太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展

太阳能是一种永不枯竭的清洁能源,目前,实现太阳能直接利用的方式主要是光-热转化技术。光谱选择性吸收涂层是光-热利用技术的核心。从光谱选择性吸收涂层的选择性吸收机理出发,阐述了涂层选择性吸收的理论依据。根据相应的理论,详细阐述了光谱选择性吸收涂层的结构。同时,综述了国内外光谱选择性吸收涂层的制备方法以及相关的研究进展。

太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展

全面阐述了5种太阳能光谱选择性吸收涂层的作用机理和制备方法,综述了国内外该领域的研究工作和最新研究成果,并对选择性吸收涂层的发展方向进行了探讨。

太阳能热发电高温(≥550℃)光谱选择性吸收涂层研究进展

开发基于熔融盐热媒介质高温(≥550℃)光热发电技术是槽式聚光太阳能发电的最新发展趋势,而实现该技术的关键物质基础是研制出在高温工况条件下具有较高太阳吸收比、较低热发射比及热稳定性能优越的高温光谱选择性吸收涂层。该文对近年来国内外已用于或有望应用于550℃以上光热发电高温光谱选择性吸收涂层的研究进展进行简要评述,初步讨论高温环境下光谱选择性吸收涂层发生失效的可能机制,最后对我国高温光谱选择性吸收涂层基础研究及工业化发展中存在的主要难题进行简要分析和展望。

Mo-Al_2O_3光谱选择性吸收涂层的制备及热稳定性

光谱选择性吸收涂层是提高太阳能光热转换效率的核心部分,其在太阳光能量集中的光谱波段保持较高吸收率,同时拥有较低的红外发射率,即减少自身向外辐射的能量.选用直流-射频磁控溅射镀膜的方法,在抛光的316L不锈钢基片上制备了以金属Mo为红外反射层,Mo-Al_2O_3为吸收层,Al_2O_3为减反射层的Mo/Mo-Al_2O_3/Al_2O_3选择吸收膜系,并对其进行大气中400℃退火处理,分析其热稳定性和选择吸收性能的衰减机理.通过实验优化,具有双吸收层结构的选择吸收膜系具有最优的选择吸收性能,吸收率为0.922,发射率为0.029.所制备的薄膜表面平整致密,无明显的大颗粒缺陷.对优选制备参数下的选择吸收膜系进行退火处理,结果表明退火后选择性吸收膜系的发射率上升约1.6%,膜系的反射率极小值的位置与退火前无明显变化,反射率骤升阈值均发生蓝移.利用拉曼光谱对太阳能选择性吸收膜系的高温热稳定性进行分析,当退火时间为1、3h时,开始出现了MoO_3特征峰,说明空气中的氧原子向吸收层中进行了扩散,当退火时间达到5h时,出现了Fe_2MoC的特征峰,说明吸收涂层各亚层之间的元素发生了迁移.

中高温光谱选择性吸收涂层的研究进展

太阳能是极其丰富的可再生能源,近年来,研究人员不断努力开发高吸收低发射、耐高温、持久耐候的高性能光谱选择性吸收涂层。本文主要介绍国内外科研工作者在中温和高温光谱选择性吸收涂层方面的研究工作和最新成果,并对其高温热稳定性及失效机理进行了探讨。

耐高温CrAlON基太阳能光谱选择性吸收涂层的制备与热稳定性

光谱选择性吸收涂层是太阳能光-热利用技术的核心部件,直接决定着整个系统的转换效率,为了提高涂层的选择吸收性和热稳定性,本文提出以金属氮化物替代金属纳米颗粒,构建纳米晶-非晶异质结构的思路,并采用多弧离子镀制备了Cr/CrAlN/CrAlON/CrAlN/CrAlON/CrAlO多吸收层光谱选择性吸收涂层,其吸收率达0.90,发射率为0.15,而且在500℃、大气条件下时效220 h后,涂层的吸收率升至0.94,发射率则降至0.10,并且能够保持稳定1000 h以上.微观组织分析表明,高温时效处理后,吸收层发生部分晶化形成了大量氮化物纳米颗粒,增加了对太阳光的散射和吸收,而CrAlO减反射层中的部分晶化形成了Al2O3和Cr2O3纳米颗粒,这不仅可以保护内部涂层不被氧化,而且Al2O3的形成可以增加太阳光的透过率,减少涂层表面反射,是多吸收层CrAlON基光谱选择性吸收涂层选择吸收性能提高的主要原因.同时,氮化物纳米颗粒被非晶基体均匀地分隔开来,形成了纳米晶-非晶异质结构,非晶在高温时效处理过程中只发生结构弛豫,从而有效地抑制了高温条件下的原子扩散,保证涂层中的纳米颗粒在高温下不发生明显团聚,这是多吸收层CrAlON基涂层具有良好热稳定性的最主要原因.这些研究结果对提高金属陶瓷光谱选择性吸收涂层的综合性能,实现更高效率的太阳能光-热利用具有重大意义.

