太阳能选择性吸收薄膜研究进展及展望

太阳能选择性吸收薄膜是太阳能集热器的主要功能组件,是太阳能光热转换中最为关键的部分,也是获得高光热转换效率的重要方式.本文从太阳能选择性吸收薄膜的原理出发,对材料选择、吸收机理以及制备方法等方面进行了介绍,对太阳能选择性吸收薄膜的国内外发展现状进行了论述,同时对限制太阳能选择性吸收薄膜性能的主要因素进行了分析,并对今后的发展进行了展望.     

对太阳能的吸收并非越多越好——太阳能选择吸收膜

<正>太阳能是一种清洁无污染可再生的绿色能源,因此大规模收集及利用太阳能对于解决世界范围内的能源危机意义重大。然而太阳能的能量密度较低,并且物体表面吸收的能量又会以一定形式辐射出来。针对于这些问题,在20世纪50年代,以色列物理学家Harry Z.Tabor,提出了太阳能光谱选择性吸收膜层的概念。此后,世界各国对太阳能光谱选择性吸收薄膜展开了大量的研究。现如今,从选择膜的理论基础研究到制备工艺,已经形成了完整的学术体系,成为太阳能热利用技术领域的重要分支。今天,小编就简单为大家介绍下太阳能选择吸收涂层的原     

TiAlN/SiO2太阳能选择性吸收薄膜的制备与研究

采用直流磁控溅射法在铜基底上制备了TiAlN/SiO2选择性吸收薄膜。通过调整制备过程中的工艺参数,得到优化后的组合薄膜(铜基底),其吸收率可达0.92、发射率为0.06。在此组合膜系中,TiAlN为吸收层,SiO2为减反层。对基底为铜片的样品在550℃退火2h,其性质保持稳定,表明TiAlN/SiO2组合薄膜在高温太阳能选择性吸收领域具有一定的应用前景。     

等离子喷涂法制备黑铬太阳能选择性吸收涂层

采用等离子喷涂法制备了黑铬太阳能选择性吸收涂层,采用XRD、SEM等测试方法对涂层的物相、微观结构、太阳能吸收性能进行了表征。对涂层进行了打磨,并在涂层表面制备SnO2选择性透过薄膜。研究表明,采用等离子喷涂方法制备的黑铬涂层吸收率为0.93,发射率为0.88,经打磨处理后,发射率降至0.76。添加SnO2薄膜后,涂层吸收率变化小,发射率降至0.50。热震实验表明该涂层具备良好的抗热震性能。     

不锈钢表面处理对Cr2O3薄膜太阳能选择吸收性能的影响

采用Sol-gel法以及浸渍提拉法在不锈钢表面制备了Cr2O3选择性吸收薄膜。分别采用喷砂处理和氧化液腐蚀两种方式对不锈钢进行表面处理,考察不同表面处理方式对Cr2O3太阳能选择吸收薄膜性能的影响。用Lambda 750型UV-Vis-NIR分光光度计和Tensor 27型BRUKER红外光谱仪分别测试薄膜在可见-近红外光谱区和红外光谱区的反射光谱。结果表明,氧化液处理的不锈钢基体,其表面所涂覆薄膜的红外发射率明显降低,发射率由喷砂基体的0.465降低到0.186,具有良好的选择吸收性。     

基底温度对磁控溅射制备ZnO薄膜性能的影响

利用射频磁控溅射,在Si基底上制备了ZnO薄膜.采用电子薄膜应力分布测试仪、X射线衍射和傅立叶变换红外光谱仪等检测手段研究了基底温度对其应力、微结构及光学性能的影响.ZnO薄膜在(002)晶面具有良好的c轴取向.在基底温度为200～300 ℃范围内,ZnO薄膜具有良好的结晶性能和较均匀的应力分布.红外光谱在430cm-1附近出现了Zn-O键的振动吸收峰.     

Ni体积分数对Ni-Al2O3太阳光谱选择性吸收薄膜光学性能的影响

借助计算机模拟剖析了Ni体积分数对Ni-Al2O3太阳光谱选择性吸收薄膜光学性能的影响规律,并依据这一规律指导了以水溶胶-凝胶法制备的Ni-Al2O3太阳光谱选择性吸收膜系的优化。模拟结果表明,以呈现类金属特征的基层Ni-Al2O3薄膜与Ni体积分数不超过基层0.5倍且呈非金属特征的中间层薄膜组合,在其上再沉积一减反射顶层,如此3层复合可获得高吸收率和低发射率的太阳光谱选择性吸收膜系。依据这一规律指导的以水溶胶-凝胶法制备的Ni-Al2O3膜系其吸收率高达0.93,发射率低至0.04,成为一个很好的太阳光选择性吸收表面。     

碳化物超高温陶瓷太阳能选择性吸收涂层的研究进展

太阳能选择性吸收涂层是将太阳辐射选择性吸收转化成热能的材料.为更大限度地利用太阳能,高温太阳能选择性吸收涂层成为提高光热转化效率的关键部件.碳化物超高温陶瓷因具有良好的光学性能和高温稳定性而成为优选材料.目前,很多研究者已通过磁控溅射法、热喷涂法、溶胶凝胶法和激光涂覆法等方法制备了多种碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层,并且做了大量的工作来优化其性能.本文综述了碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层的研究进展,介绍了太阳能光谱选择性的要求及其选择性吸收的基本原理,总结了碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层的制备方法、材料、性能及其重要影响因素,最后展望了碳化物超高温陶瓷太阳能选择性吸收涂层的发展前景.     

