Хотя в природе не существует материалов с идеальной селективностью оптических свойств, некоторую селективность можно обнаружить, например, у таких материалов, как переходные металлы и полупроводники. Чтобы служить селективным поглотителем, каждый из этих материалов должен быть сильно видоизменен. Как правило, в металлах край полосы плазменного отражения находится примерно на длине волны 0,3 мкм и может быть сдвинут в направлении ИК-области путем создания внутренних центров рассеяния. На рис. 5.2.1 показана спектральная отражательная способность МоО3, легированного Мо [200, 201]. Для сравнения на том же графике приведена спектральная отражательная способность чистого вольфрама, обладающего наибольшей спектральной селективностью свойств. С другой стороны, путем увеличения степени вырождения полупроводника можно подавить плазменный резонанс в ИК-области.
Рис. 5.2.1. Спектральная отражательная способность окисла МоO3, легированного Мо, и металлического вольфрама [200].
_______________________ окисел МоO3, легированный Мо;---------------- вольфрам.
Таблица 5.1.1. Поглощающие селективные покрытия
Рис. 5.2.2. Спектральная зеркальная отражательная способность карбида гафния HfC [83].
В работах [83, 200, 201, 203] рассматриваются возможности использования полупроводниковых материалов, обладающих селективностью свойств, в качестве поглощающих поверхностей в солнечных установках. Карбид гафния HfC имеет неодинаковую отражательную способность в разных частях спектра. Он обладает высокой отражательной способностью относительно теплового ИК-излучения и высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения [83, 202]. На рис. 5.2.2 представлена кривая спектральной зеркальной отражательной способности HfC. Такая форма кривой получается при степени черноты около 0,1 и поглощательной способности относительно солнечного излучения около 0,65. Для эффективного преобразования солнечной энергии требуется более высокая поглощательная способность относительно солнечного излучения и резкий переход от низкой отражательной способности к высокой. Возможно, что такие характеристики HfC можно получить или путем изменения структуры и (или) состава его решетки, или путем нанесения на его поверхность покрытия из диэлектрика оптической толщиной в четверть длины волны. Селективные поверхности из Hf С пригодны для использования в качестве поглощающих поверхностей при повышенных температурах, поскольку этот материал имеет высокую температуру плавления.
Спектральную селективность свойств проявляют (рис. 5.2.3) три окисла переходных металлов: европия, рения (в монокристаллической форме) и ванадия.
Рис. 5.2.3. Спектральная отражательная способность окислов европия, рения (в монокристаллической форме) и ванадия [ 204].
Переход от низкой отражательной способности к высокой у всех трех окислов происходит в сравнительно коротковолновой области солнечного спектра. Отличительной особенностью этих окислов является [ 203] не до конца заполненная d-оболочка металлических ионов. При соединении такого иона с кислородом электроны занимают d-уровень, что и обусловливает оптические свойства окислов. Для дальнейшего развития работ по использованию материалов с селективностью свойств в качестве поглощающих поверхностей в солнечных установках необходимо ясное понимание их зонной энергетической структуры, структурных дефектов и т.п.
Другим материалом с высокой отражательной способностью в области теплового ИК-излучения и одновременно с высокой пропускательной способностью в области солнечного спектра является гексаборид лантана LaB6 [204]. Благодаря высокой пропускательной способности относительно солнечного излучения, составляющей 0,85,
LаВ6 ведет себя как селективное прозрачное окно или как прозрачное теплоотражающее покрытие.
Переход от высокой пропускательной способности к высокой отражательной способности происходит в области длин волн 0,5 — 0,6 мкм. На рис. 5.2.4 показана отражательная способность покрытия LaB6 на стекле [205].
λ, мкм
Рис. 5.2.4. Спектральная зеркальная отражательная способность покрытия из LaВ6 на стекле и того же покрытия с внешним просветляющим слоем СаF2
[205]. покрытие из LaВб ; покрытие из LaВ6 с внешним просветляющим споем.
