太阳能光谱选择性吸收薄膜高温性能衰减分析

对SiO_2/CrO_x/CrN_y/Al型太阳能光谱选择性吸收薄膜的热稳定性进行测试,分析薄膜在高温下的光学性能、表面及截面形貌、元素分布、微观结构等变化。在450℃下热处理300 h后采用SEM、AES、TEM等方法分析薄膜热处理后的微观结构、成分变化。结果表明,经热处理薄膜出现表面粗糙度增加、晶粒异常长大、亚层界面变模糊等变化。主要的衰减机制为薄膜在高温下O、N发生轻微扩散,另外经热处理后吸收层Cr结晶度略有增加。     

SnO_2/CrON/Cu太阳能选择性吸收涂层循环热冲击性能研究

采用DC磁控溅射法制备SnO_2/CrON/Cu太阳能光谱选择性吸收涂层并进行中低温循环热冲击试验。对所制备涂层循环热冲击试验前后的光学性能和热稳定性进行表征。该涂层沉积态的吸收比为0.927,100℃发射比为0.048,在25℃/300℃的中低温下经264.25 h的循环热冲后涂层表面粗糙度几乎不变,未出现明显的元素扩散。吸收比仅衰减为0.912,发射比仅增加为0.076。表明该涂层适用于中低温光热利用领域。     

基于Matlab和正交实验法研究W-Al_2O_3系太阳能吸收膜光学性能变化规律

基于Matlab软件编程,以耐高温双干涉型W-Al_2O_3系太阳能吸收膜为例,采用正交实验方法,模拟研究W-Al_2O_3系高温太阳能吸收膜结构变化对其光学性能的影响规律,找出影响涂层光学性能的关键因素,经过膜系结构优化,获得吸收比达0.929、550℃发射比仅为0.075的涂层组合。     

TiAlON涂层微观结构与光学性质研究

通过控制氧气与氮气流量比,使用反应磁控溅射技术在抛光硅片表面制备TiAlON涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、光谱椭偏仪(SE)分析氧氮比对涂层的微观结构与光学性能的影响。结果表明,TiAlON涂层具有与TiAlN涂层相同的面心立方结构(NaCl型)。随着溅射氧气分压的升高,涂层的柱状晶结构变得模糊。通过控制涂层的成分,TiAlON涂层的光学性质可由类金属特性向半导体特性以及陶瓷特性转变,说明TiAlON涂层具有可控的光学常数,可作为太阳能光谱选择性吸收涂层的候选材料。     

AlCrON太阳能选择性吸收涂层的制备及性能研究

采用直流反应磁控溅射及空气中300℃热处理法在Cu基底上制备Al Cr ON太阳能选择性吸收涂层。对所制备涂层的光谱选择性吸收性能和热稳定性能进行表征,涂层的吸收比和发射比分别为0.921和0.075。结果表明涂层具有较高的光学性能。另外,空气中300℃、100 h热处理后涂层的光学性能几乎不变,表明该涂层适用于平板太阳集热器。     

SiO_2/CrO_x/CrN_y/Al太阳能选择性吸收涂层盐雾腐蚀性能分析

对SiO_2/CrO_x/CrN_y/Al型太阳能光谱选择性吸收涂层的盐雾腐蚀性能进行测试。在35℃下经质量分数为1%、3%、5%的NaCl盐雾处理一系列时间后采用UV、VIS、NIR、FTIR、SEM等方法表征该涂层腐蚀后光学性能及表面形貌的变化。结果表明经不同浓度的NaCl盐雾腐蚀后涂层出现表面粗糙度增加、白色斑点、起泡等缺陷。光学性能的衰减规律为:吸收比呈指数衰减,发射比初期迅速增加,然后进入钝化期,最后进入过钝化期而再次迅速增加。     

SiCrOxNy选择性吸收涂层制备及性能研究

采用直流及中频反应溅射在铜基底上沉积SiCrO_xN_y光谱选择性吸收涂层。对该涂层的光学性能进行表征,其吸收比为0.938,80℃发射比为0.07。经300℃,200 h热处理后,吸收比无明显变化,发射比小幅升高;俄歇电子能谱(AES)分析显示,界面处元素扩散和Cu基底氧化是涂层光学性能下降的主要原因。在35℃下进行5%盐雾腐蚀试验,腐蚀初期涂层发射比迅速升高,腐蚀36 h后吸收比衰减加速,涂层表面开始出现剥落现象;致密的SiO2减反射层对增强涂层耐盐雾腐蚀性能有明显效果。     

AlN薄膜对太阳能吸收率的研究

采用磁控溅射方法,在高纯氩气和氮气混合气氛下成功制备出Al(W)-AlN系太阳能选择性吸收薄膜。借助吸收光谱分析,比较了Al、W两种反射层材料上制备单层AlN和多层AlN薄膜的光谱吸收特性。结果表明:多层AlN薄膜比单层AlN薄膜的吸收性能好;W比Al更适合做反射面材料,W-渐变型多层AlN膜系对太阳能的吸收率可达到80%以上。     