铜基NiCr系太阳光吸收薄膜制备及性能分析

基于等效媒质理论设计了NiCr四层渐变膜系。以4∶1的NiCr合金靶材,氧气和氮气为反应气体,氩气为工作气体,用磁控反应溅射法制备蓝色NiCr系太阳能光谱选择性吸收薄膜。测试分析薄膜成分、微观结构、厚度、吸收比和发射率对薄膜性能的影响。测试结果表明两层吸收膜的吸收比大于单层吸收膜;单层吸收膜的吸收比随填充因子的增大而增大;当单层吸收膜的填充因子在两层吸收膜的填充因子之间时,两层吸收膜的发射率小于单层吸收膜;两层吸收膜的吸收比随减反射层厚度的增大先增大后减小,发射率则一直增大。为多层铜基NiCr系阳光吸收膜磁控溅射沉积制备工艺提供了理论依据。     

绿色选择性吸收涂层的制备及其光学性能

采用阳极氧化后染色的方法,在铝板表面制备出绿色的太阳光谱选择性吸收膜层。重点研究了阳极氧化时间、电流密度和硫酸浓度等对涂层性能的影响,利用XRD、SEM、UV/VIS/NIR分光光度计、FTIR红外光谱仪等技术对铝板结构、形貌、光谱及红外反射特性等进行了测试表征。结果表明,当硫酸浓度为200g/l,电流密度为4A/dm2,阳极氧化时间为40min时,可以得到性能较好的膜层。彩色太阳能吸收涂层可与建筑物及其外部环境相协调,具有潜在的应用前景。     

直流磁控溅射Cr/Cr2O3金属陶瓷选择吸收薄膜的研究

光谱选择吸收薄膜的制备是太阳能集热器高效吸收太阳能的关键技术。本文首先研究了磁控溅射Cr／Cr2O3金属陶瓷选择吸收膜中，氧气流量、溅射靶电流等基本参数对靶电压的影响，然后对不同氧气流量和靶电流条件下制备的Cr／Cr2O3金属陶瓷选择吸收膜的光学常数采用椭偏仪进行了研究，得到了不同工艺条件下的Cr／Cr2O3金属陶瓷薄膜的光学常数，最后经过膜系设计和试验镀制，制备出了室温下吸收率α≥95％、发射率ε≤5％的高性能太阳能选择吸收膜。     

掺氮类金刚石薄膜的制备与性能研究

利用空心阴极放电在玻璃基底表面沉积掺氮类金刚石(DLc)薄膜.拉曼光谱(Raman)分析表明,所制备的碳膜具有典型的类金刚石结构.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜表面形貌和粗糙度;利用摩擦磨损仪测量膜的摩擦磨损性能.结果表明,氮的掺入使得薄膜中颗粒致密平整,改变了薄膜的表面微观形貌,进而改善了薄膜的摩擦磨损性能.     

DJT—800型太阳能集热管磁控溅射镀膜机研制成功

机械工业部沈阳真空技术研究所为沈阳市玻璃计器厂研制的太阳能集热管磁控溅射镀膜机,经过一年的工业运行,性能良好。最近通过了技术鉴定。 DJT—800型太阳能集热管磁控溅射镀膜机是生产太阳能集热管的专用设备,适用于镀制太阳能集热管选择性吸收表面的光学薄膜。 太阳能集热管的热效率,主要取决于选择性吸收膜层的质量。目前,我国均采用化学电镀法镀制膜层,这种方法存在着工艺不够稳定,废品率高,膜层质量差,原材料消耗大,成本高,污染环境,危害工人健康等缺点。而应用磁控溅射镀膜机镀制太阳能集热管选择性吸收膜层,彻底实现了工艺革新,完…     

真空电镀制备非连续合金薄膜及其在电磁屏蔽中的应用

采用真空电镀工艺在塑料基底上制备了非连续合金薄膜。系统研究了沉积条件的改变对薄膜的表面形貌、微观聚集态特征、薄膜导电性能的影响,并对相应薄膜体系用于电磁屏蔽的效能进行了对比研究。发现在高能离子的参与下,沉积到塑料基底上有机涂层表面的金属原子(团)会渗入涂层内部与有机介质混合,形成非连续金属相,相应的薄膜表面也出现不同的微结构。实验表明,金属层总厚度不超过500nm时其平均电磁屏蔽性能可到50dB。该复合材料以及制备方法可应用于多种有电磁屏蔽需求的产品。     

