太阳能热发电作为一种清洁的可再生能源,具有能量转换效率较高,生产时能量损耗低,使用时清洁无污染,通过储热可实现连续24小时发电等优势。它可以为电网提供清洁、稳定、可调峰的高质量电力,可实现用清洁的电能替代常规化石能源,对于保护生态环境和实现和谐社会具有积极意义。提高太阳能热发电工作温度可使其发电效率升高,度电成本降低,但相应地对实现光热能量转换的关键材料—太阳能吸收膜的耐高温性能也提出更为苛刻的要求,所以开展新型高温高效太阳能吸收膜制备技术的研究,对促进我国高温太阳能热发电事业快速发展具有重要而且迫切的现实意义。本文采用磁控溅射技术制备了ZrB₂薄膜和Al₂O₃薄膜,采用共溅射技术制备了ZrB₂-Al₂O₃复合太阳能吸收膜。运用XPS、XRD、FESEM、四探针电阻率测试系统、UV-VIS-NIR分光光度计等测试手段对ZrB₂薄膜、Al₂O₃薄膜和ZrB₂-Al₂O₃复合太阳能吸收膜的成分、微观组织结构及形貌、电学性能和光学特性等进行了表征和分析。文章研究了磁控溅射镀膜溅射功率、工作气压等工艺条件变化对制成薄膜微观组织结构及其性能的影响;研究了成分、结构、功能层叠加对ZrB₂-Al₂O₃复合薄膜的光学吸收特性的影响;基于MATLAB软件模拟平台,编程模拟设计了ZrB₂-Al₂O₃双相陶瓷复合太阳能吸收膜的膜系结构;根据模拟设计的最佳膜系结构,制备了ZrB₂-Al₂O₃双相陶瓷复合太阳能吸收膜并研究其光学性能及高温热稳定性能。研究结果表明:采用射频电源溅射沉积Al₂O₃薄膜和采用直流电源溅射沉积ZrB₂薄膜过程中,薄膜的沉积速率均与其功率呈线性递增关系,而与工作气压呈先增大后减小的变化趋势。制成的ZrB₂膜中B/Zr原子比略高于其化学计量比2,而Al₂O₃薄膜的成分基本接近于其化学计量比。对于ZrB₂薄膜而言,低功率溅射（如100 W）或高工作气压（如1.2 Pa）条件下制成的薄膜呈非晶态,随溅射功率提高或工作气压降低,薄膜结构逐渐由非晶转向纳米多晶态,且薄膜生长更为致密、截面柱状结构特征更为明显,同时薄膜的导电性能增强。而在不同工艺条件下制成的Al₂O₃薄膜均呈完全致密的非晶结构。采用ZrB₂与Al₂O₃双靶共溅射可在较宽的工艺范围内制成非晶态ZrB₂-Al₂O₃双陶瓷复合薄膜。光学性能研究结果表明,ZrB₂-Al₂O₃双陶瓷复合层代替ZrB₂吸收层可显著拓宽吸收限范围,降低薄膜对入射太阳光的反射,提高薄膜对太阳光谱能量的吸收性能。依据模拟设计结果在SUS321镜面不锈钢基片制备出的ZrB₂-Al₂O₃双相陶瓷复合太阳能吸收膜吸收率为95.4%,550℃发射比为0.121,与计算机模拟结果基本吻合。对该复合膜进行了600℃×400 h的真空热处理后,测定其吸收率和550℃发射比分别变为95.2%和0.126,其性能评价因子PC约为0.003,远小于PC≤0.05的门槛值,说明本文设计及制备的ZrB₂-Al₂O₃双陶瓷复合太阳能吸收膜具有极为优异的耐高温性能,应可满足550℃甚至600℃高温太阳能热发电使用要求。