磁控濺射法制備Cr-Cr_2O_3干涉型太陽(yáng)能選擇吸收薄膜的研究

【摘要】：太陽(yáng)能選擇性吸收薄膜是太陽(yáng)能光熱應(yīng)用中關(guān)鍵的技術(shù)，但是現(xiàn)階段太陽(yáng)能選擇性吸收薄膜普遍存在光熱轉(zhuǎn)換效率低、工藝重復(fù)性差、高溫下穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)在這方面的研究更是相對(duì)落后。因此，在常規(guī)能源相對(duì)匱乏的情況下，對(duì)太陽(yáng)能選擇性吸收薄膜的研究顯得重要。本文采用射頻反應(yīng)磁控濺射的方法制備太陽(yáng)選擇吸收薄膜，并研究膜的制備工藝，分析膜的光學(xué)性能。 以純度99.99%的單質(zhì)Cr為靶材，Ar為工作氣體，O2為反應(yīng)氣體，在玻璃基片上濺射制備Cr-Cr_2O_3薄膜。研究濺射時(shí)間、氧氣流量、濺射功率對(duì)薄膜成分結(jié)構(gòu)的影響，濺射時(shí)間和靶基距離對(duì)薄膜厚度的影響。結(jié)果表明氧氣流量和濺射功率對(duì)薄膜成分影響較大，隨著氧氣流量的增加，薄膜中Cr2O3成分逐漸增多，Cr的含量逐漸減小，氧氣流量配比不合適的時(shí)候薄膜中還會(huì)出現(xiàn)鉻的其他氧化物。隨著濺射功率的增大，薄膜中Cr2O3含量逐漸減少，Cr含量逐漸增多。薄膜的厚度隨濺射時(shí)間呈線性增長(zhǎng)。 以拋光金屬Cu基片為紅外反射層，磁控濺射法制備不同Cr含量的Cr-Cr_2O_3金屬陶瓷雙吸收層，并使用SnO2為減反射層，獲得干涉型選擇性吸收薄膜。著重研究雙吸收層的厚度、低金屬層的金屬含量和高金屬層的金屬含量對(duì)薄膜光譜選擇吸收性能的影響。結(jié)果表明：（1）雙吸收層的厚度將影響吸收峰的位置和吸收極值的大小。隨著厚度的增加吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收極值趨近于反射零點(diǎn)。（2）低金屬層的金屬含量影響薄膜的光吸收效果。隨金屬含量的增加，吸收效果明顯加強(qiáng)，當(dāng)金屬含量進(jìn)一步增加時(shí)，反射率明顯增加，干涉效應(yīng)消失。（3）高金屬層的金屬含量影響薄膜的截止波長(zhǎng)和吸收效果。隨金屬含量的減少，薄膜的截止波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收效果增強(qiáng)，但是紅外反射率明顯變?nèi)?，光譜選擇性變差。 綜合考慮濺射時(shí)間、氧氣流量、濺射功率、靶基距離等各因素的影響，優(yōu)化濺射工藝，制備了性能優(yōu)良的干涉型太陽(yáng)能選擇性吸收薄膜。薄膜具有明顯的光譜選擇性，在470nm和1500nm處出現(xiàn)吸收峰，截止波長(zhǎng)在2500nm處。高金屬含量層和低金屬含量層的厚度分別為110nm和78nm，吸收率為0.9486。 【關(guān)鍵詞】：射頻反應(yīng)磁控濺射 選擇性吸收薄膜 Cr-Cr_2O_3 金屬含量 厚度 吸收率
【學(xué)位授予單位】：中南民族大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：O484.1
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 概述10-18
• 1.1 太陽(yáng)能的熱利用10-11
• 1.2 太陽(yáng)能光譜選擇性吸收薄膜11-16
• 1.2.1 選擇性吸收薄膜的工作原理11-12
• 1.2.2 選擇性吸收薄膜的分類(lèi)12-14
• 1.2.3 選擇性吸收薄膜的制備工藝14-16
• 1.3 膜系設(shè)計(jì)和工藝選擇16-17
• 1.4 本課題的主要內(nèi)容和研究意義17-18
• 1.4.1 主要內(nèi)容17
• 1.4.2 研究意義17-18
• 第二章 薄膜制備和檢測(cè)18-25
• 2.1 磁控濺射技術(shù)18-20
• 2.1.1 濺射技術(shù)基礎(chǔ)18
• 2.1.2 磁控濺射工作原理18-19
• 2.1.3 反應(yīng)磁控濺射簡(jiǎn)介19-20
• 2.2 薄膜制備20-22
• 2.2.1 磁控濺射設(shè)備介紹20-21
• 2.2.2 基底材料及預(yù)處理21
• 2.2.3 薄膜的制備工藝流程21-22
• 2.3 薄膜檢測(cè)手段22-25
• 2.3.1 薄膜厚度的測(cè)量22-23
• 2.3.2 薄膜反射率的測(cè)量23
• 2.3.3 X 射線衍射分析23-24
• 2.3.4 X 射線光電子能譜分析24-25
• 第三章 單層 Cr-Cr_2O_3金屬陶瓷薄膜的性能研究25-35
• 3.1 Cr2O3薄膜25-27
• 3.1.1 沉積 Cr-Cr_2O_3薄膜的最優(yōu)工藝參數(shù)25-26
• 3.1.2 最優(yōu)工藝條件下 Cr-Cr_2O_3薄膜的性能分析26-27
• 3.2 反應(yīng)濺射工藝對(duì)薄膜物相成分的影響27-32
• 3.2.1 濺射時(shí)間對(duì) Cr-Cr_2O_3薄膜物相成分的影響27-28
• 3.2.2 氧氣流量對(duì) Cr-Cr_2O_3薄膜物相成分的影響28-30
• 3.2.3 濺射功率對(duì) Cr-Cr_2O_3薄膜物相成分的影響30-32
• 3.3 反應(yīng)濺射工藝對(duì)薄膜厚度的影響32-34
• 3.3.1 濺射時(shí)間對(duì)薄膜 Cr-Cr_2O_3厚度的影響32-33
• 3.3.2 靶基距對(duì)薄膜 Cr-Cr_2O_3厚度的影響33-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第四章 雙吸收層 Cr-Cr_2O_3干涉型選擇吸收薄膜特性研究35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 雙吸收層薄膜厚度對(duì)光學(xué)性能的影響35-37
• 4.3 低金屬含量層中金屬相含量對(duì)薄膜光學(xué)性能的影響37-39
• 4.4 高金屬含量層中金屬相含量對(duì)薄膜光學(xué)性能的影響39-40
• 4.5 優(yōu)化工藝條件下制備選擇性吸收薄膜的性能分析40-41
• 4.6 小結(jié)41-43
• 第五章 總結(jié)43-45
• 參考文獻(xiàn)45-48
• 致謝48-49
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表學(xué)術(shù)論文目錄49

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