光谱选择性太阳能吸收涂层的研究进展

选择性吸收涂层技术是公认的太阳能光热转换较为核心的技术,它对提高太阳能热转换效率,大规模推广太阳能光热应用起着至关重要的作用。主要综述了光谱选择性太阳能吸收涂层的分类及制备方法。     

77K基底制备的银薄膜的微观结构和光学性质

应用蒸发镀膜方法，分别在室温和液氮温度(77K)玻璃基底上制备了银薄膜样品。对两种样品的微观结构和光学性质进行了对比研究，微观结构应用X射线衍射仪、扫描电子显微镜进行分析，光学性质应用椭圆偏振光谱仪进行研究，测量的光学参数与理论计算的结果基本吻合。比较液氮温度基底上制备的银薄膜与室温基底上制备的银薄膜表面后发现：前种薄膜的表面更均匀、颗粒更小；两种薄膜的光频介电函数实部ε1基本没有差别，前种薄膜的光频介电函数虚部ε2大；前种薄膜的光学吸收增强，吸收峰发生蓝移和宽化。实验结果表明颗粒膜的光学吸收峰的位置依赖于颗粒膜中金属的介电常数和粒子尺寸。     

等离子喷涂与溶胶-凝胶法组合制备中高温太阳能选择性吸收复合涂层

为了制备出高效的非真空、中高温太阳能选择性吸收涂层,先在光亮Cu片上等离子喷涂Cr—Al2O3金属陶瓷吸收层,再用溶胶-凝胶法在其上制备了SnO2选择性透过膜,对复合涂层的相结构、表面形貌、光学性能进行了研究。结果表明：金属陶瓷吸收层由金属颗粒Cr与Al2O3组成,物相稳定,表面凹凸不平,气孔较多,发射率较高;覆盖Sn...     

热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的性能

为了解以热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的特性,在不同基底温度下,以硅和二氧化硅为基底材料制备了TiAlC薄膜;采用椭偏仪、分光光度计、X射线光电子能谱、原子力显微镜、X射线衍射仪对薄膜的性能进行了测试。结果表明:随着基底温度的升高,TiAlC薄膜平均透射率逐渐降低,吸收边产生红移,光学带隙由2.56eV降低到0.61 eV;薄膜的沉积速率由0.09 nm/cycle升高到0.20 nm/cycle,表面粗糙度由1.82 nm降低到0.49 nm;不同基底温度下生长的薄膜均为无定型结构;膜层中的氧源于空气的自然氧化,且膜层的氧化程度与膜层中TiC的含量及膜层的致密性有关;TiAlC薄膜的形成主要源于高温条件下TiC的形成及三甲基铝的分解。     

适用声波谐振器的磁控溅射制备AlN薄膜优化技术

AlN具有优良的物理化学性质以及与标准CMOS晶硅技术的兼容性，显示出优于相应的ZnO和PZT等性能，使其成为最受关注的压电材料之一。AlN压电薄膜表现出合适的机电耦合系数、高纵波声速、大杨氏模量和高热导率等特点，以及随着制备工艺和材料微结构调控技术的快速发展，使其成为5G时代声波谐振器中的关键电子材料。其成膜质量直接决定器件的工作频率、Q值和可靠性。近些年来，在反应磁控溅射法制备AlN薄膜及其微结构调控方面取得重要进展，具有成膜质量好、沉积速率高以及成本低等优点，已成为这类薄膜的首选制备方法。由于影响其成膜质量的因素很多，以至于通过某一个工艺参数调控其成膜质量往往无法同时满足多个质量指标。研究表明，AlN薄膜定向生长受溅射功率、工作气压和N2/Ar流量比等多重因素影响，提高薄膜取向性相对复杂。降低薄膜应力一般通过简单地调节Ar气流量来实现，这是因为薄膜应力对Ar气流量变化极为敏感。而表面粗糙度和膜厚均匀性等主要受到溅射功率和工作气压影响。除了反应磁控溅射基本参数外，还普遍发现基底放置方向、基底材料、基底清洁度、退火温度和气氛等对薄膜的结晶及择优取向的影响也十分显著。本文围绕影响AlN...     

真空热蒸发碲化镉薄膜的结构组成和光电性能研究

研究了真空热蒸发制备CdTe薄膜的光电性能以及微结构、化学组成和成膜机理。通过X射线衍射、透射电镜电子衍射、X光电子能谱和光、暗电导测试等分析手段,系统表述了薄膜的组成、结构、表面氧化与真空热蒸发工艺的关系。指出基板温度是决定CdTe薄膜组成和结构的关键参数,150℃左右制备的CdTe薄膜具有最佳光电性能和成膜质量。另外,对CdTe薄膜的氧化机制和成膜机理也进行了初步探讨。