Композитные покрытия, состоящие из мелких частиц металла, распределенных в диэлектрике, известные также под названием керметных пленок, обладают оптическими свойствами, подходящими для создания эффективных поглощающих поверхностей в солнечных установках. Эти пленки сильно поглощают в области солнечного спектра благодаря межзонным переходам и резонансному рассеянию на мелких частицах, и одновременно они прозрачны для ИК-излучения. Если керметные пленки наносятся на высокоотражающее металлическое зеркало, то формируется двухслойная селективная поверхность с высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения и низкой степенью черноты. Резонансное рассеяние зависит от оптических свойств и размеров как частиц, так и материала диэлектрика, в который они внедрены. Переходом от рассеяния путем отражения к резонансному рассеянию объясняется различие свойств покрытий из черного золота и золотой черни [321, 322]. Эти покрытия аналогичны по физической структуре, размерам частиц и плотности. Оба покрытия являются сильно поглощающими в видимой и ближней ИК-областях спектра. Покрытия из черного золота состоят из субмикронных частиц чистого золота, нанесенных на диэлектрические подложки, и сохраняют металлические свойства массивного металла. Золотые черни испаряются в условиях, когда в ту же систему добавляется окисел вольфрама, который образует изолирующую пленку.
Черное золото сильно поглощает в ИК-области спектра вследствие влияния свободных электронов металла, в то время как золотая чернь прозрачна для ИК-излучения. Следовательно, присутствие небольшого количества окисла вольфрама в частицах золотой черни приводит к резкому изменению оптических свойств покрытий. Покрытия из черного золота изготовляли [ 323 - 325] путем испарения золота с помощью вольфрамового нагревателя в атмосфере азота и смеси азота и кислорода. На рис. 5.10.1 показаны спектральные распределения зеркальной отражательной способности покрытий из черного золота и золотой черни, нанесенных на медную подложку. В соответствии с представленным на рис. 5.10.1 спектральным распределением отражательной способности значение поглощательной способности относительно солнечного излучения образца покрытия из черного золота плотностью 0,81 г/м2, нанесенного на медную подложку при давлении 1,33 МН/м2 в воздушной среде, составляет 0,88,а его степень черноты при 400°С равна 0,10. Теоретическое распределение, рассчитанное по теории Ми для покрытия плотностью 0,89 г/м2 с частицами золота размером 240 нм, нанесенного на медную подложку, дает значения α= 0,75 и ε = 0,07 при 400°С.
Некоторые авторы [326 - 345] предприняли широкие исследования композитных покрытий металл — диэлектрик и полупроводник — диэлектрик, нанесенных при одновременном распылении, путем электрохимического осаждения и различными методами осаждения из паровой фазы.
Р и с. 5.10.1. Спектральные распределения зеркальной отражательной способности покрытий из черного золота и золотой черни, нанесенных на медную подложку при различных условиях [323].
1 — черное золото, осажденное в атмосфере очищенного от кислорода азота при давлении 400 Па, плотность покрытия 0,81 г/м2; 2 — черное золото, осажденное в атмосфере азота с примесью 5% кислорода при давлении 400 Па, плотность покрытия 0,9 г/м2; 3 - золотая чернь, осажденная в атмосфере азота с примесью 20% кислорода при давлении 400 Па, плотность покрытия 0,98 г/м2; 4 — золотая чернь, осажденная в атмосфере азота с примесью 20% кислорода при давлении 1 300 Па, плотность покрытия 0,98 г/м2; 5 - окисел вольфрама, осажденный в атмосфере чистого кислорода при давлении 400 Па, плотность покрытия 0,97 г/м2.
Одним из самых широко используемых селективных покрытий является покрытие из черного хрома, представляющее собой, по существу, композитную пленку, получаемую электрохимическим осаждением и состоящую из смеси калиброванных частиц хрома и окисла хрома, относительное содержание которых меняется по толщине пленки [ 83, 84, 326, 328].
Преимуществом покрытий из черного хрома, нанесенных методом электрохимического осаждения, является их низкая стоимость, однако они нестабильны при повышенных температурах (выше 300°С). В последнее время внимание многих исследователей привлекают композитные пленки, осажденные из паровой фазы, которые обладают хорошей стабильностью при высоких температурах и одновременно высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения и низкой степенью черноты.
