Этот тип селективных поверхностей представляет собой разновидность двухслойных структур, состоящих из поглощающего и отражающего слоев, описанных в предыдущем разделе. Их изготавливают нанесением на высоко отражающую подложку слоя материала, в котором пигментирующие частицы распределены в связующем. Впервые возможности покрытий такого типа были продемонстрированы в 1963 г. [278]. Были изготовлены покрытия из PbS, состоящие из частиц полупроводника, распределенных в соответствующем связующем. Эти покрытия обладают рядом преимуществ, таких, как простота получения и нанесения, низкая стоимость, возможность обработки больших площадей, устойчивость к атмосферным воздействиям. Ряд исследователей изучали оптические свойства селективных красок, в которых в качестве пигмента использовались полупроводниковые материалы [207, 227], неорганические соединения металлов (в частности, окислы) [211], органические черные красители [221] и металлические порошки [ 294, 295]. Широкие исследования селективных красок проводятся в фирме "Ханиуэлл", США [211]. Некоторые типы селективных красок для преобразователей солнечной энергии описаны в следующих разделах.
5.7.1. Селективные краски с пигментом из полупроводниковых материалов
Уильямс и др. [278] получали сульфид свинца в разных кристаллических формах и с различными размерами частиц осаждением из раствора и затем смешивали его с кремний-органической смолой. Покрытия наносили на чистый алюминий методом осаждения или распыления.
Рис. 5.7.1. Спектральные отражательные способности покрытий из PbS плотностью 0,68 мг/см2 на подложке из чистого алюминия [278].
----------------------- алюминий без покрытия;_______
сплошное покрытие из PbS (расчетные значения); · дендритные кристаллы полупроводникового материала размером 0,1 мкм; О- кубические кристаллы полупроводникового материала размером 0,6 мкм.
После полного оседания частиц РЬ S воду удаляли и влажные покрытия высушивали в атмосфере азота. Сульфид свинца, который использовали для приготовления покрытий, осаждался из реактивной смеси, содержащей нитрат свинца и восстановитель. Размер частиц регулировали подбором кислотности раствора, концентрации реагентов и времени реакции, причем кубические кристаллы больших размеров получали при концентрации реагентов ниже 0,02 М. Полученные частицы промывали, высушивали и диспергировали в кремний-органической смоле марки 805 (DC 805) производства фирмы "Доу корнинг", растирая в ступе. Чтобы придать кремний-органической смоле такую вязкость, при которой ее можно распылять, к ней добавляли ксилол, и покрытие наносили распылением с помощью небольшой форсунки на диск из алюминия высокой чистоты. На рис. 5.7.1 приведены спектральные отражательные способности покрытий из PbS с кремний-органической смолой [278]. На рис. 5.7.2 показано влияние размера кристаллов PbS на отражательную способность покрытий. Эти покрытия включали кремний-органическую смолу, и при общей плотности покрытий 0,22 мг/см и 0,72 мг/см2 плотность PbS составляла 0,17 мг/см2 и 0,50 мг/см2 соответственно. Поглощательная способность относительно солнечного излучения и степень черноты возрастают от 0,84 до 0,92 и от 0,19 до 0,71 соответственно при изменении плотности покрытия от 0,18 до 1,80 мг/см2.
Рис. 5.7.2. Спектральные отражательные способности покрытий из PbS-Si, нанесенных на лист чистого алюминия, при двух значениях размера частиц полупроводникового материала и двух значениях плотности покрытия [278].
А - частицы дендритной структуры размером 0,1 мкм, В —частицы размером 0,01 мкм; 1 — плотность PbS 0,17 мг/см2 при общей плотности покрытия 0,22 мг/см2; 2 - плотность PbS 0,56 мг/см2 при общей плотности покрытия 0,72 мг/см2.
