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Title:
SELECTIVE SOLAR ABSORBENT COATING AND MANUFACTURING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/046509
Kind Code:
A1
Abstract:
Selective solar absorbent coating and manufacturing method, with solar absorption and low emissivity properties. The coating comprises a substrate (1) of metal, dielectric or ceramic material, at least one highly reflective metal layer (2) in mid-far infrared applied to the substrate itself which provides low emissivity properties, a multi-layer structure of alternating dielectric and metallic layers (3) of subnanometric thickness applied to the reflective metal layer and at least one dielectric layer (4) that acts as an anti-reflective layer for the solar spectrum. The coating is applicable as a selective absorbent coating in absorbent tubes for parabolic-trough solar collectors, in solar panels for hot water, heating or domestic cooling, both in the form of absorbent tubes and absorbent sheets, in capture systems in tower solar thermoelectric power plants, and in capture systems in Stirling disk systems.

Inventors:
VILLUENDAS YUSTE FRANCISCO (ES)
ALCANIZ GARCIA CARLOS (ES)
ALONSO ESTEBAN RAFAEL (ES)
PELAYO ZUECO JAVIER (ES)
SUBIAS DOMINGO JESUS MARIO (ES)
HERAS VILA CARLOS (ES)
MARTINEZ SANZ NOELIA (ES)
Application Number:
PCT/ES2009/000489
Publication Date:
April 29, 2010
Filing Date:
October 08, 2009
Export Citation:
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Assignee:
ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES (ES)
VILLUENDAS YUSTE FRANCISCO (ES)
ALCANIZ GARCIA CARLOS (ES)
ALONSO ESTEBAN RAFAEL (ES)
PELAYO ZUECO JAVIER (ES)
SUBIAS DOMINGO JESUS MARIO (ES)
HERAS VILA CARLOS (ES)
MARTINEZ SANZ NOELIA (ES)
International Classes:
F24J2/48; C03C17/36
Domestic Patent References:
WO2005121389A12005-12-22
WO1997000335A11997-01-03
Foreign References:
ES2232557T32005-06-01
EP0104708A21984-04-04
US4437455A1984-03-20
US4582764A1986-04-15
US4628905A1986-12-16
US5523132A1996-06-04
US20040126594A12004-07-01
US20050189525A12005-09-01
US20070209658A12007-09-13
Other References:
ZHANG Q.: "Recent progress in high-temperature solar selective coatings", SOLAR ENERGY MATERIALS&SOLAR CELLS, vol. 62, 2000, pages 63 - 74, XP004195297
ZHANG Q. ET AL: "New Cermet Solar Coatings for Solar Thermal Electricity Applications", SOLAR ENERGY, vol. 64, no. 1-3, 1998, pages 109 - 114, XP000667644
See also references of EP 2341038A4
Attorney, Agent or Firm:
GARCIA-CABRERIZO, Pedro, Maria (ES)
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Claims:

REIVINDICACIONES

1.- Recubrimiento absorbente selectivo solar con propiedades de absorbente solar y baja emisividad, caracterizado porque comprende: un sustrato (1) de material metálico, dieléctrico o cerámico, - al menos una capa metálica altamente reflectora (2) en infrarrojo medio- lejano, depositada sobre el sustrato (1), una estructura multicapas absorbente (3) depositada sobre Ia capa metálica reflectora (2), compuesta por capas dieléctricas (5) de igual o diferente espesor y/ composición y capas metálicas (6) de igual o diferente espesor y/ composición alternadas, y al menos una capa dieléctrica antirreflejante (4), depositada sobre Ia estructura multicapas absorbente (3).

2.- Recubrimiento absorbente selectivo solar con propiedades de absorbente solar y baja emisividad, según reivindicación 1 caracterizado porque Ia estructura multicapa absorbente (3) comprende una zona homogénea con las capas dieléctricas (5) con igual composición y las capas metálicas (6) con igual composición. 3.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según Ia reivindicación 1 caracterizado porque Ia estructura multicapas absorbente (3) está constituida por dos o mas zonas homogéneas de manera que las capas dieléctricas (5) difieren en material o composición de una zona a otra, y las capas metálicas (6), difieren en material o composición de una zona a otra.

4.- Recubrimiento absorbente selectivo solar con propiedades de absorbente solar y baja emisividad, según reivindicación 2 y 3 caracterizado porque dentro de una zona homogénea las capas metálicas (6) entre si y/o las capas dieléctricas (5) entre si, tienen distinto espesor.

5.- Recubrimiento absorbente selectivo solar con propiedades de absorbente solar y baja emisividad, según reivindicación 4 caracterizado porque el espesor varía gradualmente a Io largo de Ia zona.

6.- Recubrimiento absorbente selectivo solar con propiedades de absorbente solar y baja emisividad, según reivindicación 2 y 3 caracterizado porque dentro de una zona homogénea las capas metálicas (6) entre si y las capas dieléctricas (5) entre si, tienen igual espesor.

