一種大氣中耐高溫、耐鹽霧的太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大氣中耐高溫、耐鹽霧的太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，包括六層膜，從底層到表面依次為第一層擴散阻擋層、第二層紅外發(fā)射層、第三層擴散阻擋層、第四層吸收層、第五層減反射層和第六層有機防護層；第一層擴散阻擋層為氮化物或氧化物膜層，第二層紅外發(fā)射層為Cu、Ag、Al、Ti或者Au，第三層擴散阻擋層為氮化物或氧化物膜層，第四層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為雙陶瓷膜，第五層減反射層為Al2O3膜或者SiO2膜，第六層有機防護層，本發(fā)明加入了有機防護層，使得其耐高溫及耐大氣腐蝕的性能大大加強，使得這種新型結(jié)構(gòu)高溫選擇性吸收涂層具有良好的高溫熱穩(wěn)定性及耐候性。
【專利說明】一種大氣中耐高溫、耐鹽霧的太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用及涂層制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽光譜選擇性吸收涂層在可見-近紅外波段具有高吸收率，在紅外波段具有低發(fā)射率的功能薄膜，是用于太陽能集熱器，提高光熱轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。隨著太陽能熱利用需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能集熱管的應(yīng)用范圍從低溫應(yīng)用(≤ IO(TC)向中溫應(yīng)用(IOO0C -3500C )和高溫應(yīng)用(350°C -500°C )發(fā)展，以不斷滿足海水淡化、太陽能發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。對于集熱管使用的選擇性吸收涂層也要具備高溫熱穩(wěn)定性，適應(yīng)中高溫環(huán)境的服役條件。
[0003]對于太陽能選擇性吸收涂層目前已研究和廣泛使用了黑鉻、陽極氧化著色N1-Al2O3以及具有成分漸變特征的SS-C/SS(不銹鋼)和A1-N/A1等膜系，應(yīng)用于溫度在200°C以內(nèi)的平板型集熱裝置的集熱管表面。但在中高溫條件下，由于其紅外發(fā)射率隨溫度上升明顯升高，導(dǎo)致集熱器熱損失明顯上升，熱效率顯著下降。
[0004]為了提高中高溫服役條件下選擇性吸收涂層的熱穩(wěn)定性，Mo-AIA/Cu、SS-AlN/SS等材料體系得到了研究和發(fā)展，采用了雙靶或多靶金屬陶瓷共濺射技術(shù)，其中Mo-Al2O3/Cu體系的特點是Mo-Al2O3吸收層具有成分漸變的多亞層結(jié)構(gòu)，Al2O3層采用射頻濺射方法，SS-A1N/SS體系的特點是吸收層采用了干涉膜結(jié)構(gòu)，使熱穩(wěn)定性提高。上述涂層在使用溫度3500C -500°C范圍內(nèi)的聚焦型中高溫集熱管表面獲得了應(yīng)用。但是金屬陶瓷結(jié)構(gòu)涂層因為金屬原子較多，在高溫下的微觀結(jié)構(gòu)和物理性能都不穩(wěn)定。而且射頻濺射等工藝沉積速率低，生產(chǎn)周期長，工藝復(fù)雜，成本高。
[0005]目前光熱電站的形式開始多樣化，以往的涂層用在真空集熱管上還是可以的，可是現(xiàn)在裸管的應(yīng)用也開始越來越廣泛了，因此需要涂層不僅僅能夠在真空中有良好的耐溫性能和耐腐蝕性能，在大氣(包括水汽，鹽霧，酸堿)等中也必須有較優(yōu)異的耐溫性能和耐腐蝕性能，才能夠滿足電站的使用需求。
[0006]對于菲涅爾式的光熱電站，就需要一種吸收率高、發(fā)射率低、在大氣中熱穩(wěn)定性好，耐大氣腐蝕，而且工藝簡便的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，適用于大氣中高溫(300°C -600°C )工作溫度集熱管，涂層吸收率高、發(fā)射率低、在大氣中熱穩(wěn)定性好，制備工藝簡便，操作方便，生產(chǎn)周期短，濺射工況穩(wěn)定。
[0008] 本發(fā)明提出一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層，包括六層膜，從底層到表面依次為第一層擴散阻擋層、第二層紅外發(fā)射層、第三層擴散阻擋層、第四層吸收層、第五層減反射層和第六層有機防護層；
[0009]第一層擴散阻擋層為氮化物或氧化物膜層，具體為TiN、AIN、A1203、TiO2, SiO2,Si3N4或者Cr2O3，第一層擴散阻擋層位于基體表面，厚度為50~IOOnm ；
[0010]第二層紅外發(fā)射層為Cu、Ag、Al、Ti或者Au，位于第一層擴散阻擋層的表面，厚度為 50 ~250nm ；
[0011]第三層擴散阻擋層為氮化物或氧化物膜層，具體為TiN、AIN、A1203、TiO2,SiO2Si3N4、或者Cr2O3，位于第二層紅外發(fā)射層表面，厚度為50~IOOnm ；
[0012]第四層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為雙陶瓷膜，具體為Si02+Ti02膜、Si02+Ni0 膜、Si3N4+Ni3N2 膜、Si3N4+TiN 膜、NiCHTiO2 膜或者 Ni3N2+TiN 膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50~IOOnm ；
[0013]第一亞層中，Si02+Ti02中的SiO2占體積百分比為30~50%，其余為TiO2 ；Si02+Ni0中的SiO2占體積百分比為30~50%，其余為NiO ；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2 ;Si3N4+TiN中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Si3N4 ；Ni0+Ti02中的TiO2占體積百分比為30~50%，其余為NiO ;Ni3N2+TiN中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2 ；
[0014]第二亞層中，第一亞層中，Si02+Ti02中的SiO2占體積百分比為50~75%，其余為TiO2 ；Si02+Ni0中的SiO2占體積百分比為50~75%，其余為NiO ；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2 ;Si3N4+TiN中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Si3N4 ；Ni0+Ti02中的TiO2占體積百分比為50~75%，其余為NiO ;Ni3N2+TiN中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2 ；
[0015]第一亞層與第三層擴散阻擋層相鄰，第二亞層與第五層減反射層相鄰；
[0016]第五層減反射層為Al2O3膜或者SiO2膜，厚度為50~250nm ；
[0017]第六層有機防護層，厚度為100~200nm，有機防護層包括正硅酸乙酯、無水乙醇、氨水，將正硅酸乙酯加入無水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯與無水乙醇的體積百分比為20.5% ；
[0018]將氨水加入無水乙醇，配成的溶液中，氨水與無水乙醇的體積百分比為5.1% ；
[0019]將這兩種混合溶液進行混合及攪拌，經(jīng)過24小時的靜置之后，使用溶膠凝膠法，將靜置后形成的膠體均勻涂覆在第五層減反射層表面。
[0020]本發(fā)明還提出一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個步驟:
[0021]步驟一:在基體上制備第一層擴散阻擋層；