封接温度对双银Low-E真空平板玻璃膜层光学性能的影响

通过高温封接工艺制备双银Low-E真空平板玻璃,分别采用460、480、500、520℃4组温度进行封接,并对各封接温度下膜层的表面及断面微观形貌与膜层的光学性能进行测试,讨论封接温度对膜层的可见光谱透射比、近红外光谱吸收比、中远红外光谱反射比的影响规律。结果表明,高温封接处理可提高Low-E膜层表面的致密度,优化各化学膜层及膜层与玻璃基体的结合性能,膜层的可见光谱透射比、中远红外光谱反射比显著提高,而近红外光谱吸收比略有减小。480℃封接温度下的膜层性能最佳,超过500℃后膜层中的Ag膜破损并团聚形成聚合物,膜层性能下降。     

基底及HMVF层厚度变化对NbSiN/NbSiNO/Si3N4 涂层光学性能的影响

采用多靶磁控溅射镀膜机,以在Si靶上加Nb片的方法分别在Cu和单面抛光不锈钢(SS)基底上制备NbSiN/NbSiNO/Si3N4和Mo/NbSiN/NbSiNO/Si3N4多层膜。用α-step台阶仪(DEKTAK IIA)测量膜层厚度,UVPC3100分光光度计和傅里叶红外光谱仪(EXCALIBUR FTS 3000)对样品的光学性质进行表征。实验表明:在Cu基底上制备的涂层吸收率α=0.90,发射率ε=0.12;以SS为基底,红外反射层Mo的厚度约为230nm时,在λ2.5μm范围内反射率最高,达到90%以上。高金属体积分数吸收层(HMVF)厚度约为80nm时吸收率α=0.95,发射率ε=0.33;真空下500℃和600℃各20h退火后吸收率、发射率变化不大。     

M-AlN太阳选择性吸收涂层的研制

为提高在高温条件下选择性吸收涂层的性能,采用金属粒子注入介质基体中形成的金属陶瓷作吸收材料,制成金属陶瓷复合薄膜,它具有优良的光学性能和热稳定性。根据对金属陶瓷膜系的光学性能进行理论计算的结果,采用磁控多靶反应共溅射的方法对膜系进行反演寻优工艺实验。     

不锈钢衬底表面形貌对AlN/AlN-Cr/Cu太阳能选择性吸收涂层光热性能的影响

在数值仿真计算和实验两方面研究不锈钢衬底表面形貌对AlN/AlN-Cr/Cu太阳能选择性吸收涂层光热性能的影响。在数值仿真计算中,建立一维三角形光栅结构模型对衬底表面形貌进行简化,采用严格耦合波分析(RCWA)的方法,仿真计算并分析光栅深度T_z和周期T_x对涂层的太阳吸收比α和400℃热发射比ε的影响。实验上,制备具有不同深度和间隔起伏表面的不锈钢衬底,采用磁控溅射的方法在其上沉积相同结构参数的AlN/AlN-Cr/Cu太阳能选择性吸收涂层,测定涂层性能参数,并分析不锈钢衬底形貌对其的影响。数值计算和实验结果表明:对于一个在已优化涂层组分和厚度的AlN/AlN-CdCu太阳能选择性吸收涂层,不锈钢衬底表面起伏对涂层高温光热转换将产生不利的影响。随着不锈钢衬底表面平均起伏深度的增加,涂层的太阳吸收比α基本保持不变,而400℃时的热发射比ε则明显逐渐增大。为保证涂层有效的光热转化效率,建议不锈钢衬底表面起伏的深宽比T_z/T_x≤1/20,深度T_z≤0.2μm。     

磁控溅射Sn/Cu/ZnS预置层后硫化法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其性能研究

采用磁控溅射法制备Sn/Cu/ZnS金属预置层,结合硫化热处理制备Cu_2ZnSnS_4薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)和霍尔测试系统等一系列测试方法对样品结构、各组分含量、表面形貌、光学带隙及电学性能进行表征及计算。研究结果表明Sn/Cu/ZnS金属预置层经490和540℃硫化热处理后的薄膜均为单一Cu_2ZnSnS_4相,其中,540℃硫化热处理后的薄膜结晶度较高,且薄膜表面平整致密,禁带宽度约为1.58 eV,呈现P型导电。     

NiCr系光谱选择性吸收薄膜的结构与性能表征

采用磁控溅射技术制备了优良的NiCr系深蓝色太阳光谱选择性吸收薄膜，测试了样品的太阳吸收比和热发射比，αs=0．90～0．94，ε=0．08～0．16(80℃)。用椭偏法测量了两层膜系的光学常数，借助扫描电镜、透射电镜、X射线衍射对薄膜进行了表征，并初步讨论了溅射工艺对样品结构形貌和光学性能的影响。     