Следовательно, степень черноты сильнее зависит от толщины пленки, чем поглощательная способность. Недавно были изготовлены селективные краски [227], в которых в качестве пигментирующих веществ использованы полупроводниковые материалы Si, Ge и PbS, распределенные в силиконовой смоле. Порошок PbS приготовляли описанным выше методом осаждения из раствора. Были использованы имеющиеся в продаже порошки кремния и германия с размером частиц до 4,4 мкм. Отношение объема частиц к объему связующего в красках составляло 3:1. Краски наносили распылением на подложку из полированной нержавеющей стали. Краски затвердевали при температуре 150°С в течение 2 ч. Значения поглощательной способности (относительно солнечного излучения) селективных красок с пигментом из PbS, Ge и Si составляли 0,96, 0,91 и 0,83 соответственно, а степень черноты всех образцов при комнатной температуре превышала 0,70.
Таблица 5.7.1. Оптические свойства селективных красок с полупроводниковыми материалами в качестве пигментов
Широкие исследования селективных красок с пигментом из полупроводниковых материалов были выполнены Маром и др. [211]. Были рассмотрены около 30 полупроводниковых материалов, обладающих высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения и одновременно высокой пропускательной способностью в ИК-области спектра, в сочетании с несколькими связующими при различной объемной концентрации пигмента. В качестве связующих были использованы полимеры па основе олефинового ряда, полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР), этилен-пропиленовый материал (ЕРМ), этилен-пропилен-дионовый материал (EPDM) и кремний-органический смола производства фирмы "Доу корнинг". Полимеры олефинового ряда прозрачны в ИК-области спектра, но при температурах выше 100°С теряют термическую стабильность. Кремний-органические смолы менее прозрачны для ИК-излучения, чем полимеры олефинового ряда, но сохраняют стабильность при высоких температурах. Оптические свойства некоторых селективных красок с полупроводниковыми материалами в качестве пигмента представлены в табл. 5.7.1. При толщине более 25 мкм покрытие становится неселективным. Следовательно, для получения селективных красок с оптическими свойствами, необходимыми для преобразователей солнечной энергии, толщина покрытия должна быть значительно меньше 25 мкм.
Селективные неорганические краски с окислами металлов в качестве пигментов
Исследовались [211, 221] оптические свойства различных окислов металлов, таких, как медно-хромовые Сu-СrОх (марки "Метеор" 7890) [222], хромово-медные Сr-СuОх (марки V-302 и F-2302) [296], железо-марганцево-медные FeMn - CuOx (F -6331) [296], мед- но-хромово-марганцевые CuCrMnOx (L-4128-12) [222], кобальто-железомарганцевые
СоFeMnΟx (L-3850-30) [222], медно-железо-марганцевые CuFeMnOx(L-3938-19) [222] и кобальто-железные CoFeOx (L-4128-45) [222] и т.п. в сочетании с разными связующими материалами. В качестве связующих были использованы материалы РР, EPDM и кремний-органическая смола (SIL). Пигментами служили отожженные смеси металлических окислов. Покрытия из красок наносились на полированные подложки из чистого алюминия и отвердевались. Оптические свойства некоторых неорганических селективных красок с металлическими окислами в качестве пигментов представлены в табл. 5.7.2. Перспективными являются покрытия из пигментирующей смеси F-6331 в кремний-органической смоле (DC 808 или SR-125), поглощательная способность которых относительно солнечного излучения, αs, составляет 0,92, а степень черноты ετ=0,13. На рис. 5.7.3 показана спектральная отражательная способность покрытий из селективной краски 30 об.% F-6331/SR-125 толщиной 6,35 мкм. Для этих покрытий типичными являются значения поглощательной способности в области солнечного спектра и степени черноты 0,88 и 0,17 соответственно. Из табл. 5.7.2 видно, что покрытия с пигментирующим составом F-6331 имеют более высокое значение отношения поглощательной способности к степени черноты, чем покрытия с пигментирующими составами V-302 или "Метеор" 7890, при одинаковых их содержаниях и толщинах покрытий.