7.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato (1) es un material metálico del gru- po formado por acero, acero inoxidable, cobre o aluminio o su combinación.

8.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según Ia reivindicación 7, caracterizado porque el sustrato (1) de material metálico se ha sometido a tratamientos para Ia oxidación de Ia capa superficial o a tratamientos térmicos.

9.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según las reivindicaciones 1-6, carac- terizado porque el sustrato (1) es un material dieléctrico del grupo formado por vidrio, cuarzo, materiales poliméricos o materiales cerámicos, o su combinación. 10.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las capas metálicas altamente reflectoras (2) comprenden un material metálico seleccionado del grupo formado plata (Ag), oro (Au), aluminio (Al), cromo (Cr), Molibdeno (Mo), cobre (Cu), níquel (Ni), titanio (Ti), niobio (Nb), Tántalo (Ta), tungsteno (W), paladio (Pd) o una mezcla de dos o más de ellos o bien una aleación de dichos metales.

11.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las capas de material dieléctrico (5) de Ia estructura absorbente (3) comprenden óxidos metálicos y/o nitruros de elementos metálicos, con un índice de refracción entre 1 ,4 y 2,4

12.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según Ia reivindicación 11 , caracterizado porque los materiales dieléctricos (5) son óxidos metálicos seleccionados del grupo formado por óxidos de estaño, óxidos de zinc, óxidos de aluminio, óxidos de titanio, óxidos de silicio, óxidos de níquel, óxidos de cromo, óxidos de niobio, óxidos de tántalo o mezclas de ellos, y/o nitruros de elementos metálicos seleccionados del grupo formado por nitruros de silicio, nitruros de cromo y nitruros de aluminio, o mezclas de ellos. 13.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según una cualquiera de las reivindi- caciones anteriores, caracterizado porque las capas metálicas (6) de Ia estructura absorbente (3) comprenden un material metálico seleccionado del grupo formado plata (Ag), oro (Au), aluminio (Al), cromo (Cr), Molibdeno (Mo), cobre (Cu), níquel (Ni), titanio (Ti), niobio (Nb), Tántalo (Ta), tungsteno (W), paladio (Pd) o una mezcla de dos o más de ellos o bien una aleación de dichos metales. 14.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las capas de material dieléctrico antirre- flejantes (4) comprenden óxidos metálicos y/o nitruros de elementos metálicos, con un índice de refracción entre 1 ,4 y 2,4 15.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según Ia reivindicación 14, caracteri- zado porque los materiales dieléctricos antirreflejantes (4) son óxidos metálicos

seleccionados del grupo formado por óxidos de estaño, óxidos de zinc, óxidos de aluminio, óxidos de titanio, óxidos de silicio, óxidos de níquel, óxidos de cromo, óxidos de niobio, óxidos de tántalo o mezclas de ellos, o nitruros de elementos metálicos seleccionados del grupo formado por nitruros de silicio, nitruros de cromo y ni- truros de aluminio, o mezclas de ellos.

16.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de cada una de las capas metálicas altamente reflectoras (2) está comprendido entre 5 y 1000nm. 17.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindica- ciones anteriores, caracterizado porque el espesor de cada una de las capas de material dieléctrico antirreflejantes (4) está comprendido entre 5 y 1000 nm. 18.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de cada una de las capas metálicas (6) y dieléctricas (5) de Ia estructura multicapas absorbente (3) es inferior a 10nm y prioritariamente inferior a 1nm, y el espesor global de Ia estructura multicapas absorbente (3) está comprendido entre 5 y 1000nm.

19.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según Ia reivindicación 18, caracterizado porque el espesor de cada una de las capas metálicas (6) y dieléctricas (5) de Ia estructura multicapas absorbente (3) es inferior a 1nm, 20.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las diferentes capas que componen el recubrimiento absorbente están depositadas mediante técnicas de deposición física en fase vapor (PVD). 21.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según Ia reivindicación 20, caracteri- zado porque las diferentes capas que componen el recubrimiento absorbente están depositadas mediante Ia técnica de "magnetron sputtering".

22.- Recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tiene una absorbencia solar superior al 95% y una emisividad a 400 0 C inferior a 0,2. 23.- Uso de un recubrimiento absorbente selectivo solar según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores como recubrimiento de materiales laminares o tubos seleccionados del grupo formado por acero, acero inoxidable, cobre, aluminio, vidrio o materiales poliméricos para utilización en sistemas agua caliente, calefacción o refrigeración doméstica.

24.- Uso de un recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores como recubrimiento de materiales laminares o tubos seleccionados del grupo formado por acero, acero inoxidable, cobre, aluminio o materiales cerámicos para utilización en el elemento absorbente de centrales ter- moeléctricas solares tipo torre.

25.- Uso de un recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores como recubrimiento de materiales laminares o tubos seleccionados del grupo formado por acero, acero inoxidable, cobre, aluminio o materiales cerámicos para utilización en el elemento absorbente en sistemas "disco Stirling".