不同吸热涂层平板集热器的热性能衰减研究

为分析不同吸热涂层平板集热器的热性能衰减,以蓝膜、阳极氧化和黑铬集热器为研究对象,基于太阳集热器热性能测试平台,对集热器热性能及空晒老化性能进行测试。分别测试吸热涂层样品的吸收比和发射比,分析空晒前后平板集热器吸收比、发射比和瞬时效率的变化情况及影响因素。研究结果表明:在温度约为18℃的工况下,蓝膜集热器热性能为75.5%,黑铬为73.4%,阳极氧化为69.3%,吸热涂层的光学性能是影响平板集热器热性能的主要因素。平板集热器瞬时效率、吸收比和发射比变化情况的依存关系为Δη≈9.553Δα-1.213Δερ,该式可衡量平板集热器的热性能衰减度。通过空晒老化性能实验可知,提高平板集热器吸热涂层的抗腐蚀、抗氧化能力,可延长集热器的使用寿命。     

低发射比测量有了“新武器”

太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用行业中最核心的功能材料,表征其光学性能的关键指标主要是太阳吸收比α和热发射比ε.太阳能热利用企业为了推动技术进步,不断研发性能更优越的太阳能选择性吸收涂层,追求更高的太阳吸收比α和更低的热发射比ε,并做到涂层均匀、性能稳定.因此,太阳能选择性吸收涂层光学性能的准确测量是十分重要的技术.     

中高温太阳选择性吸收表面

８０年代以来,太阳选择性吸收表面的研究与应用有了很大发展,选择性吸收表面在太阳房、热水器上已广泛应用。然而,目前太阳能热利用一般局限在低温（＜１００℃),随着能源短缺和环境污染问题的日益加剧,太阳能的应用领域必将向中高温应用发展,而研制开发中高温太阳选择性吸收表面将成为关键。１材料根据太阳选择性吸收原理,选择性吸收材料大致可分为以下几种类型:具有本征特性的选择性吸收材料,多层膜,不均匀粒子膜,表面微孔穴。目前,作为中高温选择性吸收表面研究最多的金属陶瓷薄膜即属于不均匀粒子膜,本文主要对其进行一些介绍。所谓粒子…     

PMMA+LiClO4有机薄膜的离子导电性能

用PMMA预聚合单体与LiClO4粉末以不同比例直接混合均匀,固化成3mm厚的板,以它为靶,在纯氩气气氛及rf-溅射沉积条件下制备各种薄膜,用双电层电容常数法研究它们的离子导电性能.在室温下测试,外加信号120mV,频率400Hz.实验结果表明,当氩气压强(PAr)为4.7-7.2Pa,靶掺杂质量比为10%,射频功率密度为3.9-4.2W/cm2时得到的薄膜为离子导体.当氩气压强为6.0Pa,射频功率密度为4.24W/cm2时,膜的双电层电容常数为7.0×10-2μf/cm2,离子导电性能最好,其电阻率>1011Ω.cm.利用该离子导体薄膜制备的可变反射电致变色镜,Al(40nm)/α-WO3(100nm)/PMMA+LiClO4(160nm)/NiO(80nm)/ITO/glass,着色态和漂白态可见光平均反射比分别为0.23和0.69.利用红外光谱(1900-500cm-1)对纯PMMA和PMMA+LiClO4离子导体进行分析,发现离子导体膜"-C-O-CH3"侧链的吸收峰在1185.7cm-1,非离子导体膜的吸收峰在969.2cm-1处,前者侧链具有较强的极性.     

工艺条件对CuAlO2透明导电薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备CuAlO_2透明导电薄膜,研究退火气氛、温度及溶胶浓度对薄膜结构和光电性能的影响。研究表明:薄膜在真空退火下存在金属Cu,导电性能良好;氩气下退火为3R晶型的CuAlO_2,导电性能较好;空气下退火CuAlO_2相分解为CuAl_2O_4和CuO,几乎不导电。700℃或更低温度退火不能使CuAlO_2薄膜充分晶化,但超过800℃时,薄膜中会出现较多孔洞与裂纹。750℃下退火薄膜的导电性最佳,800℃退火薄膜具有最高的透光率和最大带隙值。溶胶浓度为0.35 mol/L时,薄膜电导性最好,超过0.35 mol/L后,薄膜的透光率随溶胶浓度的增大而显著降低。     

探究2种光电光热一体化（PV/T）系统在中国不同建筑气候带下的热电性能

为考察太阳能光伏/热(PV/T)集热技术在中国各建筑气候带下的性能,利用TRNSYS软件,建立基于家用太阳能热水系统的太阳能光电光热一体化系统,分别模拟以单晶硅(Mono-cSi)和碲化镉(CdTe)薄膜为光电采集模块的PV/T集热器在中国各建筑气候带下的性能。结果表明,在中国7种建筑气候区,单晶硅型PV/T具有更高的光电转换效率,然而,CdTe薄膜型PV/T集热器的光电转换效率较为稳定;并且,同一气候区域下,CdTe薄膜型的光热转换效率较单晶硅型高约10%。综合评估后发现,CdTe薄膜型PV/T系统气候适应性更强,具有更大的实际应用潜力。