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金亨科普|太阳选择性吸收涂层基本类型及作用机理
时间:2019-07-30 来源:德州金亨新能源
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       常见选择性吸收涂层,依据其作用机理,大体可分为下述五种类型:

       (1)本征吸收膜。本征吸收材料包括两类,半导体和过渡金属。半导体存在禁带宽度Eg,对应截止波长λc,,只有波长λ<λc的可见光、紫外光,才能使半导体中电子发生跃迁,引起电子和晶格中质点碰撞,将光能转化为热能;而波长λ>λc的红外光因为能量低,不被吸收而透过膜层,利用金属基体的高反射特性,构成了半导体膜的光谱选择性吸收作用。

       由于太阳辐射能主要分布在0.3~2.5μm,所以禁带宽度在0.5eV(2.5μm)-1.24eV~(1.0μm)的半导体,如Si(1.1eV)、Ge(0.7eV)和PbS(0.4eV)等,对于太阳能的选择性吸收才有意义。过渡金属如Fe、Co、Ni、Zn、Cr和Mn等,其吸收机理类似于半导体,如黑铬(Crx0y)、黑镍( NiS-ZnS)和黑钴等吸收膜。

       (2)光干涉膜。从光学角度来看光干涉膜是由可见-近红外光在膜系中的干涉和吸收效应共同形成的。单一干涉膜只能使太阳光谱中某一波长的反射率等于零,要吸收整个太阳光谱段的太阳能,就要设计复式多层膜。因此,光干涉膜往往由若干层有确定光学常数和规定厚度的光学薄膜堆垛而成。该膜系在可见-近红外波段常形成两个反射率极小点,这样导致了太阳能选择性吸收薄膜在可见-近红外波段的高吸收。多层干涉膜在高温下是稳定的。光干涉膜有Al2O3-MoOx-Al203/Mo涂层、双层黑镍和双层黑铬等。

       (3)多层渐变膜。多层渐变膜是指从表层到底层的折射率n、消光系数k逐新增加的若干光学薄膜构成的膜系。渐变吸收层从紧靠底层金属处近于纯金属逐渐变化到紧靠反射层的不含金属的介质层,膜系的化学成分的浓度或者含量呈现梯度变化。它是利用对入射光线的逐层吸收来达到较高的太阳光谱吸收率的。由于这种膜系随着温度的升高(如工作在300~500℃环境),其热发射率急剧上升,因此适合于在中低温使用。多层新变膜有渐变Al-N/AI、多层渐变不锈钢-碳/铜、铝阳极氧化着色膜等。

       (4)金属陶瓷膜。小金属颗粒分散在电解质中的复合膜被称作金属陶瓷膜。这种膜由于其金属的带间跃迁和小颗粒的共振使涂层对太阳光谱有很强的吸收作用,但在红外光区它们是透明的。半导体颗粒分散在电解质中,也形成类似的选择性吸收复合膜。金属陶瓷选择性吸收表面具有良好的热稳定性,其高温稳定性取决于金属离子以及介质基体。金属陶瓷膜(如金属粒子和氧化物的共析镀层)有Cr-Cr203、Ni-Al2O3、Mo-Al203、Fe-Al2O3、Co-Al2O3和Pt-Al2O3等。应用最广泛的是黑铬(Cr-Cr203),可用于工作温度300℃以下的太阳能集热器的吸收表面。

       (5)光学陷阱膜。控制薄膜表面的形貌与结构,使其呈“V”形沟、圆筒形空洞、蜂窝结构或者形成树枝状显微表面,对太阳辐射起陷阱作用、从而大大提高对太阳能的吸收率,这样的吸收膜被称为光学陷阱膜。采用线网、沟槽,在机械粗糙化表面上电沉积涂层,在部分真空下蒸发半导体,用溅射和CVD法等都可以使表面粗糙化而加强对太阳能的吸收。



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