溶膠凝膠法太陽能選擇性吸收涂層的制備及其性能研究.pdf

1、能源是人們賴以生存的基礎(chǔ)，在新能源的開發(fā)中，太陽能具有獨特的優(yōu)勢。太陽能的熱轉(zhuǎn)化，是利用太陽能的主要途徑之一，在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，有極大的應(yīng)用。太陽能選擇性吸收涂層，是熱發(fā)電集熱器的核心元件，該類涂層的開發(fā)，是太陽能熱轉(zhuǎn)化課題中研究的重點之一。優(yōu)質(zhì)的選材，合理的結(jié)構(gòu)，簡單的工藝，良好的性能是研制涂層的主要目標和方向。目前已開發(fā)出的涂層均存在一些缺陷，尤其表現(xiàn)在制備成本、生產(chǎn)工藝和中高溫?zé)岱€(wěn)定性等方面。因此，本文探索性的從尋求新材料體系、

2、優(yōu)化制備工藝、熱穩(wěn)定性分析等方面作了相關(guān)研究。由于純金屬W和Mo對太陽光具有明顯的選擇性吸收性，且由它們組成的涂層具備良好的中高溫穩(wěn)定性，因此本課題選擇在涂層中摻入Mo元素，以制備具有一定中高溫?zé)岱€(wěn)定性能且選擇性吸收效果良好的MoO2-NiO-Al2O3涂層，并在此基礎(chǔ)上制備了W-Al2O3涂層，以期促進我國太陽能光熱技術(shù)的發(fā)展。
　　本課題采用溶膠凝膠的方法，通過均勻設(shè)計法設(shè)計實驗方案，在石英基底上成功的制備出MoO2-NiO-

3、Al2O3涂層和W-Al2O3涂層，并通過TG-DSC測試儀器、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和分光光度計檢測分析涂層的性能。研究和分析了組分配比、混合溶膠的體積和熱處理制度對涂層性能的影響。并考察了填充因子和Ni摻雜對涂層光學(xué)性能的影響，以及涂層的熱穩(wěn)定性能。
　　在MoO2-NiO-Al2O3涂層的研究中，探討了涂層中各組分配比和混合溶膠的體積對涂層光學(xué)性能的影響，研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)涂層的高、中、低摻雜層的填充因子分別為0.68，0.

4、60，0.25，高摻雜、中摻雜、低摻雜、減反射層各層的溶膠體積分別為0.14ml、0.16ml、0.12ml、0.26ml時，涂層具有最佳的吸收性能，其吸收率為86.6％，發(fā)射率為66.3％，品質(zhì)因子為1.31。在MoO2-NiO-Al2O3涂層研究的基礎(chǔ)上，將涂層的組成成分改為W和Al2O3，采用同樣的方法，探討W-Al2O3涂層中各組分配比和混合溶膠的體積對涂層光學(xué)性能的影響，研究表明:當(dāng)涂層的高、中、低摻雜層的填充因子分別為0.9

5、5，0.43，0.18，高摻雜、中摻雜、低摻雜、減反射層各層的溶膠體積分別為0.20ml，0.18ml，0.22ml，0.08ml，涂層具有最佳的光吸收性能，其吸收率約達91％，發(fā)射率為79％，品質(zhì)因子為1.14。相比較兩種涂層，在同樣的制備方法條件下，從優(yōu)選出的性能最佳樣品的品質(zhì)因子可以看出，較W-Al2O3涂層而言，MoO2-NiO-Al2O3涂層具有更優(yōu)的太陽能選擇性吸收性能。
　　基于MoO2-NiO-Al2O3涂層和W-

6、Al2O3涂層優(yōu)選分析的基礎(chǔ)上，對這兩種涂層的性能分別進行了研究分析。對于MoO2-NiO-Al2O3涂層，通過研究熱處理對涂層結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性能的影響，提出了涂層的最佳燒結(jié)升溫速率。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用5℃/min勻速升溫時，MoO2-NiO-Al2O3涂層具有最好的光學(xué)性能，其品質(zhì)因子為1.32。
　　對于W-Al2O3涂層，通過利用缺少不同填充因子摻雜層為單一變量，探究填充因子對涂層光學(xué)性能的影響。并在維持原W-Al2O3涂層

7、制備參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，通過對涂層摻雜Ni金屬紅外高反射層，探究摻入Ni金屬層后，涂層光學(xué)性能的變化。研究發(fā)現(xiàn):填充因子對復(fù)合涂層光吸收性能的影響隨太陽光波段的不同而不同，在紫外可見光波段，缺少了中等大小填充因子層的涂層，具有更高的吸收率，在近紅外波段，缺少了最大填充因子層的涂層，具有更高的吸收率。當(dāng)原涂層摻雜Ni金屬層后，磁控濺射時間t=10min時，α/ε達到最佳，其值為1.15，比原涂層的α/ε提升了1％。
　　為了對選擇性吸