本研究主要目的為使用反應式磁控共濺鍍法，製備尚未被利用於太陽能選擇性吸收塗層之瓷金材料W-HfO2-x，為了使實驗更接近於應用，將W-HfO2-x鍍製於不鏽鋼基板上，透過各種不同實驗參數的分析，得到吸收率良好之單層膜，再藉由單層膜紅外光反射層與抗反射層的研究，將各層最佳的實驗參數進行多層堆疊，創造出高達92%太陽能吸收率之多層膜，並且進行600°C下的高溫測試，證明其為應用於高溫下之多層W-HfO2-x太陽能吸收膜。 本論文之結果與討論主要分為四大部分，第一部分至第三部分主要探討單層膜紅外光反射層(W)、瓷金吸收層(W-HfO2-x)、抗反射層(HfO2-x)之單層膜研究。我們首先利用場發射掃描式顯微鏡(FE-SEM)的側面分析，得到各膜層之厚度與薄膜側邊形貌，發現當共濺鍍時，在濺鍍中無通氧氣的環境下，會有較高的薄膜沉積速率與明顯之柱狀結構。在低略角X光繞射儀(GI-XRD)的量測下，進行薄膜結晶結構的分析，發現鎢的摻雜會限制氧化鉿形成結晶而呈現非晶態，而造成吸收峰之吸收率下降，另外也發現氧化鉿在較高之?率下能形成晶粒較大的緻密結構，進而影響折射率。我們也利用橢圓偏光儀(Ellipsometer)來分析不同?率下之折射率，當?率提高時，由於其較為緻密且結晶性質較佳之結構，折射率也相對提高。並藉由紫外光/可見光/近紅外光分光光譜儀(UV/vis/NIR Spectrometer)量測瓷金吸收層之反射率，再經公式的計算得出太陽能吸收率，發現在無通氧之情況，其吸收率與鎢靶?率呈正相關，因為厚度造成吸收的增加，由此結果選擇此情況當作高金屬含量瓷金吸收層，而在有通氧當反應氣體的情況時，發現其吸收率與鎢靶?率呈負相關，因為吸收峰波谷位置與鎢奈米晶粒大小隨著鎢靶?率的提升有紅移的現象，由此結果選擇此情況當作低金屬含量瓷金吸收層。我們也利用場發射掃描式顯微鏡附設之能量散佈光譜儀(EDS)來量測表面之組成元素，證明低金屬含量與高金屬含量瓷金吸收層之區別。另外使用高解析場發穿透式電子顯微鏡(HR-TEM)來觀察鎢奈米晶粒的尺寸大小，發現鎢靶?率的提高會造成晶粒變大，進而影響吸收峰位置的偏移。最後使用放射率計(Emissionmeter)量測出不同實驗參數下之放射率，進而選擇較佳之單層膜。 第四部分則將各個最佳之單層膜進行多層堆疊，形成SS substrate / W / W-HfO2-x(H) / W-HfO2-x(L) / HfO2-x的結構，經由改變各層的厚度，以及使用超高金屬含量瓷金吸收層來取代鎢層，並藉由分光光譜儀與放射率計的吸收率和放射率量測，以及使用色度計(Colorimeter)對色彩之分析，創造出高吸收率與低放射率之彩色多層選擇性吸收膜，最後做600°C的高溫測試，發現其光學性質幾乎沒有改變，驗證其為可以應用於高溫下之太陽能吸收膜。
High Temperature Multilayered W-HfO2-x Solar Absorber Coatings
立洋, 邱. (Author). 2019
學生論文: Doctoral Thesis