最終的太陽能選擇性吸收膜系。
[0009]進一步的，所述步驟a中采用超聲波清洗機對金屬基底進行清洗，先用丙酮超聲清洗20min，再用酒精超聲清洗20min，最后用去離子水超聲清洗20min。
[0010]進一步的，所述步驟b中采用反應離子束刻蝕設備對金屬基底的頂面進行刻蝕，刻蝕氣體為Ar與CHF3的混合氣體，Ar與CHF3的流量比為1:1?1.5;反應離子束刻蝕設備本底真空<8X10—3Pa，工作壓強為2?6X10—1 Pa，離子束流能量為300?400eV，束流為70?90mA，加速電壓200?260V，入射角為25?45°，刻蝕時間3?5min。
[0011 ]本發明的有益效果是，對金屬基底頂面進行了反應離子束刻蝕，使金屬基底表面產生了凹凸不平的微結構，增大了金屬基底與膜層之間的附著力，使膜層不易脫落，延長膜系的使用壽命；TiAlN吸收阻隔層能夠阻止金屬基底和TiNxOy吸收層之間的擴散，同時TiAlN吸收阻隔層還做為副吸收層，增大整個膜系對太陽光的吸收;S12減反層與AlN減反保護層共同作為減反層，利用折射率不同的AlN和S12組成的雙層減反膜系能夠提升減反效果，增加膜系的吸收率;AlN減反保護層具有優良的耐蝕耐磨性能，在高溫大氣環境下，膜層壽命持久，有效提高了太陽能集熱器的使用壽命。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明:
圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發明提供一種太陽能選擇性吸收膜系，包括金屬基底I，所述金屬基底I的頂面呈凹凸不平的微結構，金屬基底I的頂面沉積有TiAlN吸收阻隔層2，TiAlN吸收阻隔層2上沉積有TiNxOy吸收層3 ,TiNxOy吸收層上沉積有S12減反層4，S12減反層4上沉積有AlN減反保護層5。
[0014]所述金屬基底I可采用為厚度0.3mm的銀箔片、Cu箔片或Al箔片，也可以在不銹鋼箔片上沉積一層Ag薄膜、Cu薄膜或Al薄膜作為金屬基底I;所述TiAlN吸收阻隔層2的厚度為30?50nm，所述TiNxOy吸收層3的厚度為100?150nm，所述S12減反層4的厚度為30?50nm，所述AlN減反保護層5的厚度為30?50nmo
[0015]本發明還提供所述的一種太陽能選擇性吸收膜系的制備方法，包括以下步驟:
a)清洗金屬基底，并用高壓N2氣吹干;可采用超聲波清洗機對金屬基底進行清洗，先用丙酮超聲清洗20min，再用酒精超聲清洗20min，最后用去離子水超聲清洗20min;
b)采用反應離子束刻蝕設備對清洗后金屬基底的頂面進行刻蝕，刻蝕氣體為Ar與CHF3的混合氣體，Ar與CHF3的流量比為1:1?1.5 ;反應離子束刻蝕設備本底真空^ 8X 10 一3Pa,工作壓強為2?6X10—1 Pa，離子束流能量為300?400eV，束流為70?90mA，加速電壓200?260V，入射角為25?45°，刻蝕時間3?5min，使所述金屬基底頂面呈凹凸不平的微結構；
c)在具有微結構的金屬基底頂面通過磁控濺射沉積Ti