1 太阳能光谱选择性吸收涂层的基本概念太阳可以等效为一个高温的黑体不断向外辐射能量，其表面温度高达6000 K。所辐射的能量在到达地球表面前，由于地球大气层中存在的臭氧、氮、氧、水蒸气以及尘埃等粒子会对太阳辐射形成吸收和散射作用，使得到达地球表面的辐射能量主要集中在0。25～2。5的波长范围内。如图1。1所示，峰值波长约为0。5，其中，紫外波长部分（< 0。4 ）占6。4 %，可见光波长部分（0。4～0。76）占48 %，近红外波长部分（0。76～2。5）占45。6 %。因此绝大部分太阳光辐射的能量是在紫外可见和近红外波长范围内。而通常情况下，一般物体(包括光谱涂层)向外辐射的能量主要集中在中远红外（2。5～25）的波长范围内。通过维恩位移定律我们可以知道，物体自身温度升高时，所产生的红外辐射的峰值就会向短波方向移动。100 oC时，物体的的辐射主要在7。5左右，300 oC时移动到6左右，而500 oC时约为4。太阳能光谱选择性吸收涂层的光谱选择性就是通过利用物体在不同温度下辐射能量分布范围的不同，得到一种在可见光近红外波段(0。25～2。5)具有高吸收率，同时在中远红外波段(2。5～25)具有低发射率的效果。83123

图1。1 光谱选择性吸收的理想反射率

一个太阳能光谱选择性吸收涂层的好坏的判断主要通过涂层的吸收率和发射率以及涂层优质系数。吸收率的定义为物体吸收能量与投射在物体表面上的总能量之比，即（1）

对于不透明的涂层，其透射率T（）为0，其吸收率为

其中为入射波长，为入射角，R为反射率。通过测试涂层在0。25～2。5的反射率，可以计算得到光谱涂层相应的吸收率，再结合太阳光谱辐射密度在波长上的强度分布，对整个涂层的吸收率在可见近红外波段（0。25～2。5）进行积分从而得到涂层总的太阳光吸收率：论文网

其中，为光谱的辐射密度强度分布，、分别取0。25和2。5为太阳光波长的积分上下限值。

发射率定义为涂层表面向外发射的辐射密度和同温度下的黑体表面所发射的辐射密度之比，即

又由基尔霍夫定律可知

因此，涂层的发射率可用以下公式算出：

式中分别取2。5和25作为涂层辐射的下限值和上限值。黑体辐射常数，其值为5。67×10-8 W/(m2·K4)，为黑体的光谱辐射能力，由普朗克定律求出

式中c1为第一辐射常量，值为3。7419×10-16 W/·m2，c2为第二辐射常量，其值为1。4388×10-2 m·K。

优质系数是表征太阳能光谱选择吸收涂层优劣的重要指标，可以判断一个光谱选择性涂层的光热转换效率。其公式如下：

其中主要与玻璃的透射率T有关，通常选择为0。91。式中σ，T，C，I分别是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，工作温度，光伏密度，和太阳的通量强度。本文的计算条件如下：太阳电池的工作温度为1000 K，光伏密度为100，太阳辐射通量密度为863 W/m2。在计算光谱涂层的优质系数时，假定涂层的吸收率和发射率不随温度的变化而发生改变。将在常温下所测得的样品涂层的吸收率和发射率代入公式中从而求出样品的优质系数。

理想的太阳光谱选择性吸收薄膜的反射率要在合适的波长(称为截止波长)从0突变到1从而在获得高吸收率的同时保持低的热发射率[[[] 李镇祥, 赵剑曦。 溶胶-凝胶法制备太阳光谱选择性吸收薄膜的研究进展[J]。 硅酸盐学报, 2012, 40(5): 762-768]]。理论上涂层的吸收率、红外热发射率，即认为该涂层具有很好的光谱选择性[[[] Konttinen P,Lund P D,Kilpi R J。Mechanically manufactured selective solar absorber surfaces[J]。Solar Energy Mater Solar Cells,2003,79(3):273]]。但在实际应用中，要想实现涂层反射率在合适的波长范围内从0突变到1是非常困难的。这是因为当吸收率增大到一定值时，进一步提高吸收率会伴随着热发射率的增加。比如说，涂层厚度增加以及温度的升高都会提高涂层的吸收率，但与此同时也会使涂层的热反射率增加。所以在实际中为了尽可能的达到或接近理想情况下的光学性能，需要综合考虑涂层的结构和工作温度，控制好涂层的厚度。另外光谱选择性吸收涂层在中高温下，涂层中金属粒子容易发生氧化、扩散和聚团，同时涂层表面容易受到污染和热震剥落等，从而导致发射率提高，寿命减少。因此研究中高温下的光谱选择性吸收涂层就变得很有必要。