溶胶凝胶技术制备太阳能选择吸收薄膜的研究

来源 :常州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sbt200905
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选择性吸收表面的设计和制备是太阳能光热转换的核心技术,采用光谱选择吸收膜是提高集热器的集热效率、工作温度和系统的性价比的重要措施。目前,工业上应用最广泛的选择吸收薄膜是由电镀和真空沉积法制备的Cr-Cr2O3、Ni-Al2O3、TiNOX等金属陶瓷类涂层。电化学法虽然高度发展但对环境污染较大,真空沉积技术则需要复杂而昂贵的设备而导致了镀膜成本的增加。现阶段对于光热转换材料的研究热点基本集中在能够利用低成本无污染的制备技术制备出具有高选择吸收性能和强耐候性能的材料。在这种需求下,溶胶凝胶技术体现出了很大的发展潜力和优势。本论文分别采用了两种不同的溶胶凝胶路线制备出了新型的光学性能优异的选择吸收薄膜,主要研究内容如下:  1.采用柠檬酸溶胶凝胶浸涂法,以柠檬酸为螯合剂、聚乙二醇200为酯化剂成功制备出了CuMnCoOx的尖晶石选择吸收薄膜。考察了不同的薄膜制备条件,如(Cu+Mn+Co)/CA摩尔比、PEG/CA摩尔比、膜厚等因素对薄膜表面结构和光学性能的影响。对于吸收机理的研究表明,粒径接近20nm的纯相的尖晶石粒子是拓展CuMnCoOx薄膜本征吸收能力的决定性因素。此外,热处理过程中在薄膜表面形成的孔洞(~300 nm)进一步降低了薄膜在紫外区的反射,延长了薄膜对低波的吸收路径。结果证明,当(Cu+Mn+Co)/CA/PEG=1时,所制备的单层薄膜膜厚约385nm,其吸收率高达0.93,明显高于文献中所制备的单层尖晶石薄膜(~0.88)。  2.采用溶胶凝胶一步法,以二乙醇胺或四乙烯五胺为Cu2+的螯合剂和Ag+的还原剂,首次合成出了具有类金属陶瓷结构的Ag-CuO的复合选择吸收薄膜,开发出了可用于选择吸收的薄膜新体系。结果表明,在溶胶形成阶段,Ag+被成功还原成粒径约20 nm单质Ag。此外,在500℃空气气氛的热处理过程中,单质银并未被氧化,而是发生了相互团聚和纵向生长从而形成了大颗粒的纳米晶,其在薄膜表面形成的针尖矩阵结构,有效增加了Ag和CuO的本征吸收面积。合成的优化条件显示当[Cu2+]=0.2M,Ag+/Cu2+=0.32时,所制备单层Ag-CuO吸收薄膜膜厚约125nm,其在太阳主要辐射波段的吸收率可以达到0.850。经减反处理后,薄膜吸收率提高至0.917,发射率仅为0.05。
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