26.- Uso de un recubrimiento absorbente selectivo solar según cualquiera de las reivindicaciones anteriores como recubrimiento de tubos seleccionados del grupo formado por acero, acero inoxidable, cobre, aluminio o materiales cerámicos para utilización en el tubo absorbente de centrales termoeléctricas solares de colectores cilíndrico-parabólicos.

27.- Método de fabricación de un recubrimiento absorbente selectivo solar según reivindicaciones 1-22 caracterizado porque comprende las etapas de:

- Adición de una primera capa metálica (2) sobre un sustrato (1) de material metálico o dieléctrico - Sobre esta primera capa metálica (2) se deposita Ia primera de las capas que forma Ia estructura multicapa absorbente (3), pudiendo ser esta primera capa tanto de material dieléctrico (5) o metálica (6).

-Tras esta primera capa de Ia estructura multicapa absorbente (3) se van depositando alternativamente el resto de capas metálicas (6) y dieléctricas (5)

-Tras Ia última de las capas de Ia estructura multicapa absorbente (3) se adicionan las diferentes capas que forman Ia estructura antirreflejante (4). 28.- Método de fabricación de un recubrimiento absorbente selectivo solar según reivindicación 27 caracterizado porque para Ia adición sucesiva de las distintas ca- pas se emplea un procedimiento de deposición química de vapor (CVD) o Ia deposición física de vapor (PVD).

29.- Método de fabricación de un recubrimiento absorbente selectivo solar según reivindicación 28 caracterizado porque se emplea un procedimiento de "magnetron sputtering".

Description:

RECUBRIMIENTO ABSORBENTE SELECTIVO SOLAR Y MéTODO DE FABRICACIóN

SECTOR TéCNICO DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere a un recubrimiento absorbente selectivo so- lar que comprende: (i) un sustrato, una o varias capas metálicas que Ie confiere propiedades de baja emisividad, (¡i) una estructura de multicapas dieléctricas y metálicas alternadas de espesor subnanométrico en Ia que se produce Ia absorción de Ia energía solar; y (iii) una capa o estructura de multicapas que Ie proporciona propiedades de antirreflexión. La invención también comprende el método y proceso de fabricación y de uso de dicho recubrimiento absorbente selectivo solar. ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

La captación de Ia energía solar en su vertiente de captación térmica cada vez está tomando más importancia tecnológica y económica tanto desde el punto de vista de producción de agua caliente, calefacción o refrigeración a nivel doméstico como para producción de energía eléctrica en centrales termoeléctricas solares.

Estos sistemas requieren por una parte un máximo de absorción de Ia energía solar y las menores pérdidas energéticas posibles. Con este fin, estos sistemas están configurados en tubos de vacío o estructuras similares que disminuyen las pérdidas por conducción y convección y poseen recubrimientos con gran poder absorbente de Ia energía solar y características de baja emisividad para disminuir las pérdidas energéticas por radiación térmica en el infrarrojo lejano.

En consecuencia, tanto en Ia vertiente doméstica como en Ia de producción de energía eléctrica, los recubrimientos absorbentes selectivos juegan un papel esencial. Existen numerosos antecedentes de recubrimientos absorbentes como los descritos en las patentes WO2005/121389, US4582764, US4628905, US5523132, US2004/0126594, US2005/0189525, US2007/0209658, WO97/00335, y varias más. En todas ellas el recubrimiento absorbente se compone de una capa metálica que proporciona las características de baja emisividad, una o varias capas de materiales dieléctricos dopados con elementos metálicos "Cermets", que actúan como capas absorbentes de Ia radiación solar y una capa dieléctrica que actúa como estructura antirreflejante. En alguna de ellas se incorpora alguna capa adicional dieléctrica que actúa como capa bloqueante frente a Ia difusión de los diferentes materiales. Las capas de cermets son capas absorbentes, índice de refracción complejo, donde Ia capacidad de absorción Ia proporciona el elemento metálico codopante cuya con-

centración pueden ser constante o gradual dentro de cada una de las capas.

Los Cermets son habitualmente óxidos o nitruros metálicos dopados con elementos metálicos como Mo, Ni, Ti, Ta, Al, etc., que suelen depositarse mediante técnicas de codeposición por pulverización catódica reactivo "sputtering reactivo". La codeposición mediante sputtering reactivo consiste en Ia evaporación simultánea de dos materiales mediante sputtering en Ia presencia, además del gas inerte, de un gas reactivo, oxígeno, nitrógeno etc., residual en Ia cámara de deposición. El gas residual reacciona con uno de los materiales evaporados formando el compuesto dieléctrico correspondiente, mientras que parte del otro compuesto se depo- sita en forma metálica. El gas reactivo reacciona tanto con el material que forma el compuesto dieléctrico como con el metal dopante, por Io que para obtener el cermet con Ia absorción adecuada se requiere un control muy estricto de Ia estequiometría del proceso. La estequiometria del proceso está condicionada por Ia composición y presiones parciales de los gases de Ia cámara de vacío en relación al consumo de gas reactivo, y por tanto depende de Ia velocidad de evaporación, es decir potencia de cátodos, de su estado, por Io que el control tan preciso de Ia estequiometria del proceso es una tarea difícil, que requiere ciertos mecanismos de realimentación y que puede condicionar negativamente las propiedades de los recubrimientos.

