当前，随着世界范围内的能源枯竭和环境污染问题日益加重，太阳能热力系统由于能够提供一种具有成本竞争力并且可以替代传统能源的有效途径，成为了人们日益关注的焦点。在太阳能热力系统中（Fig.1），太阳光谱选择性吸收涂层是太阳能光热转化的关键组成部分。从理论上来讲，这种涂层具有能够收集绝大部分的太阳光并且将光能转化成热能，同时也可以减少热发射损耗等特点，它在0.3-2.5 μm波长范围内拥有高的吸收率(α)，在2.0-20 μm的红外区域拥有低的发射率(ε)。吸收率和发射率的比值，称之为太阳光谱选择性，用来评估涂层既能够吸收太阳光热量又可以减少热辐射损失的能力。目前已有的研究工作主要集中在如何提高涂层的光学性能，然而，为了将光热系统在其整个使用寿命周期中性能衰减降到最低，涂层的热稳定性能同样至关重要。

Upper one: Schematic of the flat plate collector,in which the absorber plate is the key component；Bottom one: The flat plate collector used in the domestic hot water supply.

        最近，由曹鸿涛博士领导的研究团队，成功开发出铬基材料体系的太阳光谱选择性吸收涂层，并且提出了相应的热老化机理。CrNxOy涂层是采用2英寸金属Cr靶材(99.95%)通过磁控溅射技术沉积在铜或者硅基衬底上制备得到的。涂层采用多层结构设计（Fig. 2），其中包括扩散阻挡层（Cr-N层）、吸收层（Cr-O层）、增透减反层（SiO2层）以及红外反射层（铜基底）。经过工艺优化，涂层呈现出高的吸收率(α为0.947)和低的发射率(ε为0.05@80℃)。此外，为了探讨涂层性能衰减和老化机理之间的联系，通过显微拉曼光谱、X射线光电子能谱和俄歇电子能谱等方法对比研究了热处理前后涂层的光学性能、微观结构以及化学成分的变化，分析得出涂层维持热稳定性的致命伤是铜元素在涂层整体或者界面处的扩散、界面之间的化学相互作用以及界面宽化（Fig. 3）。

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Figure 3. AES analysis results of the Si/CrNxOy/SiO2 coating:

(a) as-deposited; (b) 278 ℃ treated for 300h.

           该研究工作成果发表在Solar Energy Materials & Solar Cells, 114, 186(2013)上。

（纳米事业部）