太阳光谱选择性吸收薄膜表征及加速老化研究.pdfVIP

摘要 摘 要 太阳能集热器是把太阳辐射能转换为某种其他有用能量形式的设备的基本部件，主 要用于对水和对空 进行加热。它能捕获入射的太阳辐射,转换成有用的热能,然后用这 些能量来加热传热工质。所有这些最好能在成本最低、能量损失最少的情况下完成，而 吸热体，也就是我们通常所说的板芯，是太阳能集热器最重要的组成部分之一，吸热体 的性能直接决定热水器的性能。为了能够提高效率, ,吸热体需要具有光谱选择性,如最大的光谱吸收率和最小的热发射率。选择性吸收薄膜 从1950年开始被广泛研究,应用磁控溅射做出来的吸热体具有很好的光学性能和较长的 寿命,但是一个缺点就是成本很高。为了能够对其性价比有一个较为清晰的了解，吸热体 的使用寿命成为大家越来越关注的一个问题。吸热体表面材料的光热转换效率、成本、 耐久性等是反映吸热体性能的关键指标。如何 明吸热体性价比最好，就需要对材料的 耐久性及其在使用条件下的寿命作出一个量化的评价。本文主要针对磁控溅射薄膜工艺 制作的薄膜，研究其在不同的环境条件下进行加速老化实验方法的研究及其构件的性能 测试等。 为了研究平板型太阳热水器板芯表面的高温耐久性，结合国外的实验方法及国内的 应用特点设计了本实验方法。本方法以板芯表面光学性能的衰减来推断系统的寿命，即 在一定的高温实验条件下模拟加速衰减过程，以板芯表面光学性能衰减小于5％作为判 断板芯合格的标准。文中选择了三种国内外比较典型的不同材料及膜层结构的磁控溅射 样品分别进行了使用寿命、光学性能及微观结构等方面的对比研究。另外,本文对样品进 行了0.5%HCl溶液浸泡腐蚀并取得了一定的成果。 结果显示,如果以国际上对使用寿命的标准要求来对比的话，三种吸热体中国内生 产的NiCrN O 吸收层与NiCrO 减反射层相结合的薄膜高温抗氧化性能和耐盐酸浸泡性 x y x 能最好，其次是德国的Cr O 吸收层与SnO 透射层相结合的反射－吸收型吸热体，最后 x y 2 是国内的TiN O 吸收层与Ti O 减反层相结合的吸热体薄膜。在高温老化实验中，导致薄 x y x y 膜光学性能衰退的主要是高温氧化作用，而在HCl溶液腐蚀的老化实验中，对光学衰退 + + 作出贡献的则主要是H ，反应机理是薄膜中的氧化物以及基材中的铜与H 发生水合反 应产生腐蚀，从而导致光学性能的衰退。 关键词:太阳能,薄膜,吸热体,加速老化,实验程序,服务寿命 摘要 i Abstract Abstract Solar thermal collectors are mainly used for domestic water and space heating. They capture incident solar radiation, convert it to useable thermal energy, and transfer the energy into a heat transfer fluid. All of this should be accomplished economically with minimal energy loss. One of the most important components of the solar thermal collector is the solar absorber. To be effective, the absorber should exhibit wavelength selective, i.e. have maximum solar absorptance and minimum thermal emittance. Absorber solar absorptance have been studied