Asimismo, parte del metal codopante también reacciona con el gas reactivo y forma compuestos dieléctricos, por Io que este metal no contribuye a Ia absorción de Ia capa y se requieren grandes concentraciones de metal codopante. Por otra parte, esta técnica presenta también limitaciones a Ia hora de elección de materiales metálicos codopantes ya que deben poseer afinidad por el gas reactivo mucho menor que el metal principal que forma el compuesto dieléctrico. DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

La presente invención pretende resolver todas las dificultades indicadas anteriormente, ya que cada una de las diferentes capas de cermets se sustituye por una estructura de multicapas dieléctricas y metálicas alternadas de espesor muy pequeño, inferior a 10nm y principalmente inferior a 1 nm. Las capas dieléctricas de depositan mediante sputtering reactivo, incluyendo gas inerte y gas reactivo en Ia cámara o parte de Ia cámara donde se depositan las capas dieléctricas, mientras que las capas metálicas se depositan por sputtering DC, introduciendo gas inerte exclusivamente en Ia cámara o parte de Ia cámara donde se depositan las capas metálicas. De esta forma no es necesario un control preciso de Ia estequiometria del proceso, ya que Ia deposición de las capas dieléctricas requiere una composi-

ción de los gases que garantice Ia reacción total del metal evaporado, mientras que Ia naturaleza metálica de las capas alternadas queda determinada por el gas inerte introducido como gas de proceso. Como Ia deposición de ambos tipos de materiales se realiza en cámaras diferentes o en partes aisladas de una misma cámara de deposición, Ia mezcla de gases es mínima y no se produce Ia reacción química del material constituyente de las capas metálicas. De Ia misma forma, como Ia deposición de las capas dieléctricas y metálicas se realiza en lugares y composición de gases diferentes, no hay ninguna limitación en Ia composición de las capas dieléctricas y metálicas, pudiendo partir incluso del mismo material metálico de partida, formando capas dieléctricas de un elemento metálico, por ejemplo óxidos o nitruros de un metal, y capas metálicas de ese mismo elemento.

El recubrimiento selectivo solar objeto de Ia presente invención está diseñado para absorber Ia energía solar y transformarla en calor con propiedades de baja emisividad, facilitando y haciendo más robusto y fiable el proceso de fabricación y permitiendo mayores posibilidades para su diseño y optimización. El recubrimiento que se deposita sobre un sustrato que puede ser metálico o dieléctrico y garantiza Ia estabilidad mecánica y térmica del recubrimiento, se caracteriza esencialmente porque comprende.

- Al menos una capa metálica altamente reflejante en el infrarrojo lejano (ran- go espectral entre 5 y 50 μm de longitud de onda) que proporcione las características de baja emisividad del recubrimiento depositada sobre el sustrato.

Una estructura de multicapas depositada sobre Ia capa reflectora, que proporciona las propiedades de absorbente de radiación solar, formada por ca- pas metálicas y dieléctricas alternadas de espesor muy pequeño (inferior a

10nm y principalmente inferior a 1 nm), que pueden ser homogéneos para las capas metálicas, por un lado, y dieléctricas, por otro, en toda Ia estructura, diferenciados en varias zonas o con espesores que varían gradualmente a Io largo de Ia estructura. - Al menos una capa dieléctrica depositada sobre Ia estructura multicapas absorbente que actúa como capa antirreflejante.

En Ia presente invención como materiales del sustrato se incluyen elementos metálicos como acero, acero inoxidable, cobre o aluminio, y no metálicos, vidrio, cuarzo o materiales cerámicos o poliméricos. El sustrato puede admitir tratamien- tos, como Ia oxidación de Ia capa superficial o tratamientos térmicos y de limpieza

que optimicen Ia adhesión del recubrimiento y por tanto su estabilidad mecánica y medioambiental.

Asimismo, Ia presente invención contempla un recubrimiento absorbente de Ia energía solar y reflejante en el infrarrojo medio-lejano que contiene una o varias capas metálicas sobre el sustrato altamente reflejantes en el infrarrojo medio-lejano, una estructura de multicapas metálicas-dieléctricas alternadas de pequeño espesor y una o varias capas dieléctricas que hacen de estructura antirreflejante para Ia energía solar. El recubrimiento según Ia invención se caracteriza porque Ia capa o capas metálicas altamente reflectantes depositadas sobre el sustrato comprenden un material metálico seleccionado del grupo formado por plata (Ag), oro (Au), aluminio (Al), cromo (Cr), Molibdeno (Mo), cobre (Cu), níquel (Ni), titanio (Ti), niobio (Nb), Tántalo (Ta), tungsteno (W), paladio (Pd) o una aleación de los mismo o mezclas de ellos.

