彩色的太阳能选择性吸收薄膜的基础研究

彩色的太阳能选择性吸收薄膜具有对太阳能高的吸收率，低的红外发射率，容易与现代化建筑物的外观相匹配，实现太阳能光热技术与建筑一体化，对于提升我国的太阳能光热技术水平有重要的意义。我们将在已有的光电子薄膜的设计、制备以及监控等工作的基础上，开展制备彩色（红、绿或蓝）的选择性吸收薄膜的研究。研究镀膜工艺条件、材料成分比例以及多层膜的优化设计对制备多层膜的颜色、吸收率、发射率及结构等特性的影响。包括磁控溅射制备不同金属成分比例、不同氮气分压的金属－氮化铝薄膜；从光谱数据求解薄膜的光学常数和厚度；利用光学多层膜设计软件，设计出在可见光不同波长位置具有相对不同反射率的选择性吸收薄膜；采用双靶共溅射沉积彩色的选择性吸收薄膜。研制的薄膜将具有较好的色彩（红、绿或蓝色），且太阳能吸收系数大于0.88，红外发射率小于0.1。发表高质量SCI或EI收录论文5篇，申请国家发明专利1项，培养硕士研究生4名。

根据国家自然科学基金《彩色太阳能选择性吸收薄膜的基础研究》项目计划书的要求，经过三年多的研究，该项目已经完成以下任务：.1、编写了从光学光谱求解金属膜、介质膜和金属与介质膜混合膜的光学常数和厚度的计算机程序。该程序已经计算了金属铜膜、钛膜、铬膜以及半导体氧化亚铜膜的光学常数及膜厚，也求解了金属铝掺氮化铝膜的光学常数和膜厚，计算结果与SEM和台阶仪测量的结果一致；.2、利用磁控溅射或热蒸发方法，制备了单层的金属钛和铬薄膜，研究了制备工艺条件及薄膜厚度对样品的结构、形貌和光电学性质的影响；.3、利用磁控溅射方法制备了不同成分配比的掺铁的氮化铝薄膜，研究了氮气流量对掺铁的氮化铝薄膜的光学性质和结构的影响；.4、在理论上设计和分析了由铁掺氮化铝和氮化铝构成的三层结构的彩色太阳能选择性吸收薄膜；.5、设计和研制了由金属钛与氮化铝介质膜构成的多层结构的彩色太阳能选择性吸收薄膜；.6、研究了金属钛与氮化铝介质膜构成的多层结构的太阳能选择性吸收薄膜的在真空和大气环境下的高温热稳定性能；7、在透明导电的掺铝氧化锌薄膜上生长有序的氧化锌纳米杆；.8、利用热蒸发方法，在多孔氧化铝模板上沉积了银纳米颗粒膜，该薄膜有很好的表面拉曼增强效应。.总之，经过三年多的研究，已经能够采用光学多层膜设计软件设计出高质量的彩色太阳能选择性吸收薄膜，也能够利用磁控溅射镀膜设备成功制备出彩色的太阳能选择性吸收薄膜，研制样品的颜色有：黑色、红色、兰色、黄色和绿色等等，样品的太阳能吸收系数高达0.92，红外发射率小于0.08。由金属钛和氮化铝介质膜构成的多层结构彩色太阳能选择性吸收膜研究成果已经发表在SCI收录一区期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》上。本课题已经取得丰富的成果，发表高质量学术论文20篇，其中SCI收录论文11篇（一区1篇，二区2篇），EI收录论文12篇，培养硕士研究生7名，中青年学科带头人2位。