О формировании спектрально-селективных термооксидных покрытий на поверхности хромистой стали для использования в устройствах солнечной энергетики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследован процесс формирования спектрально-селективных покрытий-абсорберов оптического излучения с высоким коэффициентом поглощением, полученных термическим оксидированием высокохромистой стали Х18Н10Т в течение 1 ч в воздушной атмосфере при температурах 100–900°С. Состав пленок и их толщина контролировали с помощью ИК-Фурье-спектроскопии диффузного отражения и спектральной рефлектометрии зеркального отражения. Показано, что толстые оксидные слои (1400 А) с высоким поглощением в широком диапазоне длин волн солнечного излучения, получаются путем термооксидирования пластин стали при 800–900°C. К сожалению, толстые покрытия, получаемые воздушным оксидированием стали при высоких температурах, спектрально слабо селективны, обладают невысокой механической прочностью, могут растрескиваться, осыпаться. Более тонкие оксидные слои (400–800 А) с невысоким содержанием окислов хрома, формируемые при оксидировании стали при 500–600°С, позволяют получить спектрально-селективное поглощение, достаточное для работы соответствующих преобразователей оптического излучения видимого диапазона. Такие слои более прочны, компактны, имеют высокое оптическое качество и многослойную и/или градиентную структуру, позволяют сформировать 1- и 2-слойные интерференционные покрытия необходимой толщины и состава, обладают высоким поглощением и выраженным фотоэлектрическим откликом в спектральных областях видимого солнечного излучения.

Об авторах

В. А. Котенев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mmvp@bk.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский пр., 31/4

Список литературы

  1. Kalogirou S.A. // Progress in Energy and Combustion Science. 2004. V. 30. № 3. P. 231–295.
  2. Evangelisti Luca, De Lieto Vollaro Roberto, Asdrubali Francesco // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. V. 114. P. 109318.
  3. Ghobadi B., Kowsary F., Veysi F. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2022. V. 58. P. 486–500.
  4. Kennedy C.E. Review of mid-tohigh-temperature solar selective absorber materials. United States: National Renewable Energy Laboratory; 2002 NREL/TP-520-31267, July.
  5. Boriskina S.V., Ghasemi H., Chen G. // Materials Today. 2013. V. 16. № 10. P. 375–386.
  6. Iakobson O.D., Gribkova O.L., Tameev A.R. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 753–759.
  7. Demirbilek N., Yakuphanoğlu F., Kaya M. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 488–499.
  8. Medina-Almazán A.L., López-García N., Marín-Almazo M. et al. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 723–734.
  9. López-Marino S. et al. // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2014. V. 130. P. 347–353.
  10. Zhorin V.A., Kiselev M.R., Vysotsky V.V. et al. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 52–58.
  11. Kumar D., Singh A., Shinde V. et al. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2022. V. 58. P. 999–1010.
  12. Zahra S.T., Syed W.A., Rafiq N. et al. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 321–328.
  13. Roos A., Ribbing C.G., Carlsson B. // Solar Energy Materials. 1989. V. 18. № 5. P. 233–240.
  14. Davison R.M., Ekerot S., Watanabe H. // J. Mol. Tech. 1978. V. 3. P. 2.
  15. Edwards D.K., Gier J.T., Nelson K.E., Roddick R.D. // Solar Energy. 1962. V. 6. P. I.
  16. Sharma V.C., Hutchins M.G. // Solar Energy. 1979. V. 23. P. 89.
  17. Valkonen E., Karlsson B. // Solar Energy Materials. 1982. V. 7. P. 43–50.
  18. Котенев В.А., Зимина Т.Ю. // Защита металлов. 2002. Т. 38(6). С. 640–644.
  19. Мровец С., Вербер Т. Современные жаростойкие материалы. Справочник. М.: Металлургия, 1986. 360 с.
  20. Yen S.K., Tsai Y.C. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. № 8. P. 2493.
  21. Kotenev V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 1150–1158.
  22. Kotenev V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 1097–1104.
  23. Tyurin D.N., Kotenev V.A. // Measurement Techniques. 2022. V. 65. P. 608–613.
  24. Беннет Х.Е., Беннет Дж.М. Прецизионные измерения в оптике тонких пленок – в сб.: Физика тонких пленок. Под ред. Хасса Г., Туна Р.Э. М.: Мир, 1970. Т. 4. С. 7.
  25. Прикладная инфракрасная спектроскопия – Под ред. Кендалла Д. М.: Мир, 1970. 376 с.
  26. Azzam R.M.A., Bashara N.M. Ellipsometry and Polarized Light. North-Holland. Amsterdam. 1977.
  27. Azzam R.M.A., Kemp R.H., Jr. // Surf. Sci. 1983. V. 135. № 1. P. 261–275.
  28. Kotenev V.A. // Ellipsometric tomography. Proc. SPIE. 1992. V. 1843. P .259.
  29. Abeles F. // Ann. de Physique. 1950. V. 5. P. 596, 706.
  30. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1973. С. 66. (M. Born, E. Wolf. Principles of optics. Oxford: Pergamon Press. 1968.)
  31. Котенев В.А. // Микроэлектроника. 2002. Т. 31(6). С. 466–478.
  32. Poling G.W. // J. Electrochem Soc. 1969. V. 116. № 7. P. 958.
  33. Юрченко Э.Н., Кустова Г.Н., Бацанов С.С. Колебательные спектры неорганических соединений. Изд-во Наука. Сиб. Отд., Новосибирск, 1981, 145 с.
  34. Ottesen D.R. // J. Electrochem. Soc. Solid State Science and Technology. 1985. V. 132. № 9. P. 2250.
  35. The Sadtler Standard Spectra. Sadtler Res. La, US A, 1969.
  36. Dvoraic V., Teitknecht W. // Helv. Chim. Acta. 1969. V. 52. № 2. P. 575.
  37. Mertens P.P. // National Association of Corrosion Engineers. 1978. V. 34. № 10. P. 359.
  38. Tanaka T. // Jap. J. Applied Physics. 1979. V. 18. № 6. P. 1043.
  39. Idczak E., Oleszkiewicz E. // Thin Solid Films. 1981. V. 77. № 4. P. 301.
  40. Винчелл А.Н., Винчелл Г.В. // Оптические свойства искуственных минералов. М.: Мир. 1967. С. 98
  41. Шумская Н.И. Определитель рудных минералов по спектральным кривым отражения. Л.: Недра. 1985.
  42. Окисление металлов. Под ред. Бенара Ж. М.: Металлургия. 1968. Т. 2. 448 с. (Oxydation des Metaux. Sous la direction de Benard J. Paris: Gauthier-Villars. 1962. V. 2).
  43. Whittle P.D., Wood G.C. // J. Electrochem. Soc. 1968. V. 115. № 2. P. 133–142.
  44. Wallworth G.R. // Rep. Prog. Phys. 1976. V. 39. P. 401–485.

Дополнительные файлы


© В.А. Котенев, 2023