Según otra característica de Ia invención, las capas de material dieléctrico de Ia estructura de multicapas absorbente comprenden óxidos metálicos y/o nitruros de elementos metálicos, con un índice de refracción entre 1 ,4 y 2,4. El recubrimiento según Ia invención está caracterizado porque los óxidos metálicos son seleccionados del grupo formado por óxidos de estaño, óxidos de zinc, óxidos de aluminio, óxidos de titanio, óxidos de silicio, óxidos de níquel, óxidos de cromo óxido de indio o mezclas de ellos. Paralelamente, el recubrimiento según Ia invención está caracterizado porque los nitruros de elementos metálicos se seleccionan el grupo formado por nitruros de silicio, nitruro de cromo y nitruros de aluminio, o mezclas de ellos. Asimismo, el recubrimiento según Ia invención se caracteriza porque las capas metálicas que forman parte de Ia estructura multicapas absorbente comprenden un material metálico seleccionado del grupo formado por plata (Ag), oro (Au), aluminio (Al), cromo (Cr), Molibdeno (Mo), cobre (Cu), níquel (Ni), titanio (Ti), niobio (Nb), Tántalo (Ta), tungsteno (W), paladio (Pd) o una aleación de los mismo o mezclas de ellos.

La invención contempla igualmente Ia presencia de una o varias capas di- eléctricas que actúan como estructura antirreflejante están constituidas por óxidos metálicos y/o nitruros de elementos metálicos, con un índice de refracción entre 1 ,4 y 2,4. El recubrimiento según Ia invención está caracterizado porque los óxidos metálicos son seleccionados del grupo formado por óxidos de estaño, óxidos de zinc, óxidos de aluminio, óxidos de titanio, óxidos de silicio, óxidos de níquel, óxidos de cromo óxido de indio o mezclas de ellos. Paralelamente, el recubrimiento según Ia

invención está caracterizado porque los nitruros de elementos metálicos se seleccionan el grupo formado por nitruros de silicio, nitruro de cromo y nitruros de aluminio, o mezclas de ellos.

En el contexto de Ia presente invención debe entenderse por aleación metá- lica cualquiera de las posibles que estos metales pueden formar entre ellos o con otros metales.

Según otra característica de Ia invención, el espesor de cada una de las capas metálicas reflejantes en el infrarrojo medio-lejano, y de cada una de las capas de material dieléctrico de Ia estructura antirreflejante está comprendido entre 1 y 500 nm. Por otra parte, según otra característica de Ia invención el espesor de cada una de las capas metálicas y dieléctricas de Ia estructura multicapas absorbente es inferior a 10 nm, siendo el número de capas totales de Ia estructura multicapas superior a 20. La estructura multicapa se puede configurar como una zona homogénea, en Ia que todas las capas dieléctricas son del mismo material y tienen el mis- mo espesor y todas las capas metálicas son del mismo metal y del mismo espesor, en varias zonas diferenciadas, en Ia que cada una de las zonas está configurada como zona homogénea y difiere de Ia otras zonas en el material constituyente de las capas dieléctricas y/o el metal constituyente de las capas metálicas y/o el espesor de cada una de las capas metálicas o dieléctricas, o bien se puede configurar como una zona gradual donde el espesor de las capas metálicas y/o dieléctricas varía gradualmente. Como forma preferente de realización, Ia estructura multicapas se configurará con al menos dos zonas diferenciadas, en las que Ia composición y/o espesor de las capas de una de las zonas sea diferentes a Ia composición y/o espesor de Ia otra. Con todo ello, el número total de capas del recubrimiento es superior a 25 y el espesor total está comprendido entre 100 nm y 2000 nm.

Es objeto de Ia invención el hecho de que las diferentes capas del recubrimiento estén depositadas mediante técnicas de deposición física en fase vapor en vacío (PVD, physical vapor deposition) como son evaporación térmica, cañón de electrones, implantación iónica o "sputtering", por deposición química en fase vapor (CVD, chemical vapor deposition) o mediante baños electrolíticos, siendo Ia técnica de sputtering Ia preferida para este cometido.

Otro objeto de Ia presente invención es el uso del recubrimiento en tubos absorbentes en colectores cilindro-parabólicos en centrales termoeléctricas solares.

Es también objeto de Ia presente invención el uso del recubrimiento en paneles solares para agua caliente, calefacción o refrigeración doméstica, tanto en forma de tubos absorbentes como en láminas absorbentes.

Es también objeto de Ia presente invención el uso del recubrimiento en sis- temas de captación en centrales termoeléctricas solares tipo torre, en el que Ia energía solar reflejada por multitud de heliostatos se concentra en el sistema de captación que está situado en una torre.

