太阳能选择性吸收涂层的失效机制及优化策略

在光热系统中,集热器作为光热转化的核心部件通过光谱选择性吸收涂层将太阳能转化为热能。因此,对选择性吸收涂层进行优化能够有效提高集热器的工作效率。选择性吸收涂层的主要吸收机理为本征吸收和干涉吸收,提升涂层吸收效率的策略有材料掺杂、等离激元、光学陷阱等。在集热器实际工作过程中,选择性吸收涂层的失效是影响其效率的主要因素,明确失效原因和寻找解决方案是进一步研究选择性吸收涂层的重点。综述了太阳能选择性吸收涂层的种类及原理,梳理了涂层的失效机制,总结了抑制涂层失效的方法。

Mo-SiO_2太阳选择性吸收涂层的空气高温热稳定性

采用磁控溅射的方法制作Mo-SiO_2太阳能选择性吸收涂层,测量了涂层经过空气高温退火前后在0.34～25μm波长范围内反射曲线的变化情况。刚沉积完的涂层,太阳吸收比达到0.95,发射比为0.093。在空气中500、600℃退火1h后,涂层反射曲线基本不变。在空气中700℃退火1h后,涂层光谱选择性恶化,太阳吸收比下降到0.91,发射比上升到0.6。通过扫描电子显微镜观察了单层Mo、单层SiO_2以及SiO_2覆盖Mo的样片薄膜在空气中不同温度退火前后的形貌变化,发现以上薄膜表面不再平整,甚至出现裂纹和薄膜脱落,成为Mo-SiO_2选择性吸收特性恶化的主要原因。

中高温太阳光谱选择性吸收涂层的研究进展

近年来,中高温太阳光谱选择性吸收涂层(以下简称为中高温吸收涂层)的研制及其在工业上的应用成为人们日益关注的焦点。本文在分类总结中高温吸收涂层的基本类型、作用机理和制备方法的同时,介绍了国内外不少科研工作者的研究工作和最新成果,并对中高温吸收涂层的制备方法优缺点及其发展方向进行了探讨。

干涉型太阳选择性吸收涂层的光学性能设计

利用等效媒质理论对铝复合单层膜的光学性能进行计算并以此为基础优化设计了具有干涉效应的铝复合选择性吸收涂层。该吸收层为两层时膜系光谱曲线具有最明显的干涉效应，与多层吸收层膜系相比其发射率低，吸收率二者相同，随温度的升高，发射率的变化前者较后者缓慢。实际制备了金属填充因子ｆＡｌ为０．３８、０．２４的铝复合膜为吸收层，ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３为减反射膜构成的膜系，其光谱曲线与优化的理论曲线吻合较好。

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。

CuCoMnO_x光谱选择性吸收涂层的研究

以丙烯酸改性聚氨酯为粘结剂,CuCoMnOx半导体复合氧化物为颜料,采用喷涂法制备了光谱选择性吸收涂层。考察了颜料与粘结剂的质量比〔简称颜基比(P/B),下同〕、球磨时间、温度、底材和膜层厚度等因素对涂层光热性能的影响。结果表明,颜基比为3∶1,球磨时间9～12 h,Al作底材,膜层厚度1.9μm时所得涂层的吸收率αs=0.936,发射率εT=0.312,αs/εT=3.0。经测定,涂层具有较强的机械性能、耐腐蚀性能和耐候性能。

两种太阳能选择性吸收涂层的综合评价

将全生命周期评价的基本方法和传热模型相结合,以市场上较为普遍的两种分别使用电镀法和物理气相沉积法(PVD)制作的太阳能选择性涂层为例,综合分析不同情景下使用这两种涂层的太阳能集热器的热利用效率、环境成本和综合能源价格。结果表明:物理沉积法所制涂层虽然制备成本较高,但生产过程对环境友好,同时该涂层在多种情景下的适用面相对更广,具有更好的经济性。

