太阳选择性吸收涂层认识纲要(下)

清华大学 ■ 殷志强

4) 新工艺方法：有郭射宇博士(江苏吴江科技创业园)提出的气流溅射法、德国安铝使用的热熔胶法等，相关图谱如图6所示。由图6可知，郭射宇博士提出的气流溅射法制备的涂层α=0.92，εn=0.06(80℃)，德国安铝热熔胶样品α=0.91，εn=0.31。样品由殷志强、周小雯等人采用PE Lambda 950和美国“dts”仪在北京卫星厂检测，测试显示涂层的性能不良。

2.6 吸收涂层反射曲线

2.6.1 波长在0.3～2.5µm的情形

1) 极小值：1个极小值、2个极小值、3个极小值。

2) 反射曲线形状：“峡谷”、“勺形”；“平谷”、“平底锅”、“平地坡”、“平铲”。

3) 实际涂层测量与理论计算如图7～11所示。

图6 新工艺制备的图层性能检测

图7

图8

图9

图10

4) 理论计算太阳吸收比极大值约0.96(AM1.5)。用分光光度计测试太阳吸收比的不确定度可达0.01，一个百分点。

2.6.2 波长在0.3～15µm的情形

AlN/SS-N-O/Al基材的吸收涂层反射曲线如图12所示。

图11 太阳吸收比与发射比的准确测量

从涂层反射曲线可计算80～500℃不同温度下发射比。镜反射附件的金膜标准样品反射比可追溯来自英国国家物理实验室，研发传递至PE红外光谱仪金积分球(液氮冷却)测试结果的不确定度(误差)为：

Zhou-Au样品e=0.021±0.006

Ke-AgCu样品e=0.026±0.006

Sun-Al样品e=0.046±0.007

图12 红外光谱仪，液氮冷却金积分球

2013年11月19日召开了表面低发射比测量的专家评议会，该仪器及附件、测试方法可才采用总反射能谱法校对，卡计法的低热发射比参考标准样品。

2.7 太阳选择性吸收涂层厚度方向的化学成分分析

太阳选择性吸收涂层厚度方向的化学成分分析使用俄歇电子扫描(AES)或光电子谱(XPS)进行检测，如图13、14所示。

图13 SiO2/Cr-N-O/Cu 吸收涂层

图14 SiO2/Cr-N-O/AlOx/Al 吸收涂层

3 检验吸收涂层的耐久性

3.1 高温老化试验

1) 按 GB/T 26974-2011《平板型太阳能集热器吸热体技术要求》从平板型太阳能集热器吸热体上截取3片为试验样板，将试验样板放置在250℃空气中200h，再次测量试样的太阳吸收比和法向发射比，计算得出平均吸热体表面光学性能的评价函数(衰减系数)PC值。

PC值的计算式为：

式中，-芶σ为太阳吸收比变化值，无量纲；5芿ν为法向发射比变化值，无量纲。

2) 热发射比的加权因子为0.5更合适(Solar Energy-Collector components and materials — Part 3: Absorber surface durability ISO-DIS- 22975-3，2013公布)，PC值的计算式变为：

老化温度根据涂层工作温度选择。

3) PC≤0.05，检验合格，期望寿命25年。

3.2 高湿度试验

按ISO-DIS-22975-3空气中湿气和吸收涂层表面的冷凝水都可能会引起老化反应。无机氧化物组成选择性吸收涂层可能会发生水化反应导致涂层的发射比增大。95%RH(相对湿度)，需在两种温度40℃和30℃或40℃和60℃进行测试。

吸热体耐高湿度空气中含SO2(二氧化硫)腐蚀试验，按ISO-DIS-22975-3标准；空气中的SO2由燃煤引起(供选择)。

3.3 耐盐雾试验

按我国GB/T 26974-2011中要求按照GB/T 1771的有关规定进行集热器吸热体涂层带划痕的耐盐雾试验。

中性盐雾试验条件试验溶液为氯化钠盐水浓度：50±5g/L(三级水)，盐雾箱内的温度为35±2℃，工作压力1kg。

3.4 检验结论

通过一年多的试验研究工作，结论如下：

1) 德国与我国制造的太阳集热器吸热体涂层，铝基材上的太阳选择性涂层在经过24h盐雾试验后，都发生“腐蚀”。耐盐雾性好的，样品未带划痕经标准盐雾试验如图15所示。

图15

2) 国标GB/T 26974-2011《平板型太阳能集热器吸热体技术要求》实施需制定细则。可能的方法有：小于0.5～1h的盐雾试验，目测不能有腐蚀斑点；中性盐雾试验48h，测试试验前后吸热体涂层的太阳吸收比与热反射比，建立评价函数PC，而目前使用的卡计法测热发射比的不确定度问题，对试验后的判断带来困难。

3) 太阳能集热器在海边长期工作，需要盐雾检验。

4 讨论与结论

1) 我国已掌握选择性吸收涂层的设计、计算与优化方法，涂层的制备方法、试验方法与测试方法。

2) 国产化有较大的进展，还需继续努力，在不远的将来，涂层性价比优于发达国家的产品，将改变平板集热器吸热体国际市场的格局。

3) 我国的市场经济快速发展，企业结构转型，要技术进步、提高质量。而低价、低质量是没有竞争力的，加速企业的浮沉。

4) 企业的发展，在资金方面，要改变重装备、轻知识、轻技术的建设。研发投入严重不足。

5) 人们关切环境与空气，政府下决心治理雾霾，企业家的社会责任与经济效益一致，对湿法与干法制备吸收涂层，要用发展的眼光，要放弃与不要引进对环境不友好的工艺方法。

6) 实施国标，与国际接轨，国内要启动SO2的试验，SO2与盐雾试验建议作为标准的选择项目。

致谢：对周小雯、焦青太、魏宝成与尧克光等人的有益讨论与帮助表示衷心的感谢。