Y, finalmente, también es objeto de Ia presente invención Ia utilización del recubrimiento en el sistema de captación de los sistemas "disco-stirling" Con Ia finalidad de ilustrar las ventajas y propiedades del recubrimiento objeto de Ia presente invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se va a realizar una descripción detallada de una realización preferida, en base a un juego de dibujos que acompañan a esta memoria descriptiva y en donde con carácter meramente indicativo y no limitativo se ha representado Io siguiente:

La Fig. 1 representa un esquema de Ia sección transversal de un recubrimiento, de acuerdo con Ia invención, siendo las capas dieléctricas y metálicas de Ia estructura multicapas absorbente, del mismo material y espesor en toda Ia estructura. La Fig 2 representa un esquema de Ia sección transversal de un recubrimiento, de acuerdo con Ia invención, en el que Ia estructura multicapas absorbente está dividida en dos zonas siendo las capas dieléctricas y metálicas de composición y espesor diferente en cada zona.

La Fig 3 representa un esquema de Ia sección transversal de un recubri- miento, de acuerdo con Ia invención, en el que Ia estructura multicapas absorbente está dividida en varias zonas siendo las capas dieléctricas y metálicas de composición y espesor diferente en cada zona.

La Fig 4 representa un esquema de Ia sección transversal de un recubrimiento, de acuerdo con Ia invención, en el que Ia estructura multicapas absorbente comprende una sola zona en Ia que las capas dieléctricas y metálicas varían de espesor de forma progresiva dentro de Ia zona.

Las Fig. 5 representa Ia reflectancia en el rango espectral visible-infrarrojo de Ia estructura del ejemplo 1 , junto con el espectro de energía solar y el espectro de emisión térmica a 400 0 C de temperatura. La Fig. 6 representa Ia reflectancia en el rango espectral visible-infrarrojo de

Ia estructura del ejemplo 2, junto con el espectro de energía solar y el espectro de emisión térmica a 400 0 C de temperatura.

En las anteriores figuras las referencias numéricas corresponden a las siguientes partes y elementos. 1.- Sustrato

2.- Capa metálica reflectora 3.- Estructura multicapa absorbente 4.- Estructura dieléctrica antirreflejante 5.- Capa dieléctrica 6.- Capa metálica

7.- Zona 1 de Ia estructura multicapa 8.- Zona 2 de Ia estructura multicapa 9.- Zona n de Ia estructura multicapa Descripción detallada de los dibujos El recubrimiento absorbente selectivo de radiación solar objeto de Ia invención comprende, tal y como se deduce de las figs. 1 a 4 al menos un sustrato (1), al menos una capa metálica reflectante (2) que proporciona las propiedades de baja emisividad, una estructura multicapas (3) de capas dieléctricas (5) y metálicas (6) alternadas que actúa como estructura absorbente de Ia radiación solar y al menos una capa dieléctrica (4) que actúa como estructura antirreflejante.

El sustrato (1) puede ser un material metálico o dieléctrico, o combinación de ambos, que garantice Ia estabilidad mecánica del recubrimiento.

La capa metálica reflectora (2) está constituida, a su vez, por al menos una capa de un metal altamente reflectante en el infrarrojo medio-lejano (2,5-20μm de longitud de onda), estando dicha capa metálica depositada sobre el propio sustrato. La estructura multicapas absorbente (3) está constituida, a su vez, por una serie de capas dieléctricas (5) y metálicas (6) alternadas, depositadas sobre Ia capa metálica reflectora (2), y que pueden tener igual o diferente espesor y/o composición: a) Las capas dieléctricas (5) pueden ser idénticas entre sí, es decir, ser del mismo material y poseer el mismo espesor, y ocurre Io mismo con las capas metálicas (6), Io que configura Ia estructura multicapas en una única zona diferenciada representada en Ia fig. 1. b) De Ia misma forma, pueden existir dos tipos de capas dieléctricas

(5) con material diferente y/o espesor diferente, y Io mismo con las capas metálicas (6) configurando Ia estructura absorbente en dos zonas diferenciadas, estando Ia primera zona (7) constituida por capas metálicas y dieléctricas de un tipo y Ia segunda zona (8) del otro tipo, como puede verse en Ia figura 2. c) Pueden existir varios tipos de capas dieléctricas (5) y varios tipos de capas metálicas (6), configurando Ia estructura en n zonas, siendo n un número ilimitado de zonas donde Ia estructura multi- capa absorbente está compuesta por una primera zona (7), una segunda zona (8) y sucesivas hasta una última zona n (9), estando cada una de ellas formada por un tipo de capa dieléctrica y un tipo de capa metálica como puede verse en Ia figura 3. d) De Ia misma forma, Ia estructura absorbente puede estar constituida por capas dieléctricas (5) y capas metálicas (6) cuyo espesor varía gradualmente a Io largo de Ia estructura, configurando una única zona pero con espesor variable de las diferentes capas, metálicas y/o dieléctricas como se muestra en Ia fig. 4.

La estructura antirreflejante (4) está constituida por al menos una capa dieléctrica que proporciona propiedades de antirreflexión de Ia energía solar. Las Figs. 1 - 4 representan realizaciones concretas de recubrimientos absorbentes selectivos según Ia invención, en las que sobre un sustrato (1) se ha dispuesto una capa metálica reflectora (2), sobre ella, una estructura absorbente multi- capas (3) constituida en una única zona, en dos zonas, en n zonas y en una única zona con espesores de las capas dieléctricas y metálicas que varían en dicha zona, y una capa antirreflejante (4) dispuesta sobre Ia estructura multicapas.