[0022]采用純金屬靶中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用不銹鋼，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~
5X 10?,通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，或者Ar和N2作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~140sccm，氧氣流量為20~45sccm，如果使用氮氣，流量為8~20sccm，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~ 600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為 50 ~250nm,得到第一層擴散阻擋層 TiN、AIN、Al2O3' TiO2, SiO2, Si3N4 或者 Cr2O3 ；[0023]步驟二:在第一層擴散阻擋層上制備第二層紅外發(fā)射層；
[0024]采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Ag靶、Au靶或者Cu靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 X 10_3~5 X 10?,通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~140sccm，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50~250nm，得到第二層紅外發(fā)射層Al、T1、Ag、Au或者Cu ；
[0025]步驟三:在第二層紅外發(fā)射層上制備第三層擴散阻擋層；
[0026]采用純金屬靶中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr祀，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，或者Ar和N2作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~HOsccm，氧氣流量為20~45sccm,如果使用氮氣,流量為8~20sccm,調(diào)整派射距離為130~150mm,調(diào)節(jié)派射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50~250nm，得到第三層擴散阻擋層 TiN、AIN、Al2O3' TiO2, SiO2, Si3N4 或者 Cr2O3 ；
[0027]步驟四:在第三層擴散阻擋層上制備第四層吸收層； [0028]采用金屬Ti靶、N1-Cr靶或者S1-Al靶，利用中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5 X 10?,然后通入Ar、O2的混合氣，或者Ar、N2的混合氣。
[0029]當選擇Ti靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為90~140sccm，O2的流量為20~45sCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~5 X KT1Pa,分別開啟兩種靶電源，濺射時，調(diào)整Ti靶濺射電壓為480~530V，濺射電流為6~8A，S1-Al靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為5~7A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層Si02+Ti02，SiO2占體積百分比為30~50%，其余為TiO2，厚度為50~IOOnm ；
[0030]增加O2的流量為30~50SCCm，調(diào)節(jié)Ti靶濺射電壓為380~450V，濺射電流減為
4~5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Ti02，Si02的體積百分比為50~75%，其余為TiO2，厚度為50~IOOnm ；
[0031]當選擇N1-Cr靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm, O2的流量為20~50sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~4 X KT1Pa,分別開啟N1-Cr和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整N1-Cr靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，S1-Al靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為4~6A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層Si02+Ni0，其中SiO2的體積百分比為30~50%，其余為NiO，制備厚度為50~IOOnm第一亞層;
[0032]增加S1-Al靶濺射電流為6~8A，減少N1-Cr靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si02+Ni0，其中SiO2的體積百分比為50~75%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ；
[0033]當選擇N1-Cr靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm, N2的流量為5~20sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~4 X KT1Pa,分別開啟N1-Cr和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整S1-Al靶濺射電壓為640~750V，濺射電流為6~8A，Ni_Cr靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為6~8A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層，第一亞層為Si3N4+Ni3N2，其中Si3N4的體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2，制備厚度為50~IOOnm的第一亞層；
[0034]減少S1-Al靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si3N4+Ni3N2, Si3N4的體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ；
[0035]當選擇Ti靶、S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~20sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,分別開啟Ti和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整S1-Al靶濺射電壓為640~750V，濺射電流為6~8A，Ti靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為6~8A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層，第一亞層為Si3N4+TiN，其中TiN的體積百分比為30~50%，其余為Si3N4，制備厚度為50~IOOnm的第一亞層;
[0036]減少Ti靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si3N4+TiN，TiN的體積百分比為50~75%，其余為Si 3N4，厚度為50~IOOnm ；
