本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。 综述 太阳能是一种辐射能,具有即时性,必须及时转换成其他形式的能量才能利用和存储。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同形式的能量转换器。 集热器通过吸收面可将太阳能转换成热能。利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换为电能。通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能还有转换成氢能和各种机械能等等。 原则上太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量,但转换次数越多,最终太阳能的利用效率就越低。 热能转换材料 综述 太阳能光热应用无疑是人类利用太阳能最简单、最直接的有效途径。然而由于太阳光到达地球后能量密度较小而又不连续,给大规模开发利用带来困难。这就要求人们想办法尽量把低品位的太阳能转换成高品位的热能,对太阳能起到富集作用,以便最大限度地加以利用。在一系列众所周知的光热应用技术中,选择性吸收涂层技术是其中的核心技术,对于提高太阳能的热转换效率,大规模推广太阳能光热应用起着至关重要的作用。 组成材料 首先它必须是一种复合材料,即由太阳光辐射的吸收和红外光谱的反射两部分材料组成。辐射的吸收是指辐射通过物质时,其中某些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离子或分子等)选择性地吸收,从而使辐射强度减弱的现象。其吸收的实质,在于吸收使物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的跃迁。在太阳光谱区,波长在0.3~2.5μm的太阳辐射强度最大,因此对该光谱区的光量子吸收是关键。所以材质中只有存在与波长0.3~2.5μm光子的能量相对应的能级跃迁,才具有好的选择吸收性。 一般来说,金属、金属氧化物、金属硫化物和半导体等发色体粒子的电子跃迁能级与可见光谱区的光子能量较为匹配,是制备太阳能选择性涂层吸收层的主要材料,如黑铬(CrxO )、黑镍(NiS-ZnS)、氧化铜黑(CuO )和氧化铁(FeO )等。而作为吸收材料基材的红外反射层一般采用红外反射率较高的材料,如铜、铝等金属,以获得较低的红外发射率,达到减少自身辐射热损的目的。 分类 选择性吸收涂层有各种不同的分类方法。通常可按吸收原理和涂层构造不同进行分类,如本征半导体型、干涉型、渐变型等。为了介绍方便,本文按涂层技术发展过程中制备方法的不同进行分类,大致如下: (1)涂料涂层:由粘结剂和金属氧化物颗粒组成,制备方法一般采用涂刷和喷涂的方法。 (2)电化学涂层:包括电镀