Los sustratos (1) corresponden a materiales metálicos tal como acero, acero inoxidable, cobre o aluminio, o dieléctricos como vidrio, cuarzo, materiales cerámicos o materiales poliméricos, o combinación de diversoso tipos de materiales.

Para las capa metálica reflectora (2) se emplea plata (Ag), oro (Au), aluminio (Al), cromo (Cr), Molibdeno (Mo), cobre (Cu), níquel (Ni), titanio (Ti), niobio (Nb),

Tántalo (Ta), tungsteno (W), paladio (Pd) o una mezcla de dos o más de ellos o bien una aleación de dichos metales. Esta capas metálicas (2) tiene un espesor comprendido entre 5 y 1000 nm

Las capas de material dieléctrico (5) de las diferentes configuraciones de estructuras multicapa absorbentes tienen un índice de refracción comprendido entre

1 ,4 y 2,4. Para ello, se emplean óxidos metálicos y/o nitruros de elementos metálicos, tal como óxidos de estaño, óxidos de zinc, óxidos de aluminio, óxidos de titanio, óxidos de silicio, óxido de silicio-aluminio, óxidos de níquel, óxidos de cromo, óxidos de niobio, óxidos de tántalo o mezclas de ellos; así como nitruros de silicio, nitruros de cromo, nitruros de aluminio, o mezclas de ellos. El espesor de las capas de material dieléctrico (5) es inferior a 10 nm, prioritariamente inferior a 1 nm, el número de capas dieléctricas es superior a 10, y el espesor total de las capas dieléctricas de Ia estructura multicapa absorbente (3) está comprendido entre 5 y 1000 nm. Para la realización de las capas metálicas (6) de las diferentes configuraciones de estructuras multicapa absorbentes se utiliza plata (Ag), oro (Au), aluminio (Al), cromo (Cr), Molibdeno (Mo), cobre (Cu), níquel (Ni), titanio (Ti), niobio (Nb), Tántalo (Ta), tungsteno (W), paladio (Pd), o una aleación de los mismo o mezclas de ellos. El espesor de las capas metálicas (6) es inferior a 10 nm, prioritariamente inferior a 1 nm, el número de capas metálicas es superior a 10, y el espesor total de las capas metálicas de Ia estructura multicapa absorbente (3) está comprendido entre 5 y 1000 nm.

Las capas que forman Ia estructura antirreflejante (4) tienen un índice de refracción comprendido entre 1 ,4 y 2,4. Para ello, se emplean óxidos metálicos y/o nitruros de elementos metálicos, tal como óxidos de estaño, óxidos de zinc, óxidos de aluminio, óxidos de titanio, óxidos de silicio, óxido de silicio-aluminio, óxidos de níquel, o mezclas de ellos; así como nitruros de silicio y nitruros de aluminio, o mezclas de ellos. El espesor de las capas de material dieléctrico de Ia estructura antirreflejante está comprendido entre 5 y 1000 nm.. Finalmente, con Ia finalidad de aumentar Ia adherencia entre el recubrimiento y el sustrato, el sustrato puede admitir diversos tratamientos, como Ia oxidación de Ia capa superficial o tratamientos térmicos y de limpieza de forma que esta mejora de Ia adhesión del recubrimiento implique mayor estabilidad mecánica y medioambiental Así, para Ia obtención del recubrimiento de Ia invención se procede de modo que sobre de un sustrato (1) de material metálico o dieléctrico se adiciona una primera capa metálica (2), sobre esta se deposita Ia primera de las capas que forma Ia estructura multicapas absorbente, pudiendo ser esta primera capa tanto de material dieléctrico (5) o metálica (6). Tras esta primera capa se van depositando alternati- vamente el resto de capas metálicas (6) y dieléctricas (5), que pueden tener igual o

diferente espesor y/o composición, formando Ia estructura multicapa absorbente. Tras Ia última de las capas de Ia estructura multicapa absorbente se adicionan las diferentes capas que forman Ia estructura antirreflejante.

Para Ia adición sucesiva de las distintas capas (2, 4, 5, 6...) al sustrato (1) transparente, se emplea principalmente un procedimiento de deposición de metales y/o compuestos dieléctricos, tal como Ia deposición química de vapor (CVD) o Ia deposición física de vapor (PVD). De un modo preferido, dentro de las técnicas de

PVD se escoge Ia técnica de "magnetron sputtering".

Para determinar absorbancia solar y Ia emisividad térmica, se realiza un es- tudio espectroscópico del recubrimiento, estudiándose Ia reflectancia en el rango espectral visible-infrarrojo, junto con el espectro de energía solar y el espectro de emisión térmica a 400 0 C de temperatura, dando unos valores de reflectancia bajos en Ia zona del espectro solar, Io que significa absorbancia alta (superior o igual al 95%), y valores de reflectancia altos en Ia zona de emisión térmica, Io que significa emisividad baja (inferior o igual a 0,2).

