高温太阳光谱选择性吸收涂层计算机模拟

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1、第29卷第11期太阳能学报V0I．29．No．112008年l1月ACTAENERGIAESOLARISs】NICANOV．．2008高温太阳光谱选择性吸收涂层计算机模拟丁大伟，蔡伟民(上海交通大学环境学院，上海2O0240)摘要：在近几年国际高温涂层研究的基础上，根据理论研究和实验结果从几方面因素(如材料、膜层结构、陶瓷中金属组分等)分析了其对高温吸收涂层效率的影响。在M0一03双吸收层涂层的基础上，利用计算机计算了金属体积分数配比和膜层厚度变化下整个涂层的吸收比和发射比，计算结果表明，膜厚和吸收层中Mo的体积分数对涂层的吸收比和发射比影响效果差异较大，选择合适的控制因子不仅可以提高涂层的吸

2、收比(=O．92～0．95)，而且还能有效控制涂层的发射比(￡≤0．05)。关键词：高温；选择性吸收涂层；计算机模拟中图分类号：TK513文献标识码：A新型高温太阳能吸收涂层的研究朝着耐久性、耐腐0引言蚀性、低成本的方向大范围展开，出现了一些新材太阳光谱吸收涂层按其适用范围可分为低温、料，新膜层结构和经济性的加工工艺。本文在近几中温、高温太阳能涂层3类。低温是指工作温度在年国际高温涂层研究的基础上，根据理论研究和实100~C以下，这类太阳光谱吸收涂层主要应用在太阳验结果从几方面因素(如材料、膜层结构、陶瓷中金热水器上；中温太阳光谱吸收涂层主要应用在太阳属组分等)分析了其对高温吸收涂层效率的影响

3、，为能空调上，其工作温度分布在100～200~C，在这个温高温吸收涂层的设计提供了依据。以Mo一O3双度范围一般来说温度越高，空调的COP越大；高温层膜为研究对象，借助计算机模拟着重剖析了吸收太阳光谱吸收涂层的工作温度在350~C以上，随所选涂层对入射光本身吸收和相消性干涉的作用机理，传热介质(如油，盐溶液)的不同而设定(最高可达计算在不同金属体积分数配比和膜层厚度下整个涂800oc)，通过高倍反射聚焦来实现。这类太阳能涂层的光学性能，并得出最优化的涂层结构。层主要应用在太阳能热电站，甚至可以利用它产生一吕的高能量分解水制氢，属于太阳能热利用中的前沿亍L领域。●选择性吸收涂层具有在太阳光谱可见

4、．近红外＼波段高吸收，在红外波段高反射的特性。由于太阳鳗杂辐射光谱主要集中在0．3～2．5／an范围内，而黑体辐驿射强度峰值主要分布在红外波段(如图1所示)，根据基尔霍夫定理，对红外波段光谱的全反射可避免材料表面因热辐射而损失热量，因此，选择性吸收涂图1太阳光谱和黑体辐射强度对照层满足最大限度吸收光波的同时又能减少热损。从Fig．1ASIMG173—03Referencespectra＆Hackbody目前发展来看，选择性吸收涂层是一种可靠的、有待irradiationdensityat350~C拓展的吸收结构。自20世纪80年代太阳光谱选择性吸收涂层在太阳能热电站的应用取得成功以来，收稿日期

5、：2007-05．31通讯作者：丁大伟(1982一)，男，博士研究生，主要从事金属陶瓷在中高温太阳能选择吸收涂层中的应用方面的研究。davidding@sjtu．edu．cn太阳能学报29卷层材料有s、AlzO、A1N等。1膜层结构薄膜的吸收机理包括膜层相消性干涉和吸收层良好的光谱选择性吸收涂层是由对红外光谱高金属粒子的本身吸收。若多层膜结构已经确定，对反射的金属基底和对可见光高吸收的多层膜构成。入射光吸收起主要作用的就是复合材料中的金属粒多层膜的特点是其折射率(n)和消光系数(k)从空子。吸收层中金属粒子尺寸大小一般在几到几十纳气．膜界面到金属基底逐渐递增，理想的状况是膜表米之间，在这样小的

6、尺寸下金属粒子呈现出一些新面折射率(n)为1，消光系数(k)为0，即所谓的减反的物理化学特性：金属费米能级附近的电子能级不射层，不吸收任何波长的光波；置于减反射层和金属连续、价带电子不能形成导带，能隙变宽，使得金属基底之间的部分称为吸收层，吸收层的设计主要有微粒不再具有同样材质的宏观大块物体不具备的新多级膜层结构和双吸收层结构。涂层的总厚度一般的光学特性l7J。表现为对入射光谱吸收带变宽，吸只有几百纳米，对红外光是透过的；同时，几层膜也收带向短波方向移动，对红外光基本透过。由于太会引起入射光的相消性干涉，有助于提高吸收比。阳光谱辐射主要集中在0．3—2．5tma，金属粒子的带吸收层也称为金属陶

7、瓷吸收层，由金属陶瓷复隙大于0．5eV(对应的光谱波长为2．5m)才适用于合材料组成。近30年的实验表明，由金属基底、一选择性光谱吸收层。Mo、Ru、W、Cr等纳米级金属微层金属含量单一的吸收层和减反射层构成的吸收涂粒在可见光范围吸收能力很强，且在高温下热稳定层吸收比(a0．8)达不到实际应用要求，提高金属性良好，适用于高温太阳光谱选择性吸收涂层。已体积分数可提高吸收比，但发射比也相当高_】]，光