槽式太阳能集热器用光谱选择性吸收涂层的研究进展

槽式太阳能热发电系统使用中高温集热管来收集太阳光并将其转换为高温热量以实现热发电。作为集热管上的关键材料之一,太阳光谱选择性吸收涂层被制备在集热管上以实现和提高光热转换效率。制备出具有优良光学特性和热稳定性的新型中高温太阳光谱选择性吸收涂层,对于集热管及太阳能光热发电产业的发展具有重要意义。文中对国内外有关太阳能光谱选择性吸收涂层的相关工作进行了介绍,综述了中高温光谱选择性涂层的研究进展与现状,并对太阳能光谱选择性吸收涂层的未来发展趋势做了展望。

光谱选择性吸收涂层的理论分析

目前常见的光谱选择性吸收涂层可分为吸收-反射型和干涉型两种,文章对它们的机理做了分析,并认为要制备出理想的涂层应将这两种方法相结合.

太阳光谱选择性吸收涂层耐盐雾性能的研讨

研究了不同制备方法得到的太阳吸收涂层的耐盐雾能力,主要通过严格的大量耐盐雾试验结果,客观地评价涂层的耐盐雾性能与涂层的膜系、制备工艺关系,对涂层耐盐雾试验的探讨。

宁波材料所研发耐高温太阳光谱选择性吸收涂层获系列进展

金属纳米粒子嵌入到陶瓷基体中组成的金属陶瓷薄膜是太阳光谱选择性吸收涂层的核心工作层,其热稳定性和综合光学性能直接决定着整个涂层的光热转换效率。高温下,金属陶瓷膜内金属纳米粒子的团聚、长大、氧化及涂层内层间原子的扩散迁徙,往往会导致成分和微结构的变化,从而诱发涂层光学性能的衰减(不可逆性)。如何解决上述问题。

大气条件下AlCrON基光谱选择性吸收涂层的热稳定性

设计并制备了Cr/AlCrN/AlCrON/AlCrO光谱选择性吸收涂层,利用GIXRD、SEM、AFM和TEM研究了退火过程中涂层微结构的演变规律。结果表明,该涂层在大气条件下、500℃退火1000 h后,其吸收率由退火前的0.910提高至0.922,发射率由退火前的0.151降低至0.114,表现出优异的热稳定性。微观组织分析表明,AlCrN和AlCrON吸收层在退火过程中发生了部分晶化,形成了氮化物纳米颗粒,这可以增加对光的反射和散射,有助于提高涂层的吸收率;退火后AlCrO减反射层中则形成了少量的Cr_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)纳米颗粒,可以减少涂层表面对太阳光的反射,有助于降低涂层的发射率。同时,退火过程中Al原子向纳米颗粒表面偏聚,并在大气环境下发生氧化形成Al_(2)O_(3)层覆盖在纳米颗粒表面,能够起到阻止纳米颗粒长大的作用,这对于维持AlCrON基光谱选择性吸收涂层微结构和光学性能的稳定性具有重要的作用。此外,涂层中的非晶基体在退火处理中仅发生结构弛豫,并且由于非晶中的原子扩散非常缓慢,有助于抑制高温条件下涂层中纳米颗粒的扩散,保证纳米颗粒不发生团聚。

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。

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。

Al基底SS-AlN吸收层实验优化研究

利用磁控溅射设备制备了SS-AlN太阳光谱选择性吸收膜,用分光光度计测量样品的光谱反射曲线并与模拟计算所得到的反射曲线进行对比。结果表明:理论模拟曲线与实际测量虽不完全吻合,但其吸收率基本相同。实验测得的用脉冲磁控溅射设备的单层吸收膜吸收率α=90.81%,理论值为92.65%.可见,模拟分析能有效地预测SS-AlN膜层的光学性能。

太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展

重点探讨了太阳能光电、光热转换技术领域的材料研究现状与发展,主要包括光伏电池半导体材料和太阳光谱选择性吸收涂层光学材料膜系。太阳电池材料的关键问题还是成本与光电转换效率,钙钛矿太阳电池的研究成为光伏电池新的研究热点。太阳光谱选择性吸收涂层是太阳能光热利用领域的核心材料技术之一。近年来,太阳能的中高温热利用,尤其是聚焦热发电技术,作为与光伏发电平行的另一种主流太阳能发电方式,成为人们日益关注的焦点。另外,还阐述了中高温太阳光谱选择性吸收涂层在国内外的研究成果和最新进展。