Evidentemente, pueden existir variantes del procedimiento descrito, conocidas por el experto en Ia materia, que dependerán de cuáles sean los materiales empleados y los usos de los recubrimientos que se obtengan.

El recubrimiento absorbente selectivo solar de Ia invención puede ser utili- zado como recubrimiento de materiales laminares o tubos seleccionados del grupo formado por acero, acero inoxidable, cobre, aluminio o materiales cerámicos, en el elemento absorbente de centrales termoeléctricas solares tipo torre así como para Ia utilización en el elemento absorbente en sistemas "disco Stirling" o para su utilización en el tubo absorbente de centrales termoeléctricas solares de colectores cilíndrico-parabólicos.

A continuación, se presentan algunos ejemplos de recubrimientos de acuerdo con Ia invención, así como sus propiedades de reflectancia y absorbancia a las distintas longitudes de onda. Dichos ejemplos permiten visualizar las propiedades de los recubrimientos. EJEMPLO 1. Recubrimiento absorbente selectivo con estructura absorbente de dos zonas de base molibdeno (Mo) y óxido de silicio aluminio (SiAIO x ).

Sobre sustrato (1) de acero inoxidable 304 se deposita una capa de Mo de 300nm. Sobre esta capa de Mo se deposita Ia estructura multicapas absorbente constituida por dos zonas diferenciadas. La primera zona tiene un espesor total de 52 nm y está compuesta por 285 capas de SiAIO x de espesor de 0,08 nm alterna-

das con otras 285 de Mo de 0,1 nm de espesor. La segunda zona tiene un espesor total de 57 nm, y está compuesta por 390 capas de de SiAIO x de espesor de 0,08 nm alternadas con otras 390 de Mo de 0,06 nm de espesor. Por espesor de cada una de estas capas se entiende espesor medio obtenido a partir de los datos pro- porcionados por una microbalanza de cristal de cuarzo. Sobre Ia estructura multica- pas absorbente se ha depositado una capa antirreflejante de SiAIO x de 87 nm de espesor.

Con Ia finalidad de determinar absorbancia solar y Ia emisividad térmica, se realiza un estudio espectroscópico del recubrimiento del ejemplo 1 y en Ia Fig. 5 se representa Ia reflectancia en el rango espectral visible-infrarrojo, junto con el espectro de energía solar y el espectro de emisión térmica a 400 0 C de temperatura. El recubrimiento presenta valores de reflectancia bajos en Ia zona del espectro solar, Io que significa absorbancia alta, y valores de reflectancia altos en Ia zona de emisión térmica, Io que significa emisividad baja. Determinando los valores globales, se obtiene una absorbancia solar en torno al 97,5% y una emisividad a 400 0 C del orden del 0,15, Io que demuestra Ia idoneidad del recubrimiento para su uso en colectores solares térmicos y colectores solares CCPs para centrales termoeléctricas .

EJEMPLO 2. Recubrimiento absorbente selectivo con estructura absorbente de dos zonas de base níquel (Ni) y óxido de silicio aluminio (SiAIO x ). Sobre sustrato (1) de acero inoxidable 304 se deposita una capa de Ni de

110 nm. Sobre esta capa de Ni se deposita Ia estructura multicapas absorbente constituida por dos zonas diferenciadas. La primera zona tiene un espesor total de 78 nm y está compuesta por 340 capas de SiAIO x de espesor de 0,085 nm alternadas con otras 340 de Ni de 0,145 nm de espesor. La segunda zona tiene un espe- sor total de 55 nm, y está compuesta por 490 capas de de SiAIO x de espesor de 0,08 nm alternadas con otras 490 de Ni de 0,03 nm de espesor. Por espesor de cada una de estas capas se entiende espesor medio obtenido a partir de los datos proporcionados por una microbalanza de cristal de cuarzo. Sobre Ia estructura multicapas absorbente se ha depositado una capa antirreflejante de SiAIO x de 67 nm de espesor.

Con Ia finalidad de determinar absorbancia solar y Ia emisividad térmica, se realiza un estudio espectroscópico del recubrimiento del ejemplo 2 y en Ia Fig. 6 se representa Ia reflectancia en el rango espectral visible-infrarrojo, junto con el espectro de energía solar y el espectro de emisión térmica a 400 0 C de temperatura. El recubrimiento presenta valores de reflectancia bajos en Ia zona del espectro solar,

Io que significa absorbancia alta, y valores de reflectancia altos en Ia zona de emisión térmica, Io que significa emisividad baja. Determinando los valores globales, se obtiene una absorbancia solar en torno al 97,5% y una emisividad a 400 0 C del orden del 0,08, Io que demuestra Ia idoneidad del recubrimiento para su uso en colectores solares térmicos y colectores solares CCPs para centrales termoeléctricas.