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 ( cermet)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。实验结果表明 ,优化后的涂层吸收率 α>0 .9,发射率 ε( 35 3K) <0 .1。当温度高于 35 0℃时性能稳定 ,吸收率α变化不大 ,而发射率ε不超过 0 .1。与多层渐变吸收涂层相比 ,金属陶瓷选择性吸收涂层具有膜系结构简单、高温条件下性能稳定、发射率较低等优点。该涂层适用于低倍聚光真空管集热器。

粉末火焰喷涂法制备黑铬太阳能选择性吸收涂层的实验研究

采用粉末火焰喷涂法制备的黑铬太阳能选择性吸收涂层，工艺简单，成本低，性能稳定，光谱选择性好。其可见光谱区的吸收率为０．９１，红外光谱区的发射率为０．１５。

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。

Al-AlN太阳能选择性吸收涂层的中频溅射工艺研究

探讨了AlN膜和渐变Al-AlN选择性吸收涂层的中频溅射技术,结果表明:增大铝靶电流或减小氩气流量有助于改善AlN反应溅射的工艺稳定性;随着氮气流量的增加,AlN膜的N/Al原子比增大,减小氩气流量或增大铝靶电流对制备满足理想化学计量比的AlN膜有利;AlN膜的致密性随氮气流量和铝靶电流的增大而改善,但氩气流量对AlN致密性没有明显影响;制备的渐变Al-AlN选择性吸收涂层可见光反射率低于6%。光谱选择性较好。

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。

中高温太阳能选择性吸收涂层的研究进展

近年来太阳能中高温选择性吸收涂层的研制及应用成为人们关注的焦点。对中高温涂层的国内外研究现状做了详细描述,着重介绍了金属陶瓷吸收涂层和半导体金属光干涉涂层,并提出一种新型的具有核壳结构纳米级金属陶瓷复合涂层,理论上其具有很好的光学性能及高温稳定性。

黑镍选择性吸收涂层光学性能研究

研究了黑镍 铜 玻璃选择性吸收涂层的制备,获得了表面光学性能α=0.94,β=0.05～0.06,αε=19～16的涂层特征指标.分析了制备条件和膜层厚度及基材表面光洁度对光学性能的影响,并据此提出了较为合理的制备条件和膜层厚度.

金属表面粗糙度对太阳能选择性吸收涂层性能的影响

对金属表面粗糙度与制备太阳能选择性吸收涂层性能(吸收比α(AM1.5),发射比ε_(n)(80℃))之间的关系进行实验,在对实验数据进行分析后得出,金属表面粗糙度与制备涂层发射比间存在线性关系,对制备涂层吸收比影响较小。实际生产中,选择粗糙度值在0.10μm较为合适。

太阳能选择性吸收涂层的研究进展

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,通过高吸收率的太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收,能够把低品位的太阳能转换成高品位的热能。因此,制备高效的太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用中的关键技术。该文作者对目前国内外有关太阳能选择性吸收涂层的研究工作和最新进展进行介绍,综述目前国内外研究较多的几类选择性涂层,并总结了各种涂层的制备方法及其优缺点,希望为制备高吸收率太阳能选择性吸收涂层的研究提供有益的参考。

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。

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。

太阳选择性吸收涂层的耐盐雾性探讨

详细介绍了有关太阳选择性吸收涂层的耐盐雾性的中国国家标准与国际标准,结合国内日出东方太阳雨徐新建、焦青太团队尧克光研究小组盐雾试验结果,做了相关结果探讨;通过吸热板的海边水泡试验,进一步分析吸收涂层剥落的原因。

太阳能选择性吸收涂层设计及空气高温稳定性测试

使用光学软件TFCalc设计了2种金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层,根据反射率曲线,优选出Al–Al2O3复合涂层,并按照设计的最优涂层结构,采用磁控溅射法在铜基体上制备了Al–Al2O3复合涂层。研究了涂层在300°C/3 h热处理前后的结合强度、太阳光反射率和表面形貌。结果表明,经300°C空气高温处理3 h后,涂层临界载荷由11.62 N下降到8.75 N,太阳光谱吸收率由93%(该值与TFCalc模拟结果基本一致)下降到86%。显微分析证实涂层性能下降是由于热处理后,涂层表面不再致密平整所致。