[0037]當選擇Ti祀、N1-Cr祀以及反應(yīng)氣體為O2時,參數(shù)為Ar的流量為90~140sccm,O2的流量為20~30sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~5 X KT1Pa,分別開啟Ti和N1-Cr靶電源，濺射時，調(diào)Ti靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為5~7A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層NiCHTiO2，其中TiO2的體積百分比為30~50%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ；
[0038]增加O2的流量為30~50sccm，調(diào)節(jié)N1-Cr靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為4~5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層上繼續(xù)濺射得到第二亞層NiCHTiO2，其中TiO2的體積百分比為50~75%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ；
[0039]當選擇Ti靶、N1-Cr靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~15sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~4 X KT1Pa,分別開啟Ti和N1-Cr靶電源，濺射時，調(diào)整Ti靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為4~6A，在第三層擴散阻擋層上制備厚度為50~IOOnm第一亞層TiN+Ni3N2膜層，其中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ；
[0040]減少Ti靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層TiN+Ni3N2，其中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ;第一亞層和第二亞層除自身對太陽光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；
[0041]步驟五:在第四層吸收層上制備第五層減反射層；
[0042]減反射層主要選擇是Al2O3或者SiO2膜，如果選擇SiO2膜則采用Si靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，以Ar氣作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20~40sccm調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5:1~2.5:1，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~5 X KT1Pa,濺射時，調(diào)整濺射電壓為700~800V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式得到厚度為50~250nm的SiO2膜，得到第五層減反射層。
[0043]如果選擇Al2O3膜，采用Al靶(純度99.99% ),濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20~40sccm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5:1~3:1，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 ΧΙΟ—1~4X10^8。濺射時，調(diào)整濺射電壓為540~600V，濺射電流為8~10Α，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為50~250nm的Al2O3膜即第五減反射層。
[0044]步驟六:在第五層吸收層上制備第六層有機防護層；
[0045]防護層主要是選擇致密的有機膜層，制備方法:將正硅酸乙酯加入無水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯與無水乙醇的體積百分比為20.5% ；
[0046]將氨水加入無水乙醇，配成的溶液中，氨水與無水乙醇的體積百分比為5.1% ；
[0047]完成上述操作，得到兩種不同的混合溶液；
[0048]將磁力攪拌器溫度設(shè)置在35°，將氨水和無水乙醇的混合溶液逐漸滴加到正硅酸乙酯的乙醇溶液中，邊滴邊攪拌。
[0049]滴加完畢后，停止加熱，在室溫下繼續(xù)攪拌1.5h，得到摩爾濃度為0.4mol/L SiO2溶膠。用PH試紙測定溶膠pH = 8。溶膠裝入玻璃罐密封，經(jīng)24小時靜置后鍍膜。
[0050]使用溶膠凝膠法，將膠體均勻的涂覆在減反層表面，最后在550°C的高溫下進行膜層固化。
[0051]第六層有機防護層的厚度為100~200nm。
[0052]本發(fā)明的優(yōu)點在于: [0053]本發(fā)明所提供的選擇性吸收涂層由第一層擴散阻擋層、第二層紅外發(fā)射層、第三層擴散阻擋層、雙陶瓷結(jié)構(gòu)的混合物組成的雙干涉吸收層(第四層吸收層)、陶瓷減反射層(第五層減反射層)以及有機防護層組成，具有可見-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點，由于加入了有機防護層，使得其耐高溫及耐大氣腐蝕的性能大大加強，使得這種新型結(jié)構(gòu)高溫選擇性吸收涂層具有良好的高溫熱穩(wěn)定性及耐候性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1:本發(fā)明提供的一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖2:本發(fā)明提供的一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0056]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0057]本發(fā)明提出一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層，包括六層膜，從底層到表面依次為第一層擴散阻擋層、第二層紅外發(fā)射層、第三層擴散阻擋層、第四層吸收層、第五層減反射層和第六層有機防護層；
[0058]第一層擴散阻擋層為氮化物或氧化物膜層，具體為TiN、AIN、A1203、TiO2, SiO2,Si3N4或者Cr2O3，第一層擴散阻擋層位于基體表面，厚度為50~IOOnm ；
[0059]第二層紅外發(fā)射層為Cu、Ag、Al、Ti或者Au，位于第一層擴散阻擋層的表面，厚度為 50 ~250nm ；
[0060]第三層擴散阻擋層為氮化物或氧化物膜層，具體為TiN、AIN、A1203、TiO2,SiO2Si3N4、或者Cr2O3，位于第二層紅外發(fā)射層表面，厚度為50~IOOnm ；
[0061]第四層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為雙陶瓷膜，具體為Si02+Ti02膜、Si02+Ni0 膜、Si3N4+Ni3N2 膜、Si3N4+TiN 膜、NiCHTiO2 膜或者 Ni3N2+TiN 膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50~IOOnm ；
[0062]第一亞層中，Si02+Ti02中的SiO2占體積百分比為30~50 %，其余為TiO2 ；Si02+Ni0中的SiO2占體積百分比為30~50%，其余為NiO ；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2 ;Si3N4+TiN中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Si3N4 ；Ni0+Ti02中的TiO2占體積百分比為30~50%，其余為NiO ;Ni3N2+TiN中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2 ；
[0063]第二亞層中，第一亞層中，Si02+Ti02中的SiO2占體積百分比為50~75%，其余為TiO2 ；Si02+Ni0中的SiO2占體積百分比為50~75%，其余為NiO ；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2 ;Si3N4+TiN中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Si3N4 ；Ni0+Ti02中的TiO2占體積百分比為50~75%，其余為NiO ;Ni3N2+TiN中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2 ；
[0064]第一亞層與第三層擴散阻擋層相鄰，第二亞層與第五層減反射層相鄰；
[0065]第五層減反射層為Al2O3膜或者SiO2膜，厚度為50~250nm ；
[0066]第六層有機防護層，包括正硅酸乙酯、無水乙醇、氨水，將正硅酸乙酯加入無水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯與無水乙醇的體積百分比為20.5% ；
[0067]將氨水加入無水乙醇，配成的溶液中，氨水與無水乙醇的體積百分比為5.1% ； [0068]將這兩種混合溶液進行混合及攪拌，經(jīng)過24小時的靜置之后，使用溶膠凝膠法，將靜置后形成的膠體均勻涂覆在第五層減反射層表面。
[0069]第六層有機防護層的厚度為100~200nm。
[0070]第六層有機防護層作為保護層，主要作用是耐大氣腐蝕，包括水汽，鹽霧，酸堿等。
[0071]本發(fā)明提供的一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層:在大氣質(zhì)量因子AMl.5條件下，本發(fā)明的涂層吸收率為96~98%，法向發(fā)射率為0.04~0.06。在大氣環(huán)境下，經(jīng)600°C下保溫2小時后，涂層吸收率基本不變，法向發(fā)射率為0.04~0.06，在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)700°C真空退火2小時后，涂層吸收率也基本不變％，法向發(fā)射率為0.04~0.06。經(jīng)過退火試驗可以看出，此耐高溫太陽能選擇性吸收涂層在高溫下吸收率和發(fā)射率都沒有明顯變化，由此可以證明此涂層的耐高溫性能良好。
[0072]為了進一步證實此涂層在海邊的耐鹽霧性能，對涂層進行鹽霧試驗，將沒有涂覆第六層有機防護層的涂層和涂覆了第六層有機防護層的涂層分別放進鹽霧試驗箱，涂層的基底選擇的是316L不銹鋼材質(zhì)，最后的結(jié)果是后者能夠保持1500小時以上不銹鋼材質(zhì)表面開始出現(xiàn)蝕點，前者只能保持500小時。這一點也充分證實了此涂層的耐鹽霧性能。
[0073]本發(fā)明提供的一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，如圖2所示，包括以下幾個步驟:
[0074]步驟一:在基體上制備第一層擴散阻擋層；
[0075]采用純金屬靶中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用不銹鋼，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~
5X 10?,通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，或者Ar和N2作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~140sccm，氧氣流量為20~45sccm，如果使用氮氣，流量為8~20sccm，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為 50 ~250nm，得到第一層擴散阻擋層 TiN、A1N、A1203、Ti02、Si02、Si3N4、或者 Cr2O3，這一層主要是起過渡層的作用以及阻擋紅外發(fā)射層往基體擴散。
[0076]步驟二:在第一層擴散阻擋層上制備紅外發(fā)射層；
[0077]采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Ag靶、Au靶或者Cu靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 X 10_3~5 X 10?,通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~140sccm，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50~250nm，得到第二層紅外發(fā)射層Al、T1、Ag、Au或者Cu，這一層主要是防止熱量的損失，獲得低發(fā)射率。
[0078]步驟三:在第二層紅外發(fā)射層上制備第三層擴散阻擋層；
[0079]采用純金屬靶中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，或者Ar和N2作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~HOsccm，氧氣流量為20~45sccm,如果使用氮氣,流量為8~20sccm,調(diào)整派射距離為130~150mm,調(diào)節(jié)派射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50~250nm，得到第三層擴散阻擋層TiN、AlN、Al203、Ti02、Si02、Si3N4或者Cr2O3，這一層主要使防止紅外發(fā)射層向吸收層擴散.[0080] 步驟四:在第三層擴散阻擋層上制備第四層吸收層；
[0081]采用金屬Ti靶、N1-Cr靶或者S1-Al靶，利用中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5 X 10?,然后通入Ar、O2的混合氣，或者Ar、N2的混合氣。
[0082]當選擇Ti靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為90~140sccm，O2的流量為20~45sCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~5 X KT1Pa,分別開啟兩種靶電源，濺射時，調(diào)整Ti靶濺射電壓為480~530V，濺射電流為6~8A，S1-Al靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為5~7A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層Si02+Ti02，SiO2占體積百分比為30~50%，其余為TiO2，厚度為50~IOOnm ；
[0083]增加O2的流量為30~50SCCm，調(diào)節(jié)Ti靶濺射電壓為380~450V，濺射電流減為4~5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Ti02，Si02的體積百分比為50~75%，其余為TiO2，厚度為50~IOOnm ；
[0084]當選擇N1-Cr靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm, O2的流量為20~50sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~4 X KT1Pa,分別開啟N1-Cr和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整N1-Cr靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，S1-Al靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為4~6A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層Si02+Ni0，其中SiO2的體積百分比為30~50%，其余為NiO，制備厚度為50~IOOnm第一亞層;
[0085]增加S1-Al靶濺射電流為6~8A，減少N1-Cr靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si02+Ni0，其中SiO2的體積百分比為50~75%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ；[0086]當選擇N1-Cr靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm, N2的流量為5~20sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~4 X KT1Pa,分別開啟N1-Cr和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整S1-Al靶濺射電壓為640~750V，濺射電流為6~8A，Ni_Cr靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為6~8A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層，第一亞層為Si3N4+Ni3N2，其中Si3N4的體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2，制備厚度為50~IOOnm的第一亞層；
[0087]減少S1-Al靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si3N4+Ni3N2, Si3N4的體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ；
[0088]當選擇Ti靶、S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~20sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,分別開啟Ti和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整S1-Al靶濺射電壓為640~750V，濺射電流為6~8A，Ti靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為6~8A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層，第一亞層為Si3N4+TiN，其中TiN的體積百分比為30~50%，其余為Si3N4，制備厚度為50~IOOnm的第一亞層; [0089]減少Ti靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si3N4+TiN，TiN的體積百分比為50~75%，其余為Si3N4，厚度為50~IOOnm ；
[0090]當選擇Ti祀、N1-Cr祀以及反應(yīng)氣體為O2時,參數(shù)為Ar的流量為90~140sccm,O2的流量為20~30sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~5 X KT1Pa,分別開啟Ti和N1-Cr靶電源，濺射時，調(diào)Ti靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為5~7A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層NiCHTiO2，其中TiO2的體積百分比為30~50%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ；
[0091 ] 增加O2的流量為30~50sccm，調(diào)節(jié)N1-Cr靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為4~5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層上繼續(xù)濺射得到第二亞層NiCHTiO2，其中TiO2的體積百分比為50~75%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ；
[0092]當選擇Ti靶、N1-Cr靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~15sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~4 X KT1Pa,分別開啟Ti和N1-Cr靶電源，濺射時，調(diào)整Ti靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為4~6A，在第三層擴散阻擋層上制備厚度為50~IOOnm第一亞層TiN+Ni3N2膜層，其中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ；
[0093]減少Ti靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層TiN+Ni3N2，其中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ;第一亞層和第二亞層除自身對太陽光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；
[0094]吸收層中的第一亞層和第二亞層除自身對太陽光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；
[0095]步驟五:在第四層吸收層上制備第五層減反射層；
[0096]減反射層主要選擇是Al2O3或者SiO2膜，如果選擇SiO2則采用Si靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，以Ar氣作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，02的流量為20~40sccm調(diào)節(jié)Ar與02流量比為1.5:1~2.5:1，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~5 X KT1Pa,濺射時，調(diào)整濺射電壓為700~800V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式得到厚度為50~250nm的SiO2膜，得到第五層減反射層。
[0097]如果選擇Al2O3膜，采用Al靶(純度99.99% ),濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20~40sccm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5:1~3:1，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~4X10^8。濺射時，調(diào)整濺射電壓為540~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為50~250nm的Al2O3膜即第五層減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。
