Эллипсометрическая спектротомография многослойных покрытий-абсорберов гелиоустановок солнечной энергетики

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены методические основы спектральной эллипсометрической томографии для неразрушающего контроля и дальнейшей классификации структуры и состава многослойных пленок, пленочных наноструктур и нанокомпозитов в процессе их роста, используемых при построении новых типов оптических поглощающих покрытий солнечных коллекторов. Полученные на различных длинах волн эллипсометрические параметры позволяют определить распределение комплексного показателя преломления по глубине пленки. Данные Раман-спектроскопии позволяют получить дополнительную информацию по морфологии и фазовому составу многослойной пленки. На основе полученных данных производится классификация структуры, состава и отсюда теплофизических свойств многослойных пленок. Это позволяет на основании отдельной обучающей выборки рассчитать поглощение солнечного излучения в поглощающем покрытии на всех стадиях его роста и отсюда спрогнозировать температурный режим коллектора гелиоустановки.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. А. Котенев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН

Author for correspondence.
Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

Д. Н. Тюрин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

References

  1. Agnihotri O.P., Gupta B.K. // Solar selective surfaces. John-Wiley & Sons. NY. 1981.
  2. Evangelisti Luca, De Lieto Vollaro Roberto, Asdrubali Francesco. Latest advances on solar thermal collectors: A comprehensive review. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. V.114. P. 109318.
  3. Ghobadi B., Kowsary F. & Veysi F. Heat Transfer Enhancement Using Rectangular and Triangular Shaped Baffles with and without Nanofluid: New Insight into Optimization of Flow Geometric Parameters. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2022. V. 58. P. 486–500.
  4. Kennedy C.E. Review of mid-tohigh-temperature solar selective absorber materials. United States: National Renewable Energy Laboratory. 2002. NREL/TP-520-31267. July.
  5. Boriskina S.V., Ghasemi H. and Chen G. Plasmonic materials for energy: From physics to applications // Materials Today. 2013. V. 16. № 10. P. 375–386.
  6. Iakobson O.D., Gribkova O.L. & Tameev A.R . Optimizing the Thickness of Functional Layers of Polymer Solar Cells: Modeling and Experiment. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 753–759.
  7. Demirbilek N., Yakuphanoğlu F. & Kaya M. The Optical and Structural Properties of Undoped ZnO and Co-doped ZnO:Alx:Cdy x = 1 at %, y = 1, 2, 3, 5 at % Thin Films and Their Electrical Characteristics as Photodiode. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V.57. P. 488–499.
  8. Medina-Almazán A.L., López-García N., Marín-Almazo M. et al. Evaluation of the Electrochemical Behavior of Preoxidized 304L SS with Hydrothermal Ceramic Nanodeposits at 288C and 8 MPa. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 723–734.
  9. López-Marino S. et.al. Earth-abundant absorber based solar cells on low weight stainless Steel substrate // Sol. Energy Mater. Sol.Cells. 2014. V.130. P. 347–53.
  10. Zhorin V.A., Kiselev M.R., Vysotsky V.V. et al. Iron Oxidation in a Mixture with Polycarbonate after Plastic Deformation under High Pressure. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 52–58.
  11. Kumar D., Singh A., Shinde V. et al. Sol-Ageing Effect on the Structural and Optical Properties of Undoped and Doped ZrO2 Thin Films. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2022. V. 58. P. 999–1010.
  12. Zahra S.t., Syed W.A., Rafiq N. et al. On Structural. Optical, and Electrical Properties of Chromium Oxide Cr2O3 Thin Film for Applications. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 321–328.
  13. Roos A., Ribbing C.G., Carlsson B. // Stainless steel solar mirrors , A material feasibility study. // Solar Energy Materials. 1989. V. 18. № 5. P. 233–240.
  14. Kalogirou S.A. Solar thermal collectors and applications. // Progress in Energy and Combustion Science. 2004. V. 30. № 3. P. 231–295.
  15. Paranaiba O, Neto V. Intelligent Computational Nanotechnology: The Role of Computational Intelligence in the Development of Nanoscience and Nanotechnology // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2014. V. 11. P. 1–17.
  16. Li D., and Du Y. Artificial intelligence with uncertainty. Chapman & Hall/CR C. Taylor & Francis Group. N.Y. 2008.
  17. Kotenev V.A. Ellipsometric tomography / Proc. SPI E. V.1843. 1992. P.259.
  18. Kotenev V.A. The Formation of Metal – Oxide Heterostructures at Low. Temperature Oxidation of Alloys Based on the Fe – 18Cr System. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 1150–1158.
  19. Kotenev V.A. // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2023. V. 59. № 4. Р. 577–586.
  20. Биркс Н. Майер Дж. Введение в высокотемпературное окисление металлов. М.: Металлургия. 1987. 184 с. N. Birks. G. H. Meier // Introduction to high temperature oxidation of metals. // Edward Arnold. 1987.
  21. Tanaka T. Optical constants of polycrystalline 3d transition metal oxides in the wavelength region 350 to 1200 nm. // Jap. J. Appl. Phys. 1979. V.18. № 6. P. 1043–1047.
  22. Gardiner D.J., Littleton C.J., Thomas K.M., Stratford K.N. // Oxidation of Metals. 1987. V. 27. № 1/2. P. 57.
  23. Losurdo M., Hingerl K. Ellipsometry at the Nanoscale. Springer-Verlag. Berlin. Heidelberg. 2013
  24. Azzam R. M. A., Kemp Jr R. H. Aider functions of stratified and inhomogeneous light-reflecting structures // Surface science. 1983. V. 135. N. 1-3. P. 261-275.
  25. Fujiwara H. Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications. Wiley. West Sussex. 2007.
  26. Kaiser J.H. Regularization in Ellipsometry // Appl.Phys. B. 1988. V.45. P.1.
  27. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1986. 287 С.
  28. Верлань А.Ф., Сизиков В.С . Интегральные уравнения. Киев: Наукова Думка, 1986. 543 C.
  29. Petrik P., Agocs E., Volk J., Lukacs I. et al. Resolving lateral and vertical structures by ellipsometry using wavelength range scan // Thin Solid Films. 2014. V. 571. Part 3. P. 579–583.
  30. Mar H.Y.B. et al.. Techn. Rept. № PB-252–383. Honeywell Corporation. 1976.
  31. Котенев В.А. О низкотемпературной пассивности железа при газовом окислении. // Защита металлов. 200. Т. 39. № 4. С. 341–351.
  32. Котенев В. А., Петрунин М. А., Максаева Л. Б. и др. Вакуумное окисление нанопленок свеженапыленного железа. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2013. Т. 49. № 4. С. 442–448.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Optical model of a non-uniform oxide layer on a collector: a – environment, s – substrate (collector metal), m – total number of sublayers, d – thickness of the j-th sublayer, Nj – complex refractive index of the j-th sublayer

Download (15KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Changes in the thickness of the D oxide on iron at 300C and partial pressure of oxygen in the system P: 1 – 0.001 Torr, 2 – 0.01 Torr, 3 – 0.1 Torr

Download (14KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Transformation of the oxide layer during oxidation of iron: kinetics of growth of the oxide thickness and the thicknesses of magnetite and hematite during oxidation of the sprayed iron layer at 300C and a vacuum level of 0.1 Torr

Download (15KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences