CN109416201A - 太阳能选择性涂层 - Google Patents

Abstract

本发明目的通过将太阳能选择性涂层沉积在基板上实现，在夹层结构中，该太阳能选择性涂层包括粘附层、吸收器堆叠和抗反射堆叠，该吸收器堆叠包括至少一层吸收器层，该抗反射堆叠包括至少一层抗反射层。该夹层结构设置为，粘附层沉积在基板上、吸收器堆叠层沉积在粘附层上和抗反射堆叠层沉积在吸收器堆叠层上。粘附层包括包含钼和钛的金属层。

Description

太阳能选择性涂层

技术领域

本发明涉及沉积在基板上的太阳能选择性涂层，该太阳能选择性涂层包括在夹层结构中的粘附层、吸收器堆叠和抗反射堆叠，该吸收器堆叠包括至少一个吸收器层，该抗反射堆叠包括至少一个抗反射层。夹层结构设置为：粘附层沉积在基板上、吸收器堆叠沉积在粘附层上以及抗反射堆叠沉积在吸收器堆叠上。

背景技术

太阳能系统是有商业价值的，因为太阳能辐射代表无限的能源，亦代表可取得的巨额能量。对可再生能源的全球环境意识和政治举措，也提高了对太阳能系统的兴趣。

一种开发太阳能的方法是通过使用太阳热能收集器系统。通常，太阳热能收集器系统包括太阳能吸收器，其通过光热转化，将太阳辐射转化为热。

太阳能吸收器的重要特征是高热导率和高红外反射率，其通常通过太阳能吸收器实现，该太阳能吸收器包括具有流体通道的金属吸收器装置及涂覆的薄表面层。该表面层设置为光谱选择性吸收，其目的为吸收全部太阳辐射，且避免被吸收的能量作为红外线辐射(热能)而损失。将单个或多个流体通道设置成使流体流经吸收器装置从而将吸收的热转移至该流体。

现今，太阳能收集器系统包括从平板式到真空保护管式的各种收集器类型。

通过多层涂层和使用真空技术的制备工艺实现了最先进的具有高太阳辐射吸收和低红外辐射损失的太阳能选择性涂层。一个挑战是生产用于太阳热能收集器系统的太阳能吸收器，该太阳热能收集器系统通常包括在真空条件下涂覆的几米长的吸收器装置。

另一个挑战是，在高温和大气环境下，实现最先进的光学性质长期稳定的太阳能选择性涂层。对于太阳能系统，高温是指高于600℃的温度水平，并且对于特定的实例，升至1200℃。大气环境是指太阳能吸收器可在没有真空或惰性气体保护下使用的实际情况。

太阳能吸收器的长期使用显示，即使基板表面涂覆有薄的表面层仍遭受腐蚀。此外，太阳能选择性涂层可能会退化，并从基板迁移到涂层的不同层，导致太阳能选择性涂层的光学性质的改变。因此，另一个挑战是，当在高温下和大气环境下使用时，通过将表面腐蚀和光学性质的退化，在高达25年的寿命期内，减少至几个百分比的变动，从而增加太阳能吸收器的长期稳定性以延长寿命期。

通常，安装在CSP(集中式太阳能发电)厂的太阳能吸收器通常包括具有太阳能选择性涂层的收集器管，其由真空管围绕。这些常见的真空管面临坚固性和寿命不足的典型问题。在其他类型的太阳能收集器中安装的其他类型的吸收器上也可以看到的环绕真空管。

德国专利DE 10 2013 112 532 A1公开了一种太阳能吸收器，其包括在热力系统中使用的吸收器层系统。所提供的吸收器层系统可适用于100℃至600℃的温度。吸收器层系统包括一个或多个层，其中每层包括金属氮化物层和半金属氮化物层。由于吸收器层系统是基于氮化物的系统，其使氮的扩散减少，具有增加太阳能吸收器的稳定性并因此延长寿命的效果。

其还公开了基板和吸收器层系统之间的另一钼层或含钼的层。钼层能充当基板和吸收器层系统之间的扩散阻挡层，和/或作为补偿层以阻止、减少和/或补偿基板和吸收器层系统之间的不同热膨胀系数。此外，钼层能导电且充当红外反射器，使得，例如，从基板辐射出较少的热辐射。

德国专利DE 10 2013 112 532 A1还公开了基板和吸收器层系统之间的金属层结构。该金属层结构可充当粘附层、热诱导的机械应力的补偿层、热辐射的扩散阻挡层和/或反射层。金属层结构可包括多个层，进一步包括基板和吸收器层系统之间的吸收层。对于多金属层结构，建议特定材料：TiNi、Ti、TiN、NiCr、TiO2_x、TiO_x用于高达40nm厚度的薄补偿层。金属层结构的使用可导致有五层或更多层的涂层。

然而，包括在涂层中的层越多，制备该涂层的工艺和方法两者皆越复杂。如德国专利DE 10 2013 112 532 A1显示：层堆叠的配置或具有理想物理性质的层结构可能为任意复杂的且无法预测的，或它可能极难以预测。

发明目的

本发明目的是克服一个或多个上述现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的通过沉积在基板上的太阳能选择性涂层实现，该太阳能选择性涂层包括在夹层结构中的粘附层、吸收器堆叠和抗反射堆叠，该吸收器堆叠包括至少一个吸收器层，该抗反射堆叠包括至少一个抗反射层。该夹层结构设置为：粘附层沉积在基板上、吸收器堆叠沉积在粘附层上以及抗反射堆叠沉积在吸收器堆叠上。粘附层包括含难熔金属和掺杂材料的金属层，该掺杂材料包括金属或准金属，并且该金属层设置为无序非晶结构。

粘附层可具有多种功能：

·高红外反射——以便实现太阳能选择性涂层的高发射特性

·高耐腐蚀性——以便，例如，上涂层中的针孔或划伤将不会导致在粘附层中开始腐蚀，且因此大面积减少太阳能选择性涂层。

·在操作温度水平中的扩散阻挡层——以便减少从基板进入到吸收器层的元素扩散，且因此实现在使用期间光学性质的较低衰退，从而获得太阳能选择性涂层的改进性能。

·良好粘附到基板的性能，且对第一吸收器层有良好的粘附。

难熔金属有共同的性质，例如高于2000℃的高熔点，在室温中硬度高，有化学惰性，和具有相当高的密度。难熔金属可选自由：钼(Mo)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)和铼(Re)组成的群组。

这个实施例的一个效果是掺杂材料可对包括在粘附层中的金属提供阴极保护。在下文中，难熔金属还被称为主金属。掺杂材料可为金属或准金属，其对氧具有高亲和力，并且具有在电势和pH范围中形成稳定且致密的氧化层这样的特性，其中难熔金属将在实际应用中被腐蚀。这对于实现腐蚀保护的改进且由此降低腐蚀速度可能是有利的。

对于掺杂材料的某一水平，腐蚀速率与合金的结构有关。当合金为无序非晶结构时，腐蚀速率的降低最大，其中元素完全均匀地分布且在晶体结构中没有金属间的化学连接/界面。这对于实现改善腐蚀保护且由此降低腐蚀速度是有利的。

置于大气环境中(与置于真空环境中相反)的中高温吸收器(＜80℃)中的额外的腐蚀保护/腐蚀控制功能是重要的，且当吸收器置于高腐蚀环境即海边环境中时，是特别重要的。

太阳能选择性涂层定义为，在太阳能光谱波长中具有高的电磁辐射吸收且在其操作温度限定的热红外波长范围中具有低的热发射率的涂层。

太阳能选择性涂层可被限定于太阳能选择性表面，其为抗反射堆叠的自由表面。该自由表面是面向周围环境的表面且其正对着朝向吸收器堆叠的表面。

这个实施例的一个效果是，太阳能选择性涂层设置为光谱选择性吸收，具有高的太阳辐射吸收且通过抗反射堆叠，具有低的吸收能量损耗，如红外辐射(热)损耗。这对于将太阳辐射转化为热——有时被称为光-热转化是有利的。对于周围环境，热发射率是低的，但对于基板，可能是高的。

在一个方面中，太阳能选择性涂层可在周围境中使用。因此，太阳能选择性涂层可能是非真空使用的太阳能选择性涂层，但还可在例如真空和惰性气体的保护条件中使用。

本发明的目的通过沉积在基板中的太阳能选择性涂层实现，该太阳能选择性涂层包括在夹层结构中的粘附层、吸收器堆叠和抗反射堆叠，该吸收器堆叠包括至少一个吸收器层，该抗反射堆叠包括至少一个抗反射层。该夹层结构设置为：粘附层沉积在基板上、吸收器堆叠沉积在粘附层上和抗反射堆叠沉积在吸收器堆叠上。粘附层包括金属层，其包括钼和钛。

粘附层可能包括金属表面，该金属表面包括钼(Mo)和钛(Ti)和/或其合金。贯穿这个说明书的内容及权利要求，包括含有Mo和Ti的金属层的粘附层，不论结构，将用MoTi粘附层或MoTi层进行描述，并被称为MoTi粘附层或MoTi层。

MoTi粘附层可设置为一层。

一般而言，钼包括许多使得其在太阳能吸收器中可用作粘附层或补偿层的性能。

·钼在粘附到常常在太阳能吸收器中使用的基板材料方面展示出良好的性能。良好的粘附性能可防止吸收器堆叠层从基板松开，因此其优势是增加太阳能选择性涂层的寿命。

·钼(Mo)在波长高于2μm时具有高的反射率。这对于涂层良好的太阳能选择性性能的实现是有利的，因为来自基板的热发射率降低了。

·与典型的基板例如碳钢(CS：43W/(mK))和不锈钢(SS：16W/(mK))相比，钼具有相当好的热传导性能(Mo：140W/(mK))，这影响吸收器从太阳能选择性涂层将热能转移到基板的主功能。

通过使用Mo或含Mo的层，这些性能可被充分利用。

然而，通过将Mo与Ti结合在一个粘附层中，实现了腐蚀保护性能的改进。MoTi粘附层的效果是，其构成了与吸收器堆叠相关的扩散阻挡层。扩散阻挡层或阻挡层抑制或减少横穿该阻挡或阻挡层的材料的移动。

通过将小部分钛加入到钼层中，层的电化学势将降低，因此降低了相对的腐蚀电势，导致腐蚀速度降低。

钛对氧具有高亲和力。从钛的甫尔拜图发现，在pH值范围为5至9的环境中，由-1000mV到1500mV的电势水平形成了氧化钛。在pH值高于9的环境中，氧化钛以朝向更低的电势稍微位移的电势间隔中形成。在pH值低于5的环境中，氧化钛以朝向更高的电势稍微位移的电势间隔中形成。

因此，这使得在恶劣的环境中形成氧化阻挡层薄膜的过程成为可能，且非常重要的是该过程在多数环境中是快速反应的过程。腐蚀速率的降低与添加到钼的红外层中的钛的量有关，然而，加入的钛也降低了钼的红外反射器的性能，因此在MoTi粘附层的腐蚀性能和红外性能之间不得不进行权衡。加入的钛量可由实验确定，在该实验中，对于红外反射性能和腐蚀性能，具有可选的加入的钛量的涂层将通过测量极化而进行测试。

因此，MoTi层相对于Mo层具有额外的腐蚀保护/腐蚀控制功能，事实上由于钛提供了钼的阴极保护。在这方面中，更重要的是该层是导电的。

额外的腐蚀保护/腐蚀控制功能对于置于大气环境(与置于真空环境中相反)中的中高温吸收器(＜80℃)是重要的。例如，当吸收器置于如海滨环境的高腐蚀环境中时，这可能是特别重要的。

通过MoTi粘附层实现的腐蚀保护对于整个太阳能选择性涂层的抗腐蚀是必不可少的，且其对于充当基板的腐蚀保护是有利的。

因此，MoTi粘附层的效果可为：

·它构成了吸收器堆叠的良好粘附层或结合层，

·它构成了与来自基板侧的红外辐射或热发射率有关的良好的反射器，

·它在波长高于2μm时具有高反射率；且

·它在中高温吸收器中展示了高的腐蚀保护/腐蚀控制功能。

对抗基板、吸收器和抗反射堆叠之间的材料成分扩散的良好阻挡层，对由于污染降低而使吸收器堆叠和抗反射堆叠的光学性能得到维持是有利的。此外，与现有技术相比，由于扩散减少，太阳能选择性性能的退化可能大幅度地降低，因此维持了涂层的长期稳定性，并维持了期望的性能以延长涂层寿命。

一般而言，钼具有良好的腐蚀性能。然而，将钼粘附层与包含例如钛和铝的吸收器堆叠结合的问题是，钼的标准电化学势比钛和铝的标准电化学势高得多。这导致钼粘附层充当吸收器堆叠的阴极，且增加任何外物的腐蚀速度。

一般而言，钛的特征在于具有良好的腐蚀性能，因此作为粘附层的MoTi层的效果可能是，MoTi层非常抗腐蚀。这对于整个太阳能选择性涂层的抗腐蚀性是必要的，且对于充当基板的腐蚀保护是有利的。

特别是，上述效果的组合对于获得充当良好反射器、抗腐蚀层和扩散阻挡层且具有极好粘附性能的粘附层是有利的。这些特征在恶劣环境周围中和在高温下操作时是特别重要的。

因此，太阳能选择性涂层的粘附层也作为IR反射层和扩散阻挡层。

此外，使用MoTi层作为粘附层实现了可使用单个粘附层实现的上述优点。

一个方面中，MoTi粘附层可含有小部分硅(Si)、钇(Y)和/或铌(No)。将这些材料添加到MoTi粘附层的效果可能是修饰较大的MoTi结构，从而获得相似的或增加的抗腐蚀性的优势且获得相似的或增加的太阳能选择性涂层光学性能的长期稳定性的额外效果。

一般而言，单层的厚度可达5000nm。然而，增加层厚度的好处应当与材料成本比较而进行考虑。

在太阳能选择性涂层的一个实施例中，粘附层具有的粘附层厚度范围为30nm到500nm，优选地，范围为80-200nm，更优选地，范围为110-130nm。

这个实施例的另一效果是，粘附层的足够厚度实现了覆盖基板，且实现了上文提及的粘附层的效果及优点。另一个优点是，防止粘附层材料成本过高。

在太阳能选择性涂层的一个实施例中，粘附层包括金属层，该金属层包括85-99％(w/w)的Mo和1-15％(w/w)的Ti。优选地，金属层包括范围在90-97％(w/w)的Mo和3-10％(w/w)的Ti。更优选地，金属层包括范围在95-96％(w/w)的Mo和4-5％(w/w)的Ti。

这个实施例的另一个效果是，将足够量的Ti添加到MoTi金属复合物中，以实现由钛引起的抗腐蚀性能的提高，如上所述，其对于充当基板的腐蚀保护，具有改进了整个太阳能选择性涂层抗腐蚀性的优点。

在一个实施例中，吸收器层包括陶瓷和/或金属复合物，其包括的成分选自由铝、氮、钛、氧或其组合所构成的群组。

吸收器层包括陶瓷和/或金属材料，其包括陶瓷复合物和金属陶瓷CERMET化合物两者。

这样的吸收器层的特征在于高温稳定，对于低于2.5μm的波长，其具有高的抗氧化性能和良好的吸收性能。

这些吸收层可能包括氮化钛铝或氮氧化钛铝。实例的组合物将通过上述元素符号在说明书和权利要求书中进行描述，实例的组合物可能包括：例如TiAlN、TiAlNO、TiN，但并不限于这些实例。

在一个实施例中，抗反射层包括陶瓷组合物，该组合物包括的成分选自由：氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝、氧化钛或其组合所构成的群组。

组合物将通过上述元素符号在说明书和权利要求书中进行描述，该组合物可能包括：例如Si₃N₄、SiO、SiO₂、Al₂O₃、AlN、TiO、TiO₂，但并不限于这些实例。

抗反射层可能包括除了如上所述的陶瓷组合物的其他陶瓷组合物。或者，抗反射层可能包括具有低于2的折射率的无机组合物。

这样的抗反射层的特点是对于低于2.5μm的波长具有高透射，还对氧化和湿度有高的抵抗性和抗腐蚀性。

此外，具有所述吸收器层的上述实施例与抗反射层的组合的进一步效果，可能是引致高光吸收性的光学性能。这对于增加太阳能选择性涂层的能量输出是有利的。

在太阳能选择性涂层的一个实施例中，包括在太阳能选择性涂层中的各个层的层厚度选自使用矩阵方程算法，从反射率和吸收率的计算获得的一组方案。该矩阵方程算法是基于边界条件并基于单层材料的反射指数输入和各个层的顺序。方案在350℃的温度下具有光学吸收率＞80％的光谱太阳辐照度AM1.5和发射率＜30％。

这个实施例的进一步效果是，关于反射率和发射率，各种各样的多层太阳能选择性涂层可理论上进行估算，且根据反射率和发射率，实现提供层厚度的解决方案的额外效果，还实现了整个太阳能涂层的高抗腐蚀性，这对于充当基板的腐蚀保护是有利的。这样对于减少研究和开发时间以及降低材料成本和减少生产设备的使用皆是有利的。

这个实施例还提供了理论上估算可能使用材料的可能性，该材料可能不在生产现场，从而节省了用于提供可能为无用的材料的时间和成本。

材料投入可基于材料的知识，诸如光学性质、各层材料之间的物理和化学结合性质、层的形成性质、合理的沉积方法、腐蚀性质或扩散性质。实例并非是全面的，且其他的材料性质对于太阳能选择性涂层的特定使用可能是重要的。然而，具有足够材料知识的技术人员可领会本实施例的益处，用于为实际可用的输出提供基于知识的输入。

在一个实施例中，太阳能选择性涂层包括三层的夹层结构，其中粘附层包括厚度为110-130nm的包含金属层的粘附层，该金属层含有85-99％(w/w)的Mo和1-15％(w/w)的Ti，优选地，范围在90-97％(w/w)的Mo和3-10％(w/w)的Ti，更优选地范围在95-96％(w/w)的Mo和4-5％(w/w)的Ti，其中吸收器堆叠设置为具有一个吸收器层，该吸收器层包括110-130nm的氮化钛铝层，并且其中抗反射堆叠设置为具有一个抗反射层，该抗反射层包括50-70nm的氮化硅层。

上述厚度是这个实施例的最优选层厚。然而，在该实施例的另一个方面中，层厚度的优选范围可包括下列更宽的范围：

·MoTi粘附层的厚度范围：60nm至200nm

·氮化钛铝吸收器层的厚度范围：40nm至150nm

·氮化硅抗反射层的厚度范围：30nm至100nm

在一个实施例中，太阳能选择性涂层包括四层的夹层结构，其中粘附层包括厚度为110nm-130nm的包含金属层的粘附层，该金属层含有95％(w/w)的Mo和5％(w/w)的Ti，其中吸收器堆叠设置为具有一个吸收器层和一个半吸收器层，该吸收器层包括60nm-80nm的氮化钛铝层且该半吸收层包括20nm-40nm的氧氮化钛铝层，并且其中抗反射堆叠设置为具有一个抗反射层，该抗反射层包括70nm-90nm的氧化硅层。

上述厚度是这个实施例的最优选层厚度。然而，在该实施例的另一个方面中，层厚度的优选范围可包括下列更宽的范围：

·MoTi粘附层的厚度范围：60nm至200nm

·氮化钛铝吸收器层的厚度范围：30nm至120nm

·氮氧化钛铝半吸收器层的厚度范围：10nm至70nm

·氧化硅抗反射层的厚度范围：50nm至100nm

这个实施例的效果可从图4中呈现的加速腐蚀测量中观察到。对于沉积有四层太阳能选择性涂层的测试样品的腐蚀速率的降低，该测试显示了显著的改进。这可能对于涂层寿命的改进、基板腐蚀保护的改进和涂层整个寿命期的质量的改进是有利的。

该实施例的进一步效果可从图5中示出的计算出的反射光谱观察到。计算出的反射率相对于波长显示，当太阳辐照度AM1.5光谱高时，反射率低。这提供了太阳辐照度为96％的高吸收水平的优点。

三层的太阳选择性涂层的实施例显示出了相似的效果：抗腐蚀性增加且93％的吸收水平，因此具有同样的优点。在350℃下，具有这些范围内的厚度的堆叠的层所产生的效果为可接受的：吸收率高至93％且发射率低至10％。

与四层涂层相比较，由于仅包括三层，三层的太阳能选择性涂层可减少生产的成本及时间。然而，四层涂层能回报更高的计算出的吸收水平。这说明了几种太阳能选择性涂层可如何适用，并说明了太阳能选择性涂层可鉴于生产成本、产量、应用、使用期或其他特性来选择。

本发明的目的通过沉积在基板上的太阳能选择性涂层实现，该太阳能选择性涂层包括在夹层结构中的粘附层、包括至少一个吸收器层的吸收器堆叠和包括至少一个抗反射层的抗反射堆叠。该夹层结构设置为：粘附层沉积在基板上、吸收器堆叠沉积在粘附层上层和抗反射堆叠沉积在吸收器堆叠层上。粘附层包括含有Mo和Ti的金属层，基板表面设置有预抛光表面，其中该基板包括高温稳定的金属合金。

如上所述，MoTi粘附层的效果可以是：

·它构成了吸收器堆叠的良好粘附层或结合层，

·它构成了与来自基板侧的红外辐射或热发射率相关的良好的反射器；

·它在高于2μm的波长中具有高反射率；且

·它在中高温吸收器中展示较高的腐蚀保护/腐蚀控制功能。

通过MoTi粘附层实现的腐蚀保护对于整个太阳能选择性涂层的抗腐蚀性是必不可少的，且对于充当基板的腐蚀保护是有利的。

高温稳定的金属合金可为，例如不锈钢、钢、铝、青铜、科瓦铁镍钴合金、岩溶或铁镍钴合金。然而，这些合金仅仅是实例，基板可包括其他类似的高温稳定的金属合金。高温稳定的金属合金可从包括金属的合金中选择，该金属选自由：铁(Fe)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)或其组合构成的群组。

对基板使用高温稳定金属合金的进一步效果可为：由于在使用期间基板的热量诱导的变形减少，沉积在基板上太阳能选择性涂层的温度稳定性增加。此外，由于材料变换和扩散的水平低，高温稳定的基板和太阳能选择层的组合方案可能是更加温度稳定的。与具有较大的热扩膨胀系数的基板相比，粘附层受到较少的挑战，这是有利的，特别是对于涂层寿命的改进、基板保护的改进和涂层整个寿命期的质量的改进方面。

在一个实施例中，基板包括吸热器装置。

吸热器装置可包括球面吸热器装置、圆柱形吸热器装置、或平面吸热器装置，该平面吸热器装置包括平的吸热器装置或压力成形吸热器装置，但绝不限于这些。

圆柱形和球面吸热器装置可为具有不同横截面几何图形，例如椭圆形、正方形、长方形或其组合的管道或管子。平面的吸热器装置的变体型式可为平板式、曲板式、皱纹板式、表面重绘板式或其组合。吸热器装置的几何图形绝不限制于上述几何图形。此外，吸热器装置可以以多种方式组合或结合。

吸热器装置用于从基板传热，因此从太阳能选择性涂层传热。吸收器装置中的流体流动可有助于传热，且从基板传热至流体。传热效率取决于流体和从基板到流体的接触。有效的热传递的优点可能是增加热能产量。此外，由于避免了高温下的过热或过长使用的实际情况，有效的热传递可使得寿命期延长。

吸热器的表面形貌可根据使用进行选择。对于涂层的粘附性和特性，应该考虑带有锋利微小边缘的微观表面粗糙度。这可从图4中的测量获得，从图4中，明显的是，与基板表面形貌的锋利微小边缘相关的微观表面粗糙度可降低抗腐蚀性。

传热速率取决于流体和基板的界面以及基板和流体两者的传热系数。

通过流体和包含沉积有选择性涂层的基板的材料之间的直接接触，可实现传热速率的增加。此外，通过增加流体与基板的接触面可实现热传递速率的增加。

具有高传热系数的吸热器装置的实例可为在表面上沉积有太阳能选择性涂层的双壁管吸热器装置、压印成形的吸热器装置或压力成形的吸热器装置。

使用的吸热器的类型取决于应用。例如，双壁管吸热器可适用于CSP厂，使用抛物线型槽，将太阳日照集中于组成太阳能吸收器的管上。

一般而言，对于大多数应用，从涂层经过吸热器装置的材料直到流体的高传热水平是重要的。通过涂覆有太阳能选择性涂层的吸收器装置的部分和流体直接接触，并借助增加流体与涂覆有太阳能选择性涂层的吸收器装置的部分的接触面积，来获得高的传热水平。这个实施例的进一步效果是，将来自太阳日照辐射的能量转换为流体所含的热能，从而通过发电机转换为给定的有用能量形式。高传热水平的优点可能是增加了能源生产的产量且避免太阳能吸收器过热，以延长寿命。

压力成形的吸热器装置还称为枕型板(pillow-plate)吸收器，其可为吸热器板，设置有至少一个流体通道、至少一个入口和至少一个出口，该流体通道具有流体通道第一端和流体通道第二端，该入口连接至流体通道第一端，该出口连接至流体通道第二端。吸热器板包括由高压接头连接的至少两个可接合的薄板，薄板设置有顶面和底面，且在彼此顶部放平，第一薄板底面面对第二薄板顶面，且具有底部的外薄板和顶部的外薄板，其中底部的外薄板和顶部的外薄板连接成环绕入口和出口的闭合环。包括吸热器板的两个或多个薄板可通过高压接头进一步相互连接成图案，以从入口到出口形成一个或多个道，其中至少一个流体通道是压力扩张的流体通道。吸收器板通过将高压施加于入口和或出口从而压力成形。

高压接口可被称为，具有足够高的强度来抵挡在流体通道的压力扩张期间产生的压力的接口。高压接口还被称为，具有抵挡建造过程中产生的压力和/或张力的强度的接口，因此其强度与那些薄板的强度是可比较的。

在一个实施例中，基板包括压力成形的吸热器装置，其设置有吸热器板，该吸热器板包括由高压接口连接的至少两个可接合的薄板，并设置有至少一个流体通道、至少一个入口和至少一个出口，其中至少一个流体通道为压力扩张流体通道。

本实施例的效果和优点与那些已经指出的效果和优点一致且与之前所述的效果和优点一致。然而，本实施例的进一步效果是，在压力扩张流体通道之前或之后，但在与薄板接合之后，添加太阳能选择性涂层。这对于获得表面完整的太阳能选择性涂层是有利的，且因此利用由MoTi粘附层实现的腐蚀保护，这对于整个太阳能选择性涂层的抗腐蚀性是必不可少的。

例如，如果通过焊接将薄板连接，如果在沉积涂层后执行焊接，来自焊接过程的热可能对太阳能选择性涂层造成损害。

本发明的目的可通过一种用于选择太阳能选择性涂层的方法实现，其中包括在太阳能选择性涂层中的各层层厚度选自使用矩阵方程算法，由反射率和吸收率的计算获得的一组解决方案。矩阵方程算法基于边界条件且基于各层材料的反射指数输入和各层顺序。在350℃下，解决方案具有光学吸收率＞80％的光谱太阳辐照度AM1.5且发射率＜30％。

如上所述，这个实施例的进一步效果是，各种各样的多层太阳能选择性涂层关于反射率和发射率可进行理论估算，且具有根据将获得的反射率和发射率提供层厚度的解决方法的额外效果，还实现了整个太阳能选择性涂层的高抗腐蚀性，该太阳能选择性涂层对于充当基板的腐蚀保护是有利的。这不仅对于减少研究和开发时间是有利的，而且对于减少材料成本和生产设备的使用是有利的。

这个实施例还提供了理论上估算可能使用材料的可能性，该材料可能不在生产现场，从而节省了用于提供可能为无用的材料的时间和成本。

材料投入可基于材料知识，诸如，光学性质、在各层材料之间的物理和化学结合特性、层的形成性质、合理的沉积方法、腐蚀性质或扩散性质。实例并非是全面的，且其他的材料性质对于太阳能选择性涂层的特定使用可能是重要的。然而，具有足够的材料知识的技术人员可领会本实施例的益处，用于为实际可用的输出提供基础知识的输入。

本发明的目的通过一种借助真空沉积工艺(VDP)来制备太阳能选择性涂层的方法实现，该真空沉积工艺包括步骤：提供预抛光基板，将粘附层沉积在预抛光基板上，将吸收器堆叠每次一层地沉积在粘附层上，以及将抗反射堆叠每次一层地沉积在吸收器堆叠上。粘附层包括金属层，该金属层包括难熔金属和掺杂材料，其中掺杂材料包括金属或准金属，金属层设置为无序非晶结构。

掺杂材料可为金属或准金属，其对氧具有高亲和力，且具有在电势和pH范围中形成稳定且致密的氧化层这样的特征，在该电势和pH范围中难熔金属将在实际应用中腐蚀。这对于实现改善腐蚀保护且因此降低腐蚀速率是有利的。

粘附层可能使用一个用于掺杂材料的靶和一个用于难熔金属的靶，或使用一个包括正确摩尔或质量组合的两种材料的靶来沉积。

真空沉积工艺可能选自由：物理气相沉积(PVD)、反应磁控溅射、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、电子束沉积和阴极电弧蒸发所构成的群组。此外，溅射沉积可使用脉冲DC溅射、高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)或RF溅射。然而，真空沉积工艺并不限制于这些实例，正如溅射沉积可使用其他技术执行。

本实施例的进一步效果和优点可能与那些已经指出的效果和优点一致且和之前所述的效果和优点一致，包括下列效果：

·太阳能选择性涂层设置为光谱选择吸收，具有高太阳辐射吸收和低吸收热量损耗，如红外辐射(热)损耗。

·粘附层构成了与来自基板侧的红外辐射或热发射率相关的良好的反射器。

·粘附层构成了吸收器堆叠的良好的粘附层或黏合层。

·粘附层构成了与吸收器堆叠层相关的扩散阻挡层。

·粘附层对于腐蚀是高抵抗性的。

一般而言，优点可以是增加涂层寿命，改进基板保护和改进涂层使用期的质量。

如上所述，粘附层的效果可能是，它在中高温吸收器中展示了高的腐蚀保护/腐蚀控制功能。且因此，通过粘附层实现的腐蚀保护对于整个太阳能选择性涂层的抗腐蚀性是必不可少的，且对于充当基板的腐蚀保护是有利的。

本发明的目的通过一种借助真空沉积工艺(VDP)来制备太阳能选择性涂层的方法实现，该真空沉积工艺包括步骤：提供预抛光基板，将粘附层沉积在预抛光基板上，将吸收器堆叠每次一层地沉积在粘附层上，以及将抗反射堆叠每次一层地沉积在吸收器堆叠上。粘附层包括含有Mo和Ti的金属层。

MoTi层可使用一个钼靶和一个钛靶，或使用一个包括正确摩尔或重量组合的钼和钛的靶来沉积。

真空沉积工艺可选自由例如：物理气相沉积(PVD)、反应磁控溅射、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、电子束沉积和阴极电弧蒸发所构成的群组。此外，溅射沉积可使用例如脉冲DC溅射、高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)或RF溅射来执行。然而，真空沉积工艺并不限制于这些实例，正如溅射沉积可使用其他技术执行。

本实施例的进一步效果和优点是与那些已经指出的效果和优点一致，且和之前所述的效果和优点一致，包括下列效果：

·太阳能选择性涂层设置为光谱选择吸收，具有高太阳辐射吸收和低吸收热量损耗，如红外辐射(热)损耗。

·MoTi层作为粘附层构成了与来自基板侧的红外辐射或热发射率相关的良好的反射器。

·MoTi层作为粘附层构成了吸收器堆叠的良好的粘附或黏合的层。

·粘附层构成了关于吸收器堆叠的扩散阻挡层。

·MoTi层作为粘附层对于腐蚀是高抵抗性的。

一般而言，优点可能是增加涂层的使用寿命，改进基板的保护和改进涂层在整个使用期的质量。

如上所述，MoTi粘附的效果可能是，MoTi层在中高温吸收器中展示了高的腐蚀保护/腐蚀控制功能。因此，由MoTi粘附层实现的腐蚀保护对于整个太阳能选择性涂层的抗腐蚀性是必不可少的，且对于充当基板的腐蚀保护是有利的。

本发明的一个方面通过一种用于沉积太阳能选择性涂层的方法实现，该方法包括另一步骤：在通过离子蚀刻来沉积粘附层前，处理预抛光的基板表面。

这个方面的进一步效果是，降低基板的锋利微观表面粗糙度并使基板表面光滑的表面处理，可显著改善其腐蚀性能，这对于增加涂层寿命，改进基板保护和改进涂层使用期的质量也是有利的。

本发明的一个目的通过一种用于制造太阳能选择性涂层的方法实现，其中粘附层将沉积在基板上，包括下列步骤：

·提供＜1E-4毫巴的基准压力；

·提供高于50℃的基板温度，优选地高于100℃，更加优选地高于150℃；

·在通过真空沉积工艺沉积粘附层之前，通过向仪表级的氩气处理室供应保护气体来提供＜1E-1毫巴的工艺压力；接着

·执行真空沉积工艺。

本发明的一个目的通过一个用于制备太阳能选择性涂层的方法实现，其中吸收器堆叠沉积在粘附层上，包括下列步骤：

·提供＜1E-4毫巴的基准压力；

·提供高于50℃的基板温度(200)，优选地高于100℃，更加优选地高于150℃；

·在通过真空沉积工艺沉积粘附层之前，通过向仪表级的氩气处理室供应保护气体来提供＜IE-1毫巴的工艺压力；且

·使用至少一个反应气体来执行沉积工艺，该反应气体选自由仪表级氧气、仪表级氮气所构成的群组，并且使用的反应气体分压为1E-6至5E-4毫巴，优选地在5E-6至1E-4毫巴范围中，更优选地在1E-5至5E-5毫巴范围中。

本发明的一个目的将通过一种制备太阳能选择性涂层的方法实现，其中抗反射堆叠沉积在吸收器堆叠上，包括下列步骤：

·提供＜1E-4毫巴的基准压力；

·提供高于50℃的基板温度，优选地高于100℃，更加优选地高于150℃；

·在通过真空沉积工艺沉积粘附层之前，通过向仪表级的氩气处理室供应保护气体来提供＜IE-1毫巴的工艺压力；且

·使用至少一个反应气体来执行沉积工艺，该反应气体选自由仪表级氧气、仪表级氮气所构成的群组，并且使用的反应气体的分压为1E-6至5E-4毫巴，优选地在5E-6至1E-4毫巴范围中，更优选地在1E-5至5E-5毫巴范围中。

基准压力是在沉积工艺之前提供在真空室中的压力。

在各层的沉积中，基板温度也称为沉积温度，且基板温度处在50℃至500℃的范围中，优选地在100℃至300℃的范围中，更优选地在140℃至180℃的范围中。

通过PVD溅射工艺，在100℃至300℃范围的相对低温中将元素同时沉积的一个效果可能是，建立了非晶的无序结构，其在文献中还被描述为原子无序涂层。

对于这样的事实，即对于一定水平的钛“掺杂”，腐蚀速率与合金结构相关，这可能是有利的。当合金处于无序非晶结构中时，腐蚀速率降低最高，其中元素完全均匀地分布，且在晶化结构中没有金属间的化学连接/界面。

这种增加的对抗与原子无序相关的腐蚀的稳健性将会起作用，只要MoTi合金没有到达扩散过程将减少无序结构的更高的温度水平。扩散过程将在纯的Mo微粒中产生具有Mo的金属间化合物，且这样的MoTi层晶体结构具有的对抗腐蚀的稳健性降低。

现有的太阳能选择性涂层常常需要几个工艺，包括在太阳能选择性涂层中的每一层或每一个堆叠需要一个。

如上所述的用于沉积粘附层的实施例，吸收器堆叠和抗反射涂层将通过包括大体上相同的步骤且因此在处理室中相同的环境参数的方法全部沉积。

这些实施例的进一步效果是，太阳能选择性涂层可在嵌入式沉积工艺中制备。

此外，这些实施例的进一步效果是，太阳能选择性涂层可通过溅射工艺沉积。

在嵌入式溅射沉积工艺中，可将工件以连续运动进行移动而通过一个等离子区域，在该等离子区域中，一层沉积在下一个等离子区域上，在该下一个等离子区域中沉积另一层，诸如此类。或者，几个嵌入式溅射区以串联设置，且在工件上移动。这两种情况中，在工艺期间，气体组合物和等离子强度对于稳定的沉积速率可能是可控的，来确保在整个工件上均匀的材料组合物和均匀厚度的层。

一个优点是，在整个沉积工艺中和在每个沉积工艺之间的时间期间，保持工件在受控制的真空环境中，因此防止了随后构成太阳能选择性涂层的各层之间的界面的表面被氧化。

另一优点是，与工件尺寸相比，磁控管区和等离子区可维持相对较小区域，因此减少了生产设备的成本，因为设备“核心”的形式为具有磁控管、进气口通道、传感器等的溅射区域。

由于工件运动与沉积区域相关，整个大型区域中控制沉积工艺的工艺参数的挑战可能减少。

本发明的一个方面可通过一种用于制备太阳能选择性涂层的方法实现，该涂层包括三层夹层结构，通过真空沉积工艺(VDP)，其中粘附层包括厚度为110-130nm的包含金属层的粘附层，该金属层包含钼和钛，95％Mo和5％Ti(w/w)，其中吸收器堆叠设置有一个包括110-130nm的氮化钛铝层的吸收层，抗反射堆叠设置有一个包括50-70nm氮化硅的抗反射层，包括下列步骤：

·使用范围为1E-5巴至5E-2巴的工艺压力并使用氩气作为惰性气体，采用离子枪离子蚀刻基板表面；

·提供高于100℃的基板温度；

·使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力并使用氩气作为溅射气体，溅射沉积包括金属层的粘附层(30)，该金属层包括钼和钛；

·使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力并使用氩气作为溅射气体，氮气作为反应气体，并且使用范围在1E-6至5E-4毫巴的反应气体分压，优选地范围在5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选地范围在1E-5至5E-5毫巴，进行溅射沉积氮化钛铝；且

·使用范围在1E-3巴至1E-2巴的工艺压力、使用氩气作为溅射气体和氮气作为反应气体，并且使用范围在1E-6至5E-4毫巴的反应气体分压，优选地范围在5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选地范围在1E-5至5E-5毫巴，来溅射沉积氮化硅层。

本发明的一个方面可通过一种用于制备太阳能选择性涂层的方法实现，该涂层包括四层夹层结构，通过真空沉积工艺(240)，其中粘附层包括厚度为110-130nm的包含金属层的粘附层，该金属层包含95％Mo和5％Ti(w/w)的钼和钛，其中吸收器堆叠设置有一个包括60-80nm的氮化钛铝层的吸收层和一个包括20-40nm的氮氧化钛铝层的半吸收层，抗反射堆叠设置有一个包括70-90nm的氧化硅层的抗反射层，包括下列步骤：

·使用范围为1E-4巴至5E-3巴的工艺压力并使用氩气作为惰性气体，采用离子枪离子蚀刻基板表面；

·提供高于100℃的基板温度；

·使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力并使用氩气作为溅射气体，溅射沉积包括金属层的粘附层(30)，该金属层包括钼和钛；

·使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力、氩气作为溅射气体，和氮气作为反应气体，并且使用范围在1E-6至5E-4毫巴的反应气体分压，优选地范围在5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选地范围在1E-5至5E-5毫巴，进行溅射沉积氮化钛铝；

·使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力、氩气作为溅射气体，氮气和氧气作为反应气体，并且使用范围在1E-6至5E-4毫巴的反应气体分压，优选地在范围在5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选地范围在1E-5至5E-5毫巴，进行溅射沉积氮氧化钛铝层；且

·使用范围在1E-3巴至1E-2巴的工艺压力、氩气作为溅射气体和氧气作为反应气体，并且使用范围在1E-6至5E-4毫巴的反应气体分压，优选地范围在5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选范围在1E-5至5E-5毫巴，来溅射沉积氧化硅层。

粘附层可通过溅射工艺沉积，该溅射工艺包括，例如DC溅射、脉冲DC溅射、HIPIMS(高功率脉冲磁控溅射)或RF溅射。

吸收器堆叠和抗反射堆叠可通过溅射工艺沉积，该溅射工艺包括，例如脉冲DC溅射、HIPIMS(高功率脉冲磁控溅射)或RF溅射。

本实施例的进一步效果可从图4中呈现的加速腐蚀测量值观察到。测试关于沉积有四层太阳能选择性涂层的测试样品的腐蚀速率的降低，显示了显著的改进。这对于增加涂层寿命，改进基板的腐蚀保护和改进涂层整个使用期的质量而言是有利的。

此外，本实施例的进一步效果还能从图5中示出的计算出的反射光谱中观察到。计算出的反射率相对于波长显示，当太阳辐照度AM1.5光谱高的时候，反射率低。这提供了96％的太阳日照的高吸收水平的优点。

三层太阳能选择性涂层的实施例示出了增强的抗腐蚀性和93％吸收水平的相似的效果，因此具有相同的优点。

与四层的涂层相比，因为仅仅包含三层，三层的太阳能选择性涂层可降低生产的成本和时间。然而，四层的涂层回馈较高的计算的吸收水平。这阐明了几个太阳能选择性涂层可如何应用，且说明太阳能选择性涂层的选择可考虑到生产成本、产量、应用、寿命或其他特征。

本发明的一个目的可通过太阳能吸收器实现，该吸收器是通过真空沉积工艺(VDP)将太阳能选择性涂层沉积在吸热器装置上的过程获得的。该太阳能选择性涂层制备是通过：

·提供预抛光基板；

·通过离子蚀刻，处理基板表面；

·将粘附层沉积在已处理的基板表面；

·将吸收器堆叠每次一层地沉积在粘附层上；

·将抗反射堆叠每次一层地沉积在吸收器堆叠上，

其中，粘附层包括包含难熔金属和掺杂材料的金属层，掺杂材料包括金属或准金属，金属层设置为非晶的无序结构。

本发明的目的可通过太阳能吸收器实现，该吸收器是通过真空沉积工艺(VDP)将太阳能选择性涂层沉积在吸热器装置上的过程而获得。该太阳能选择性涂层制备是通过：

·提供预抛光基板；

·通过离子蚀刻，处理基板表面；

·将粘附层沉积在已处理的基板表面；

·将吸收器堆叠每次一层地沉积在粘附层上；

·将抗反射堆叠每次一层地沉积在吸收器堆叠上，

其中，粘附层包括包含钼和钛的金属层。

上述两个实施例的效果和优点可能与那些已经指出的效果和优点一致，且和之前所述的效果和优点一致，其包括下列效果：

·太阳能选择性涂层设置为光谱选择吸收，具有高太阳辐射吸收和低吸收热量损耗，如红外辐射(热)损耗。

·粘附层构成了与来自基板侧的红外辐射或热发射率相关的良好的反射器。

·粘附层构成了吸收器堆叠的良好的粘附或黏合的层。

·粘附层构成了关于吸收器堆叠的扩散阻挡层。

·粘附层对于腐蚀是高抵抗性的。

一般而言，优点可能是增加涂层的寿命，改进基板的腐蚀保护和改进涂层整个使用期的质量。

本发明的一个方面可通过一种用于沉积太阳能选择性涂层的方法实现，该方法包括，在通过离子蚀刻来沉积粘附层前处理预抛光基板表面的进一步步骤。

这个方面的一个效果是，降低与基板表面形貌的锋利微边缘相关的微表面粗糙度且使基板表面平滑的表面处理，可显著改善其腐蚀性能，这对于增加涂层寿命，改进基板的保护和改进涂层整个使用期的质量是有利的。

本发明的一个方面可通过凭借一种工艺获得的太阳能吸收器实现，凭借的该工艺执行为嵌入式沉积工艺。

用于太阳能装置的吸收器常常是笨重的物件，通常为3至5米长的工件，例如管或薄板。工件的尺寸使得安置工艺设备成为特别的挑战，其中要在传统真空室中整个物体上实现均衡表面的卸载。传统解决方案是大型真空室，其涉及整个工件区域中管理气体组分和等离子状态的挑战。沉积有选择性涂层的现有太阳能吸收器常常需要几个工艺，包括在太阳能选择性涂层中的每一层或每一个堆叠需要一个工艺。

这个实施例的效果和优点与那些已经指出的效果和优点一致，并且和之前所述的效果和优点一致，其包括下列优点：

·在整个沉积工艺中和在各个沉积工艺之间的时间期间，保持工件在受控的真空环境中，因此阻止了随后构成太阳能选择性涂层的各层之间的界面的表面的氧化。

·与工件的尺寸相比，磁控管区和等离子区可维持在相对较小的区域，因此减少了生产设备的成本，因为设备“核心”形式为具有磁控管、进气道、传感器等溅射区。

·

在一个方面中，如果建立了非晶的无序结构，可在粘附层中使用用于钼的阴极保护的掺杂材料的替代材料。作为掺杂材料用于阴极保护的潜在的金属或准金属的重要特征是，他们在pH＝4至pH＝9的pH范围中并在-1500mV上升至+1000mV的电势范围中能形成稳定且致密的氧化层。锆(Zr)、钽(Ta)和铪(Hf)是除了钛以外具有这些特征的金属。其他的替代物可能是具有这些特征的铝和铬，或具有这些特性的准金属，观察普尔拜图，例如硅(Si)可能是准金属的一个实例。

在一个方面中，对于红外层，可使用钼的替代材料。替代材料可具有良好的红外反射性能。替代材料对于高温CSP应用(＞150℃)可能具有较高的熔点(＜2000℃)。替代材料可能在PVD工艺中具有可接受的溅射速率/溅射产量。为了在太阳能吸收器堆叠中红外反射的目的，红外反射性能在5μm及更高的波长范围中是重要的。具有高熔点的替代的红外反射材料包括从难熔金属的群组中选取的成分。替代的红外反射材料可包括从钼(Mo)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)和铼(Re)的群组中选取的成分。他们全部有一些性质，例如高于2000℃的高熔点、在室温中高硬度，有化学惰性且具有相当高的密度。

Mo从大约5μm及以上的重要波长中具有最高的反射率，且Mo也具有难熔金属的最高溅射率。考虑到反射率，因为钽和钨两种金属对于钼的反射水平具有较小的差异，钽和钨是钼的替代物。考虑到腐蚀性能，因为与钨相比，钽对氧具有更高的亲和力，钽是最吸引人的替代物。从技术的角度，钽是钼的最吸引人的替代物。钨还是钼作为红外反射层的潜力替代物；然而，从材料成本的角度，钽以及钨是成本更高的解决方案。由于钽和钨较低的溅射速率，沉积这些替代物的生产成本也高于沉积钼的生产成本。

附图说明

图1示出了太阳能选择性涂层的结构。

图2示出了沉积在基板上的四层堆叠的太阳能选择性涂层(图2A)和三层堆叠的太阳能选择性涂层(图2B)。

图3示出了具有表面粗糙度的基板表面，粗糙度包括微观粗糙度(图3A)和宏观粗糙度(图3B)。

图4是曲线图，示出了太阳能吸收器的腐蚀速率，该太阳能吸收器具有由不同技术处理的基板表面。

图5示出了计算出的反射率(A)与四层太阳能选择性涂层的波长的关系和太阳照辐射量AM1.5光谱(B)与波长的关系。

图6示出了球面吸热器装置的不同结构。

图7示出了平面吸热器装置的两个实施例。

图8示出了一种通过真空沉积工艺制备太阳能选择性涂层的方法。

图9示出了一种将粘附层沉积在基板上的方法。

图10示出了一种将吸收器堆叠或抗反射堆叠沉积在基板上的方法。

具体实施方式

图1示出了太阳能选择性涂层10的结构，包括粘附层30、吸收器堆叠40和抗反射堆叠60。太阳能选择性涂层10构成了夹层结构70，该夹层结构70设置有可能沉积在基板20上的粘附层30、可能沉积在粘附层30上的吸收器堆叠40和沉积在吸收器堆叠40上的抗反射堆叠60。吸收器堆叠40包括至少一个吸收器层42，可能包括额外的吸收器层42或半吸收器层44。抗反射堆叠60包括至少一个抗反射层62，可能包括额外的抗反射层62。太阳能选择性涂层10包括构成了周围环境的边界的一个表面，且可能为太阳能选择性表面12。这个表面与抗反射堆叠60的表面相对，该抗反射堆叠60的表面构成了吸收器堆叠40的边界。

图2示出了沉积在基板20上的太阳能选择性涂层10。图2A示出了四层堆叠114，其包括粘附层30、吸收器层42、半吸收器层44和抗反射层62。太阳能选择性涂层10构成了夹层结构70，该夹层结构70设置有沉积在基板20上的粘附层30、沉积在粘附层30上的吸收器层42、沉积在吸收层42上的半吸收器层44和沉积在半吸收器层44上的抗反射层62。

图2B示出了三层堆叠112，其包括粘附层30、吸收器层42和抗反射层62。太阳能选择性涂层10构成了夹层结构70，该夹层结构70设置有沉积在基板20上的粘附层30、沉积在粘附层30上的吸收器层42、沉积在吸收器层42上的抗反射层62。

太阳能选择性涂层的各层将通过层厚度80和包括在太阳能选择性涂层10的各层的折射率来进行描述。层之间的界面可通过边界条件来进行描述，通过该边界条件，可通过涂层使用经典的光学理论来计算在太阳能选择性涂层10上的入射辐射的反射率和吸收率。

图3示出了基板20，其包括具有表面粗糙度120的基板表面22。图3A示出了包括微观粗糙度122和宏观粗糙度124的基板表面22。图3B示出了抛光的基板表面22，其仅仅包括表面抛光处理后的宏观粗糙度124。基板表面22可使用离子蚀刻228来抛光。

未加工的但预抛光的基板表面230可能包括纳米级和微米级尺寸的尖端和边缘。通过抛光基板表面22，可将表面结构改变为包括圆滑且光滑的尖端和边缘，使得太阳能选择性涂层10可沉积在其上。

图4中的图表示出了太阳能吸收器的腐蚀速率与不同的基板处理技术获得的基板表面粗糙度的相对关系，且太阳能吸收器具有不同太阳能选择性涂层。使用布鲁克-德科塔克XT轮廓仪，以算数平均值测量表面粗糙度。使用截止滤波器的设定为0.8μm来执行测量。

测量以加速腐蚀的测量执行且通过具有生物稳压器/恒流器的波斯古经细胞(Avesta cell)的使用来执行。在与水平衡的氯化钠、三水醋酸钠和乙酸的温和溶液(pH6.0)中测试测试样品。测试过程使用第一阳极测试顺序和第二阴极测试顺序来执行，在测试顺序期间，电势从-10V至+10V改变，且同时测量穿过测试样品的电流。测出的电流代表进行中的腐蚀过程。用于加快腐蚀测量的步骤和设备是本领域技术人员熟知的。

测试样品如下：

A：没有太阳能选择性涂层的标准管

B：没有太阳能选择性涂层的电抛光的管

C：沉积有太阳能选择性涂层A的标准管

D：沉积有太阳能选择性涂层A的研磨且电抛光的管

E：沉积有太阳能选择性涂层A的磨光且电抛光的管

F：沉积有太阳能选择性涂层A的电抛光的管

太阳能选择性涂层A包括四层的使用VDP(240)沉积的夹层结构。涂层包括120nm厚的粘附层、70nm厚的氮化钛铝吸收器层、30nm厚的氮氧化钛铝半吸收器层和80nm厚的氧化硅抗反射层，该粘附层包括包含95％Mo(w/w)和5％Ti(w/w)的金属层。

包括沉积有太阳能选择性涂层A的电抛光管的测试样品示出了在降低腐蚀速率方面的显著改进。

此外，测量显示，没有太阳能选择性涂层但有不同表面处理的测试样品，仅通过使基板表面光滑例如通过电抛光的使用，在降低腐蚀速度方面有显著改进。

因此，已执行的测量显示，发现使基板表面光滑并随后沉积太阳能选择性涂层A可在令人惊讶的程度上改进腐蚀性质。

图5示出了对于四层的太阳能选择性涂层，计算出的反射率(A)相对于波长以及太阳辐照度AM1.5光谱(B)相对于波长的关系。四层的太阳能选择性涂层包括120nm厚的粘附层，70nm厚的氮化钛铝吸收器层、30nm厚的氮氧化钛铝半吸收器层和80nm厚的氧化硅抗反射层，粘附层包括包含95％Mo(w/w)和5％Ti(w/w)的金属层，并且还是用于图4中示出的测量的涂层。

四层太阳能选择性涂层在350℃下的反射率，基于边界条件和基于各层材料90的反射指数的输入和各层100顺序，将使用矩阵方程算法来计算。计算四层太阳能选择性涂层，以获得光学吸收率为93％的太阳辐照度AM1.5光谱。

对于本发明，可使用的太阳选择性涂层可从在350℃的温度下，具有计算的光学吸收率＞80％的光谱太阳辐照度AM1.5并且发射率＜30％的技术方案的范围中进行选择。

图6示出了球面吸热器装置420的不同的结构。图6A示出了圆形管422，其具有的外表面为基板表面210，其上可沉积太阳能选择性涂层10。内表面可构成流体通道460。图6B示出了非圆形管424，其具有的外表面为基板表面210，其上可沉积太阳能选择性涂层10，内表面可构成流体通道460。图6C示出了双壁管426，其描述为包括两根管：较大直径的管和较小直径的管，较小直径的管放置在较大直径的管的内部且平行于较大直径的管。双壁管426的外表面为基板表面210，其上可沉积太阳能选择性涂层10，较小直径管的内表面可构成一个流体通道460，优选地，其并非用于热传导。两个管之间的环形道还可构成流体通道460。图6D示出了枕型板管428，其为弯曲成管形的枕型板。枕型板包括连接在一起的两个板，以形成内部流体通道460，因此像双壁管426那样，枕型板管428包括枕型板内的内部流体通道460和由枕型板围绕的流体通道460，优选地，该流体通道并非用于热传导。

图7示出了平面吸热器装置430的两个实施例。图7A中示出了平的吸热器装置434，图7B示出了压力成形的吸热器装置436。平的吸热器装置434在此包括圆形管422，该圆形管422机械地连接至薄板432。圆形管422设置有流体通道460，背对着圆形管422的薄板432的表面包括用于太阳能选择性涂层10的基板表面210，因此如所示太阳日射186在表面上，该表面对着太阳。

图7B示出了压力成形的吸热器装置436，其包括两个通过高压接头连接的薄板432。压力成形的吸热器装置436构成了包含在两个薄板432之间的流体通道460。面向太阳日射186的压力成形的吸热器装置的表面构成了太阳能选择性涂层10的基板表面210.

在图7A中来自平的吸热器装置434的热传递可能比图7B中通过压力成形吸热器装置而获得的热传递低，因为流体直接接触包括太阳能选择性涂层10的平的薄板432。对于平的吸热器装置434，包括太阳能选择性涂层10的平的薄板432仅在将管连接至薄板432的区域中连接，此外，到流体的热接触是间接地从薄板通过管壁至流体。

图8示出了一种通过真空沉积工艺240来制备(302)太阳能选择性涂层的方法。提供预抛光230的基板20，其上沉积粘附层30。吸收器堆叠40沉积320在粘附层30上。如果吸收器堆叠40包括多个层，各层100是每次一层地沉积。抗反射堆叠60沉积320在吸收器堆叠40上。如果抗反射堆叠60包括多个层，各层100是每次一层地沉积。

图9示出了一种用于在基板上沉积粘附层30的方法302，其作为制备太阳能涂层的方法的一部分。通过真空沉积工艺240，沉积粘附层30，并且该方法302包括几个步骤。设置340基准压力190和基板温度200。在通过真空沉积工艺240沉积粘附层之前，通过添加保护气体到处理室中来设置340工艺压力188。通过真空沉积工艺240执行350沉积。

图10示出了一种用于在基板20上沉积吸收器堆叠40或抗反射堆叠60的方法302，其作为制备太阳能选择性涂层的方法的一部分。该方法包括与执行粘附层沉积的方法类似的步骤。通过真空沉积工艺240，将吸收器堆叠或抗反射堆叠沉积，其中设置基准压力190和基板温度200。在通过真空沉积工艺240沉积粘附层之前，通过添加保护气体到处理室中来设置340工艺压力188。通过真空沉积工艺240执行沉积。如果堆叠包括多个层，可能执行几次这个步骤。

Claims (22)

1.一种沉积在基板(20)上的太阳能选择性涂层(10)，所述太阳能选择性涂层(10)包括：

-粘附层(30)，

-吸收器堆叠(40)，其包括至少一个吸收器层(42)和

-抗反射堆叠(60)，其包括至少一个抗反射层(62)

在夹层结构(70)中，设置为，粘附层(30)沉积在所述基板(20)上、所述吸收器堆叠(40)沉积在所述粘附层(30)上并且抗反射堆叠层(60)沉积在所述吸收器堆叠层(40)上，其特征在于，所述粘附层(30)包括金属层，该金属层包含难熔金属(36)和掺杂材料(34)，掺杂材料(34)包括金属或准金属，且金属层设置为非晶的无序结构(32)。

2.根据权利要求1所述的沉积在基板(20)上的太阳能选择性涂层(10)，其特征在于，所述粘附层(30)包括金属层，所述金属层包含钼和钛。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能选择性涂层(10)，其特征在于，所述粘附层(30)具有的粘附层厚度(82)范围为30nm至500nm，优选地范围在80-200nm内，甚至更优选地范围在110-130nm内。

4.根据权利要求1-3任一项所述的太阳能选择性涂层(10)，其特征在于，所述粘附层包括金属层，该金属层包含85-99％(w/w)的Mo和1-15％(w/w)的Ti，优选地，范围为90-97％(w/w)的Mo和3-10％(w/w)的Ti，甚至更优选地，范围为95-96％(w/w)的Mo和4-5％(w/w)的Ti。

5.根据上述任一权利要求所述的太阳能选择性涂层(10)，其特征在于，至少一层吸收器层(42)包括陶瓷和/或金属组合物，其包括成分选自由铝、氮、钛、氧或其组合所构成的群组。

6.根据上述任一权利要求所述的太阳能选择性涂层(10)，其特征在于，所述至少一层抗反射层(62)包括陶瓷组合物，其包括成分选自由：氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝、氧化钛或其组合所构成的群组。

7.根据上述任一权利要求所述的太阳能选择性涂层(10)，其特征在于，包括在太阳能选择性涂层(10)中的各层(100)的层厚度(80)，基于边界条件且基于各层材料(90)的反射指数输入和各层(100)的顺序，选自使用矩阵方程算法从反射率和吸收率计算获得的一组解决方案，其中所述解决方案在350℃的温度下具有光学吸收率＞80％的光谱太阳辐照度AM1.5和发射率<30％。

8.根据上述权利要求1-7中任一项所述的太阳能选择性涂层(10)，其包括三层的夹层结构(70)，其特征在于

-所述粘附层(30)包括厚度为110-130nm的包含金属层的粘附层(30)，该金属层包含85-99％(w/w)Mo和1-15％(w/w)Ti，优选地，范围为90-97％(w/w)的Mo和3-10％(w/w)的Ti，甚至更优选地，范围为95-96％(w/w)的Mo和4-5％(w/w)的Ti；

-所述吸收器堆叠(40)设置有一个吸收器层(42)，其包括110-130nm氮化钛铝层；且

-所述抗反射堆叠(60)设置有一个抗反射层(62)，其包括50-70nm氮化硅层。

9.根据上述权利要求1-7中任一项所述的太阳能选择性涂层(10)，其包括四层夹层结构(70)，其特征在于

-所述粘附层(30)包括厚度为110-130nm的包含金属层的粘附层(30)，该金属层包含85-99％的(w/w)Mo和1-15％(w/w)的Ti，优选地，范围为90-97％(w/w)的Mo和3-10％(w/w)的Ti，甚至更优选地，范围为95-96％(w/w)Mo和4-5％(w/w)Ti；

-所述吸收器堆叠层(40)设置有包括60-80nm氮化钛铝层的一层吸收器层(42)和包括20-40nm氮氧化钛铝层的一层半吸收器层(44)；且

-所述抗反射堆叠(60)设置有一层抗反射层(62)，其包括70-90nm氧化硅层。

10.包括根据上述权利要求1-9中任一项所述的沉积在基板(20)上的太阳能选择性涂层(10)的太阳能吸收器(400)，其特征在于，所述基板表面(210)设置有预抛光(230)表面，所述基板包括高温稳定金属合金。

11.根据权利要求10所述的太阳能吸收器(400)，其特征在于，所述基板包括吸热器装置(402)。

12.根据权利要求10所述的太阳能吸收器(400)，其特征在于，所述基板包括压力成形吸热器装置(436)，其设置有吸热器板并设置有至少一个流体通道、至少一个入口和至少一个出口，所述吸热器板包括通过高压接头连接的至少两个可接合的薄板，其中至少一个流体通道是压力扩张的流体通道。

13.一种选择太阳能选择性涂层(10)的方法，其特征在于，包括在所述太阳能选择性涂层(10)中的各层(100)的层厚度(80)选自根据权利要求7所述的一组解决方案。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的一种通过真空沉积工艺(240)来制备(302)太阳能选择性涂层(10)的方法，其包括步骤：

-提供(340)预抛光(230)基板(20)；

-将粘附层(30)沉积(320)在预抛光的基板(20)上；

-将吸收器堆叠(40)每次一层地沉积(320)在所述粘附层(30)上；且

-将抗反射堆叠(60)每次一层地沉积(320)在所述吸收器堆叠(40)上，

其特征在于，所述粘附层(30)包括金属层，所述金属层包含难熔金属(36)和掺杂材料(34)，所述掺杂材料(34)包括金属或准金属，且金属层设置为非晶的无序结构(32)。

15.根据权利要求14所述的制备(302)太阳能选择性涂层(10)的方法，其特征在于，所述粘附层(30)包括金属层，所述金属层包含钼和钛。

16.根据上述权利要求14或15所述的制备(302)太阳能选择性涂层(10)的方法，其特征在于，将所述粘附层(30)沉积在所述基板(20)上，包括步骤：

-提供(340)<1E-4毫巴的基准压力；

-提供(340)高于50℃的基板温度，优选地高于100℃，甚至更加优选地高于150℃；

-在通过真空沉积工艺(240)沉积所述粘附层之前，通过向仪表级的氩气处理室提供(340)保护气体来提供(340)<iE-1毫巴的工艺压力(188)；且

-执行(350)所述真空沉积工艺(240)。

17.根据上述任意权利要求14-16所述的制备(302)太阳能选择性涂层(10)的方法，其特征在于，将所述吸收器堆叠(40)沉积在所述粘附层(30)上包括步骤：

-提供(340)<1E-4毫巴的基准压力(190)；

-提供(340)高于50℃的基板温度(200)，优选地高于100℃，甚至更加优选地高于150℃；

-在通过真空沉积工艺(240)沉积所述粘附层之前，通过向仪表级的氩气处理室提供(340)保护气体来提供(340)<IE-1毫巴的工艺压力(188)；且

-使用选自由仪表级氧气、仪表级氮气所组成的群组中的至少一种反应气体，且使用的反应气体分压为1E-6至5E-4毫巴，优选地范围为5E-6至1E-4毫巴，甚至更加优选地范围为1E-5至5E-5毫巴，来执行(350)所述真空沉积工艺(240)。

18.根据上述任意权利要求14-17所述的制备(302)太阳能选择性涂层(10)的方法，其特征在于，将所述抗反射堆叠(60)沉积在所述吸收器堆叠(40)上，包括步骤：

-提供(340)<1E-4毫巴的基准压力(190)；

-提供(340)高于50℃的基板温度(200)，优选地高于100℃，甚至更加优选地高于150℃；

-在通过真空沉积工艺(240)沉积所述粘附层之前，通过向仪表级的氩气处理室提供(340)保护气体来提供(340)<IE-1毫巴的工艺压力(188)；且

-使用选自由仪表级氧气、仪表级氮气所组成的群组中的至少一种反应气体，且使用的反应气体分压为1E-6至5E-4毫巴，优选地范围为5E-6至1E-4毫巴，甚至更加优选地范围为1E-5至5E-5毫巴，来执行(350)所述真空沉积工艺(240)。

19.根据权利要求8所述的通过真空沉积工艺(240)制备(302)太阳能选择性涂层(10)的方法，包括步骤：

-使用范围为1E-5巴至5E-2巴的工艺压力且氩气作为电离气体，采用离子枪(250)离子蚀刻(228)所述基板表面(210)；

-提供高于100℃的基板温度(200)；

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)并使用氩气作为溅射气体，对包括金属层的粘附层(30)的沉积进行溅射(260)，该金属层包括钼和钛；

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)并使用氩气作为溅射气体和氮气作为反应气体，且使用的反应气体分压的范围为1E-6至5E-4毫巴，优选地范围在5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选地范围在1E-5至5E-5毫巴，对氮化钛铝层的沉积进行溅射(260)；且

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)、氩气作为溅射气体且氮气作为反应气体，以及使用的反应气体的分压的范围为1E-6至5E-4毫巴，优选地范围为5E-6至1E-4毫巴，甚至更优选地范围为1E-5至5E-5毫巴，对氮化硅的沉积进行溅射(260)。

20.根据权利要求9所述的通过真空沉积工艺(240)制备的太阳能选择性涂层(10)的方法，包括步骤：

-采用离子枪(250)离子蚀刻(228)所述基板(20)：使用范围为1E-4巴至5E-3巴的工艺压力(188)和氩气作为电离气体；

-提供高于100℃的基板温度(200)；

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)和氩气作为溅射气体，对包括金属层的所述粘附层(30)的沉积进行溅射(260)，所述金属层包括钼和钛；

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)、氩气作为溅射气体氮气作为反应气体，对氮化钛铝的沉积进行溅射(260)；

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)、氩气作为溅射气体，氮气和氧气作为反应气体，并且使用反应气体的分压的范围为1E-6至5E-4毫巴，优选地在范围为5E-6至1E-4毫巴，更加优选地范围为1E-5至5E-5毫巴，对氮氧化钛铝层的沉积进行溅射(260)；且

-使用范围为1E-3巴至1E-2巴的工艺压力(188)、氩气作为溅射气体，氧气作为反应气体，并且使用反应气体的分压范围为1E-6至5E-4毫巴的反应气体，优选地范围为5E-6至1E-4毫巴，甚至更加优选范围为1E-5至5E-5毫巴，对氧化硅层的沉积进行溅射(260)。

21.通过真空沉积工艺(240)，将太阳能选择性涂层(10)沉积在吸热器装置(402)上的方法所获得的太阳能吸收器(400)，所述太阳能选择性涂层(10)的制备是通过：

-提供(340)预抛光(230)基板(20)；

-通过离子蚀刻(228)，处理(310)基板表面(210)；

-将粘附层(30)沉积(320)在已处理的基板表面(210)；

-将吸收器堆叠(40)每次一层地沉积(320)在所述粘附层(30)上；且

-将抗反射堆叠(60)每次一层地沉积(320)在所述吸收器堆叠(30)上，

其特征在于，所述粘附层(30)包括包含难熔金属(36)和掺杂材料(34)的金属层，掺杂材料(34)包括金属或准金属，金属层设置为非晶的无序结构(32)。

22.根据权利要求21所述的方法而获得的太阳能吸收器(400)，其特征在于，所述粘附层(30)包括包含钼和钛的金属层。