[0098]步驟六:在第五層減反層上制備第六層有機防護層；
[0099]有機防護層主要采用溶膠凝膠法鍍制，主要成分為SiO2,制備方法:將正硅酸乙酯加入無水乙醇，配成的溶液中正硅酸乙酯與無水乙醇的體積百分比為20.5% ；
[0100]將氨水加入無水乙醇，配成的溶液中氨水與無水乙醇的體積百分比為5.1% ;
[0101]完成上述操作，得到兩種不同的混合溶液；
[0102]將磁力攪拌器溫度設(shè)置在35°，將氨水和無水乙醇的混合溶液逐漸滴加到正硅酸乙酯的乙醇溶液中，邊滴邊攪拌。
[0103]滴加完畢后 ，停止加熱，在室溫下繼續(xù)攪拌1.5h，得到摩爾濃度為0.4mol/L SiO2溶膠。用PH試紙測定溶膠pH = 8。溶膠裝入玻璃罐密封，經(jīng)24小時靜置后鍍膜。
[0104]使用溶膠凝膠法，將膠體均勻的涂覆在減反層表面，最后在550°C的高溫下進行膜層固化。
[0105]第六層有機防護層的厚度為100~200nm。
[0106]具體操作方法為提拉法，提拉速度為2.5~3nm/s,時間為Ih,厚度約為100~200nm。有機防護層的鍍制對環(huán)境要求比較高，必須是萬級的潔凈間，恒溫恒濕的條件，溫度22±2°C，濕度 35±5%。
[0107]有機保護層可以進一步增透，其折射率小于第五層減反層，與第五層減反層構(gòu)成雙層減反，進一步提高減反效果，除此之外，第六層有機防護層還有另外一個很重要的作用就是耐鹽霧性能，阻止涂層以及基底在鹽霧環(huán)境中被腐蝕。
[0108]實施例1:
[0109]本實施例提供一種具有SiO2和TiO2結(jié)構(gòu)的大氣耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層，該涂層包括六個涂層，分為第一層擴散阻擋層、第二層紅外發(fā)射層、第三層擴散阻擋層、第四層吸收層、第五層減反射層、第六層有機防護層。
[0110]第一層TiO2膜厚度為50nm，第二層Cu膜總厚度為150nm，第三層TiO2膜為50nm，第四層Si02+Ti02膜為140nm，其中第一亞層Si02+Ti02膜厚度為80nm，第二亞層Si02+Ti02膜厚度為60nm，第一亞層中SiO2的體積百分比為40%，其余為TiO2 ;第二亞層SiO2的體積百分比為60%，其余為TiO2 ;第五層SiO2膜厚度為IOOnm;第六層厚度為150nm。
[0111]制備上述的具有SiO2和TiO2的大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層的方法，包括以下幾個步驟:
[0112]步驟一:在基體上制備第一層擴散阻擋層；
[0113]采用純金屬Ti靶中頻磁控濺射方法，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用不銹鋼，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5 X 10?,通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，Ar氣流量為140sccm，氧氣流量為30sccm，調(diào)整濺射距離為150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4 X KT1Pa,開啟純金屬Ti靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為540V，濺射電流為8A，利用中頻磁控濺射方式制備TiO2膜，濺射涂層厚度為50nm ；
[0114]步驟二:在第一層擴散阻擋層上制備第二層紅外發(fā)射層；
[0115]選用純度99.99%的Cu靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4.5X 10_3，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為120sCCm，調(diào)整濺射距離為140mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為
3.3X10^Pao開啟Cu靶，調(diào)整濺射電壓為400V，濺射電流為8A，利用直流濺射方式制備150nm厚的Cu膜；
[0116]步驟三:在第二層紅外發(fā)射層上制備第三層擴散阻擋層；
[0117]采用純金屬Ti靶中頻磁控濺射方法，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，Ar氣流量為HOsccm，氧氣流量為30SCCm，調(diào)整濺射距離為150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X KT1Pa,開啟純金屬Ti靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為540V，濺射電流為8A，利用中頻磁控濺射方式制備TiO2膜，濺射涂層厚度為50nm ；
[0118]步驟四:在第三層擴散阻擋層上制備第四層吸收層；
[0119]采用S1-Al靶和Ti靶中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X10_3Pa，同時通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為llOsccm，O2的流量為20sCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為5X KT1Pa,分別開啟Ti和S1-Al革巴電源，調(diào)整Ti革巴濺射電流為8A,電壓為530V, S1-Al靶濺射電流為6.3A,電壓為670V，在Cu膜上制備80nm厚的第一亞層Si02+Ti02膜；
[0120]調(diào)節(jié)O2的流量為30SCCm，調(diào)節(jié)Ti靶濺射電流為4.5A，濺射電壓為400V，繼續(xù)制備厚度為60nm的第二亞層Si02+Ti02薄膜；
[0121]步驟五:在第四層吸收層上制備第五層減反射層；
[0122]選用純度99.99%的Si靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4.5 X 10?,同時通入Ar、02混合氣，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為2: 1，Ar流量為80sccm，O2流量為40sccm，調(diào)整濺射距離為145mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1Pa,濺射時，調(diào)整濺射電流為8.3A，濺射電壓為750V，利用中頻磁控濺射方式制備IOOnm厚SiO2膜。
[0123]步驟六:在第五層減反層上制備第六層有機防護層；
[0124]有機防護層主要采用溶膠凝膠法鍍制，主要成分為SiO2，具體操作方法為提拉法，提拉速度為2.7nm/s,時間為Ih,厚度約為150nm。
[0125]本實施例制備的太陽能選擇性吸收涂層的性能如下:在大氣質(zhì)量因子AMl.5條件下，涂層吸收率為96.5%，法向發(fā)射率為0.05。大氣中處理，在大氣環(huán)境下，經(jīng)600°C保溫2小時后，涂層吸收率為96.7%，法向發(fā)射率為0.05，在2X 10_2Pa真空度下，經(jīng)700°C真空退火2小時后，涂層吸收率為96.3%，法向發(fā)射率為0.06。
[0126]涂層經(jīng)過中性鹽霧試驗，耐鹽霧試驗時間:1590h，試驗參數(shù)見下表:
[0127]
【權(quán)利要求】
