隨著大量化石能源的消耗,由此引發(fā)的能源問題和環(huán)境問題等日漸成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。因此,開發(fā)和利用可再生清潔能源迫在眉睫。太陽能作為一種儲(chǔ)量豐富的可再生清潔能源,受到越來越多的關(guān)注。目前利用太陽能的方式主要有光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換等。其中,光熱轉(zhuǎn)換是利用太陽能最直接、最簡(jiǎn)單也是歷史最悠久的方式。太陽光譜選擇性吸收涂層作為光熱轉(zhuǎn)換的主要載體,其性能對(duì)太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率以及太陽能熱利用和推廣至關(guān)重要。本論文基于金屬／介質(zhì)干涉型多層結(jié)構(gòu),通過光學(xué)軟件設(shè)計(jì)高性能的吸收涂層,采用磁控濺射方法制備彩色吸收涂層和高溫太陽光譜吸收涂層,并進(jìn)一步研究吸收涂層在大氣和真空環(huán)境下的熱穩(wěn)定性。論文具體內(nèi)容如下：(1)基于金屬／介質(zhì)多層膜結(jié)構(gòu),通過光學(xué)軟件設(shè)計(jì)、利用磁控濺射方法在已沉積Cu薄膜的石英襯底上制備高性能的AIN/Ti/AIN/Ti/AIN吸收涂層并進(jìn)一步研究其熱穩(wěn)定性。理論優(yōu)化的吸收涂層吸收率為0.959,實(shí)驗(yàn)沉積的吸收涂層吸收率約為0.95,發(fā)射率約為0.07。將吸收涂層置于大氣和真空環(huán)境中在不同溫度下進(jìn)行退火處理,并從吸收涂層的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性質(zhì)三方面研究了該Ti/AIN多層膜結(jié)構(gòu)吸收涂層的熱穩(wěn)定性。在大氣環(huán)境400℃或者真空環(huán)境600℃內(nèi)進(jìn)行退火,吸收涂層的吸收率變化量均小于0.011,發(fā)射率的變化量均小于0.02,且其PC值均小于0.05。這些結(jié)果表明AIN/Ti/AIN/Ti/AIN吸收涂層在大氣環(huán)境400℃或真空環(huán)境600℃內(nèi)具有較好的熱穩(wěn)定性。(2)通過光學(xué)軟件設(shè)計(jì)了紫色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、黃綠色和橙黃色等顏色的Ti/SiO2/Ti/TiO2/SiO2高性能彩色吸收涂層,采用磁控濺射法制備出相應(yīng)的吸收涂層。這些吸收涂層的吸收率均達(dá)到0.95,發(fā)射率均低于0.09,具有良好的光學(xué)性能。此外,還研究了藍(lán)色吸收涂層在大氣和真空環(huán)境下不同溫度退火處理的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明,真空環(huán)境下,隨著退火溫度升高,吸收涂層的吸收率逐漸減小,發(fā)射率及其變化量均逐漸增大,且涂層的色差也逐漸增大；當(dāng)退火溫度為500℃及更高溫度時(shí),吸收涂層的光學(xué)性能發(fā)生退化。與真空環(huán)境下退火相比,大氣環(huán)境下退火后吸收涂層性能退化更明顯,吸收涂層在大氣環(huán)境400℃退火處理就遭到氧化,光學(xué)性能變差。(3)基于Mo/Si3N4多層膜結(jié)構(gòu),通過光學(xué)軟件設(shè)計(jì)了不同膜層的太陽光譜選擇性吸收涂層。五層的吸收涂層Mo/Si3N4/具有良好的光學(xué)性能,并進(jìn)一步研究了該吸收涂層在大氣和真空環(huán)境高溫下的熱穩(wěn)定性。吸收涂層的光學(xué)性能表明,吸收涂層在大氣環(huán)境625℃具有良好的熱穩(wěn)定性,而在大氣環(huán)境650℃高溫下,吸收涂層的光學(xué)性能變差,主要是因?yàn)橥繉又械腗o遭到部分氧化。同時(shí),與大氣環(huán)境退火相比,吸收涂層在真空環(huán)境下具有更好的熱穩(wěn)定性,且吸收涂層在真空環(huán)境800℃高溫下仍具有良好的光學(xué)性能。說明吸收涂層Mo/Si3N4/Mo/Si3N4/SiO2可用于高溫集熱器。
【學(xué)位單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TK519
【部分圖文】：

