【摘要】：太陽能是理想和潔凈的新能源和可再生能源，也是人類最值得開發(fā)利用的第一大替代能源。由于全球范圍內(nèi)的不可再生能源快速消耗，環(huán)境污染帶來的壓力逐年增加，太陽能利用技術(shù)必然會得到高速發(fā)展。 在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能集熱器是將太陽輻射轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿闹匾骷�。而太陽能選擇性吸收薄膜是太陽能集熱器的主要功能組件，是太陽能光熱轉(zhuǎn)換中最為關(guān)鍵的部分，也是獲得高光熱轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。 本文從太陽能選擇性吸收薄膜的基本原理出發(fā)，對材料選擇、吸收機理以及制備方法等方面進(jìn)行了介紹，對太陽能選擇性吸收薄膜的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了論述。選擇最合適的方法，提出了一種高吸收太陽能選擇性吸收薄膜的方案。 選擇自身性能優(yōu)良的金屬和介質(zhì)材料，設(shè)計了以Ti-Si3N4-Ti-Si3N4為膜系結(jié)構(gòu)的太陽能選擇性吸收薄膜，采用光學(xué)薄膜的導(dǎo)納圖解設(shè)計理論，利用介質(zhì)薄膜1/4法則算出介質(zhì)膜的厚度、MATLAB編程計算出半透明金屬吸收層的厚度，從而確定膜系各層薄膜的厚度。使用Essential Macleod模擬軟件計算出該膜系的反射率及光學(xué)導(dǎo)納，對膜系的光學(xué)性能進(jìn)行仿真模擬。模擬結(jié)果顯示：該膜系在可見光-近紅外光區(qū)的平均反射率在4%~5%之間，吸收率在95%~96%之間，滿足設(shè)計要求。 采用JGP560型磁控濺射鍍膜機在玻璃基底上鍍制Ti(100nm)-Si3N4(60~70nm)-Ti (10~20nm)-Si3N4(60~70nm)薄膜，驗證薄膜設(shè)計計算結(jié)果以及Essential Macleod軟件仿真結(jié)果的正確性。實驗結(jié)果表明：Ti(100nm)-Si3N4(64nm)-Ti(15nm)-Si3N4(64nm)薄膜在可見光近紅外光區(qū)的平均反射率在5%~7%之間，其吸收率在93%~95%之間，滿足設(shè)計要求。 最后對該太陽能選擇性吸收薄膜性能分析做了總結(jié)，并對今后的研究發(fā)展進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK513.1;TB383.2
【圖文】：

圖 1.1 太陽光譜和黑體輻射及理想的和實際的反射譜Fig. 1.1 Solar radiation spectrum and blackbody radiation spectrum如圖1.1所示，在給同一溫度T下，一個實際物體的單色發(fā)射率與其在對同波長輻射的吸收率相等，并且對于所有表面來說，其單色吸收率與發(fā)射率之比是相同的。太陽能選擇性吸收薄膜的最基本的理論依據(jù)就是，在不同的溫度、相同的波長下，物體的吸收率也不會等于發(fā)射率；在不同的波長、相同的溫度下，物體的吸收率與發(fā)射率也不會相等。太陽光的主要輻射波長在0.3~2.5μm之間，而實際物體表面的接收波長則是在5~50μm之間，所以太陽能選擇性吸收薄膜的主要作用就是獲得對0.3~2.5μm范圍內(nèi)太陽輻射能的高吸收。1.2.2 材料選擇與吸收機理從上世紀(jì)八十年代以來

510nm處實現(xiàn)相消干涉。此種薄膜在很多方面具有很好的穩(wěn)定性，特別是在高溫的穩(wěn)定性下，它的發(fā)射率非常低。上述幾類選擇性吸收膜結(jié)構(gòu)如圖1.2所示：圖 1.2 五類選擇性吸收薄膜[21]Fig. 1.2 Five types of solar spectrally selective films[21]1.2.3 太陽能選擇性吸收薄膜的制備方法薄膜的制作工藝極大地影響了薄膜的光學(xué)特性。不同工藝方法制備的薄膜，不僅光學(xué)性能存在差異，其在組織結(jié)構(gòu)、機械、電學(xué)上都會存在各個差異。其常用的制備方法包括電化學(xué)沉積法、化學(xué)轉(zhuǎn)換著色法、溶膠凝膠法、高頻磁控濺射法、真空蒸發(fā)沉積法以及離子噴涂法等[22-25]。近幾年也開發(fā)了不少新工藝，比如金屬-陶瓷復(fù)合鍍、塑料鍍和電刷鍍等。下面簡單地介紹一下其常用的制備方法[26]：1） 電化學(xué)沉積法：即在生產(chǎn)上應(yīng)用比較廣泛的電鍍法。將部件放置在含有所需要沉積元素的溶液中，然后通入電流進(jìn)行鍍制。其溶液中的極板作為正極，所需要鍍制的部件作為負(fù)極。薄膜厚度由電鍍時間控制。電鍍法的優(yōu)點包括其設(shè)備工藝比較成熟，電鍍材料種類繁多，生產(chǎn)效率比較高，成本較低，而且還可以電鍍大型工件，還能保持設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)運作；但其缺點也比較明顯，用該法制備組成4

光波是電磁波，所以麥克斯韋方程和物質(zhì)方程建立了空間任意磁場強度與其所在的介質(zhì)性能兩者的聯(lián)系。在介質(zhì)中的電場以及磁場強度表示為0 00 02exp i( )2exp i( )E E t k rH H t k r BEt ， 并利用B H，可得 0 00 0/rNNH k E k Ec 0 0 0 Ny。在光波段， 1r ，所以0H Y ( k E)。 波動光學(xué)理論，電磁波在兩種介質(zhì)界面的振幅反射、透射系數(shù)透射系數(shù)：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2775565