1.一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層，包括六層膜，從底層到表面依次為第一層擴散阻擋層、第二層紅外發(fā)射層、第三層擴散阻擋層、第四層吸收層、第五層減反射層和第六層有機防護層； 第一層擴散阻擋層為TiN、AlN、Al203、Ti02、Si02、Si3N4或者Cr2O3，第一層擴散阻擋層位于基體表面，厚度為50~IOOnm ； 第二層紅外發(fā)射層為Cu、Ag、Al、Ti或者Au，位于第一層擴散阻擋層的表面，厚度為50 ~250nm ； 第三層擴散阻擋層為TiN、AIN、A1203、TiO2, SiO2Si3N4、或者Cr2O3,位于第二層紅外發(fā)射層表面，厚度為50~IOOnm ； 第四層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為雙陶瓷膜，具體為Si02+Ti02膜、Si02+Ni0 膜、Si3N4+Ni3N2 膜、Si3N4+TiN 膜、NiCHTiO2 膜或者 Ni3N2+TiN 膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50~IOOnm ； 第一亞層中，Si02+Ti02中的SiO2占體積百分比為30~50%，其余為TiO2 ；Si02+Ni0中的SiO2占體積百分比為30~50%，其余為NiO ;Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2 ;Si3N4+TiN中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Si3N4 ；Ni0+Ti02中的TiO2占體積百分比為30~50 %，其余為NiO ；Ni3N2+TiN中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為 Ni3N2 ； 第二亞層中，第一亞層中，Si02+Ti02中的SiO2占體積百分比為50~75 %，其余為TiO2 ；Si02+Ni0中的SiO2占體積百分比為50~75%，其余為NiO ；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2 ;Si3N4+TiN中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Si3N4 ；Ni0+Ti02中的TiO2占體積百分比為50~75%，其余為NiO ;Ni3N2+TiN中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2 ； 第一亞層與第三層擴散阻擋層相鄰，第二亞層與第五層減反射層相鄰； 第五層減反射層為Al2O3膜或者SiO2膜，厚度為50~250nm ； 第六層有機防護層，厚度為100~200nm，有機防護層包括正硅酸乙酯、無水乙醇、氨水，將正硅酸乙酯加入無水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯與無水乙醇的體積百分比為20.5% ;將氨水加入無水乙醇,配成的溶液中，氨水與無水乙醇的體積百分比為5.1% ;將這兩種混合溶液進行混合及攪拌，經(jīng)過24小時的靜置之后，使用溶膠凝膠法，將靜置后形成的膠體均勻涂覆在第五層減反射層表面。
2.一種大氣中耐高溫、耐鹽霧太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個步驟: 步驟一:在基體上制備第一層擴散阻擋層； 采用純金屬靶中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用不銹鋼，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，或者Ar和N2作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~140sccm，氧氣流量為20~45sccm，如果使用氮氣，流量為8~20sccm，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~6 00V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為.50 ~250nm,得到第一層擴散阻擋層 TiN、AIN、Al2O3' TiO2, SiO2, Si3N4 或者 Cr2O3 ；步驟二:在第一層擴散阻擋層上制備第二層紅外發(fā)射層； 采用純金屬靶直流或中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Ag靶、Au靶或者Cu靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~140sccm，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~.600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50~250nm，得到第二層紅外發(fā)射層Al、T1、Ag、Au或者Cu ； 步驟三:在第二層紅外發(fā)射層上制備第三層擴散阻擋層； 采用純金屬靶中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 X 10_3~5 X 10?,通入惰性氣體Ar和O2作為濺射氣氛，或者Ar和N2作為濺射氣氛，Ar氣流量為100~HOsccm，氧氣流量為.20~45sccm,如果使用氮氣,流量為8~20sccm,調(diào)整派射距離為130~150mm,調(diào)節(jié)派射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50~250nm，得到第三層擴散阻擋層 TiN、AIN、Al2O3' TiO2, SiO2, Si3N4 或者 Cr2O3 ； 步驟四:在第三層擴散阻擋層上制備第四層吸收層； 采用金屬Ti靶、N1-Cr靶或者S1-Al靶，利用中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X10—3~5X10_3Pa，然后通入Ar、O2的混合氣，或者Ar、N2的混合氣； 當選擇Ti靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為90~140sccm，O2的流量為20~45sCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~5X KT1Pa,分別開啟兩種靶電源，濺射時，調(diào)整Ti靶濺射電壓為480~530V，濺射電流為6~8A，S1-Al靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為5~7A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層Si02+Ti02，SiO2占體積百分比為30~50%，其余為TiO2，厚度為50~IOOnm ； 增加O2的流量為30~50SCCm，調(diào)節(jié)Ti靶濺射電壓為380~450V，濺射電流減為4~.5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Ti02，SiO2的體積百分比為50~75%，其余為TiO2，厚度為50~IOOnm ； 當選擇N1-Cr靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，O2的流量為20~50sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~4 X KT1Pa,分別開啟N1-Cr和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整N1-Cr靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，S1-Al靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為4~6A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層Si02+Ni0，其中SiO2的體積百分比為30~50%，其余為NiO，制備厚度為50~IOOnm第一亞層； 