太陽能熱發(fā)電是太陽能熱利用另外一個(gè)重要方向。聚光集熱器將太陽光聚集在逡逑面積較小的吸熱面上并轉(zhuǎn)換成熱能，通過傳統(tǒng)電力裝置循環(huán)發(fā)電。根據(jù)聚光方式不逡逑同，太陽能熱發(fā)電可分為槽式、塔式和碟式蘭種＾８＾，如圖１－１所示。逡逑國W W逡逑（ａ）槽式聚光太陽能熱發(fā)電（ｂ）塔式聚光太陽能熱發(fā)電（Ｃ）碟式聚光太陽能熱發(fā)電逡逑圖１－１邋Ｈ種聚光太陽能熱發(fā)電圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ邋ｓｏｌａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．逡逑其中，（ａ）是槽式聚光熱發(fā)電，它是利用槽型拋物面反射鏡將太陽光反射到位于逡逑－２－逡逑

１．３．１理想太陽光譜選擇性吸收涂層逡逑太陽光譜選擇性吸收涂層就是對(duì)太陽光譜吸收具有選擇性的材料。吸收涂層應(yīng)逡逑盡可能多地吸收太陽能，也應(yīng)盡可能少地向周圍損失能量。圖１－２為埋想太陽光譜逡逑選擇性吸收涂層反射光譜曲線（實(shí)線）及歸一化的ＡＭ１．５太陽轄射譜和８０邋°Ｃ黑體福逡逑射譜（虛線）。圖中，理想吸收涂層在太陽光譜區(qū)域反射率為零，即吸收涂層對(duì)太陽逡逑福射能量完全吸收；而在紅外光譜區(qū)域完全反射，即吸收涂層不向外福射任何能量。逡逑ｎ逡逑｝巧洰邐樹餅！邐：邐？、逡逑０－８－料邐／邋＼逡逑0邋Ｓ邋？：、邐？邐？？逡逑１。６－邋／邋＼逡逑Ｓ0‘４＿邋Ｉ邋皿非邋Ｉ氣邐．１邋扣ｏｃｋＭｙ邋說逡逑氣邋２－聲�。唬脲澹姡义希埃埃保哼姡剩椋戾澹椋洌娺姡叔义希埃尺姡边姡保板义希祝幔觯澹欤澹睿珏寤ǎǎ椋颍�；逡逑圖１－２理想太陽光譜選擇性吸收涂層反射曲線與太陽福射譜的關(guān)系逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｉｄｅａｌ邋ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ａｂｓｏｒｂｅｒ邋（ｓｏｌｉｄ邋ｌｉｎｅ），邋ａｎｄ邋Ｕｉｅ邋ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｓｏｌａｒ逡逑ｈｒａｄｉａｎｃｅ邋ａｔ邋ＡＭ邋１．５邋ａｎｄ邋化ｅ邋ｉｄｅａｌ邋ｂｌａｃｋｂｏｄｙ邋ｅｍｉｓｓｉｖｅ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ａｔ邋８０邋°Ｃ邋（ｄｏｔｔｅｄ邋ｌｉｎｅ）．逡逑－３－逡逑

１．３．１理想太陽光譜選擇性吸收涂層逡逑太陽光譜選擇性吸收涂層就是對(duì)太陽光譜吸收具有選擇性的材料。吸收涂層應(yīng)逡逑盡可能多地吸收太陽能，也應(yīng)盡可能少地向周圍損失能量。圖１－２為埋想太陽光譜逡逑選擇性吸收涂層反射光譜曲線（實(shí)線）及歸一化的ＡＭ１．５太陽轄射譜和８０邋°Ｃ黑體福逡逑射譜（虛線）。圖中，理想吸收涂層在太陽光譜區(qū)域反射率為零，即吸收涂層對(duì)太陽逡逑福射能量完全吸收；而在紅外光譜區(qū)域完全反射，即吸收涂層不向外福射任何能量。逡逑ｎ逡逑｝巧洰邐樹餅！邐：邐？、逡逑０－８－料邐／邋＼逡逑0邋Ｓ邋？：、邐？邐？？逡逑１。６－邋／邋＼逡逑Ｓ0‘４＿邋Ｉ邋皿非邋Ｉ氣邐．１邋扣ｏｃｋＭｙ邋說逡逑氣邋２－聲��；ｋ邋／邐．．．．．．逡逑０．０１：邐Ｊｉｌ邋ｉｄ／邐邐Ｊ逡逑０．３邐１邐１０逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇ邋化（（ｉｒｎ；逡逑圖１－２理想太陽光譜選擇性吸收涂層反射曲線與太陽福射譜的關(guān)系逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｉｄｅａｌ邋ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ａｂｓｏｒｂｅｒ邋（ｓｏｌｉｄ邋ｌｉｎｅ），邋ａｎｄ邋Ｕｉｅ邋ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｓｏｌａｒ逡逑ｈｒａｄｉａｎｃｅ邋ａｔ邋ＡＭ邋１．５邋ａｎｄ邋化ｅ邋ｉｄｅａｌ邋ｂｌａｃｋｂｏｄｙ邋ｅｍｉｓｓｉｖｅ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ａｔ邋８０邋°Ｃ邋（ｄｏｔｔｅｄ邋ｌｉｎｅ）．逡逑－３－逡逑

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2818059