增加S1-Al靶濺射電流為6~8A，減少N1-Cr靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si02+Ni0，其中SiO2的體積百分比為50~75%，其余為NiO，厚度為.50 ~1OOnm ； 當選擇N1-Cr靶和S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~20sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3x10-1~4X KT1Pa,分別開啟N1-Cr和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整S1-Al靶濺射電壓為640~750V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為6~8A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層，第一亞層為Si3N4+Ni3N2，其中Si3N4的體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2，制備厚度為50~IOOnm的第一亞層； 減少S1-Al靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si3N4+Ni3N2，Si3N4的體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ； 當選擇Ti靶、S1-Al靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~20sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~4X KT1Pa,分別開啟Ti和S1-Al靶電源，濺射時，調(diào)整S1-Al靶濺射電壓為640~750V，濺射電流為6~8A，Ti靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為6~8A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層，第一亞層為Si3N4+TiN，其中TiN的體積百分比為30~50%，其余為Si3N4，制備厚度為50~IOOnm的第一亞層；減少Ti靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層Si3N4+TiN，TiN的體積百分比為50~75%，其余為Si3N4，厚度為50~IOOnm ； 當選擇Ti靶、N1-Cr靶以及反應(yīng)氣體為O2時，參數(shù)為Ar的流量為90~140sccm，02的流量為20~30sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~5 X KT1Pa,分別開啟Ti和N1-Cr靶電源，濺射時，調(diào)Ti靶濺射電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為5~7A，在第三層擴散阻擋層上制備第一亞層NiCHTiO2，其中TiO2的體積百分比為30~50 %，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ； 增加O2的流量為30~50SCCm，調(diào)節(jié)N1-Cr靶濺射電壓為600~750V，濺射電流為4~5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層上繼續(xù)濺射得到第二亞層NiCHTiO2，其中TiO2的體積百分比為50~75%，其余為NiO，厚度為50~IOOnm ； 當選擇Ti靶、N1-Cr靶以及反應(yīng)氣體為N2時，參數(shù)為Ar的流量為100~140sccm，N2的流量為5~15sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10—1~4X KT1Pa,分別開啟Ti和N1-Cr靶電源，濺射時，調(diào)整Ti靶濺射 電壓為450~530V，濺射電流為6~8A，N1-Cr靶濺射電壓為540~600V，濺射電流為4~6A，在第三層擴散阻擋層上制備厚度為50~IOOnm第一亞層TiN+Ni3N2膜層，其中的TiN占體積百分比為30~50%，其余為Ni3N2，厚度為50~IOOnm ；減少Ti靶濺射電流為4~6A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備第二亞層TiN+Ni3N2，其中的TiN占體積百分比為50~75%，其余為Ni3N2,厚度為50~IOOnm ;第一亞層和第二亞層除自身對太陽光譜具備固有吸收特性外，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用； 步驟五:在第四層吸收層上制備第五層減反射層； 減反射層主要選擇是Al2O3或者SiO2膜，如果選擇SiO2膜則采用Si靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5 X 10?,以Ar氣作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20~40sccm調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5:1~2.5:1，調(diào)整濺射距離為130~150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1~5 X KT1Pa,濺射時，調(diào)整濺射電壓為700~800V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式得到厚度為50~250nm的SiO2膜，得到第五層減反射層； 如果選擇Al2O3膜，采用Al靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3~5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備,O2的流量為20~40sccm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5:1~3:1，調(diào)整濺射距離為130~150_，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1~4X KT1Pa ;濺射時，調(diào)整濺射電壓為540~600V，濺射電流為8~10A，利用中頻磁控濺射方式制備厚度為50~250nm的Al2O3膜即第五減反射層；步驟六:在第五層吸收層上制備第六層有機防護層； 第六層有機防護層的厚度為100~200nm ； 制備方法為:將正硅酸乙酯加入無水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯與無水乙醇的體積百分比為20.5% ； 將氨水加入無水乙醇，配成的溶液中，氨水與無水乙醇的體積百分比為5.1% ； 完成上述操作，得到兩種不同的混合溶液； 將磁力攪拌器溫度設(shè)置在35°，將氨水和無水乙醇的混合溶液逐漸滴加到正硅酸乙酯的乙醇溶液中，邊滴邊攪拌； 滴加完畢后，停止加熱，在室溫下繼續(xù)攪拌1.5h，得到摩爾濃度為0.4mol/L SiO2溶膠；用pH試紙測定溶膠pH = 8 ;溶膠裝入玻璃罐密封，經(jīng)24小時靜置后鍍膜； 使用溶膠凝膠法，將膠體均勻的涂覆在減反層表面，最后在550°C的高溫下進行膜層固化。
【文檔編號】B32B15/04GK104005003SQ201410230491
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】劉雪蓮, 張秀廷, 陳步亮, 崔孟龍, 曹明剛, 席曉敏 申請人:北京天瑞星光熱技術(shù)有限公司