Absorbeurs Solaires haute Température Oxydo-Résistants mIcroteXturés – ASTORIX

Le but du projet ASTORIX est de développer de nouvelles couches sélectives absorbantes pour récepteurs solaires utilisés dans des centrales solaires à concentration (CSP) basées sur les technologies de types Fresnel linéaires et à tour centrales travaillant au-delà de 500°C.
L’objectif est de combiner de nouvelles couches sélectives basées sur des matériaux connus comme étant capables de résister à de très hautes températures, et des microstructures capables de maintenir un bas niveau d’émissivité et d’améliorer l’absorption. En effet les pertes thermiques dans les récepteurs actuels montrent une très forte croissance avec la température, ayant un impact non négligeable sur rendement de ces centrales.
Pour aborder les problèmes de corrosion et d’instabilité des couches sélectives à haute température, celles-ci seront déposées à base de nitrures d’alliages de titane et d’aluminium et de carbures de silicium. Ces matériaux seront synthétisés par pulvérisation cathodique magnétron et une hybridation innovante PVD/PECVD en associant des sources plasma micro-ondes haute densité au laboratoire PROMES dans un outil de dépôt de laboratoire, ainsi qu’à HEF dans un équipement de grande dimension capable de démontrer la production de récepteurs solaires à l’échelle pilote.
Les couches microstructurées faites de réseaux périodiques sous longueur d’onde seront fabriquées en association avec les couches absorbantes au LabHC, sur substrats plans et tubulaires en utilisant un outil d’écriture lithographique basé sur une technologie de masques de phase unique, qui a déjà été mise en œuvre pour imprimer des réseaux sur cylindres.
Des outils de simulation de laboratoire spécifiques utilisant un code rigoureux d’analyse des ondes électromagnétiques (e.g. rigorous coupled wave analysis, RCWA) seront utilisés pour calculer l’absorption optique et l’émissivité. Du fait de cette nouvelle configuration de multicouche micro-structurée, ces codes devront être améliorés pour intégrer des effets à ce jour négligés, tels que la sensibilité angulaire de l’absorption et de l’émission, la distribution non homogène en température à travers le volume de l’absorbeur qui demandent de prendre en compte la distribution réelle des sources d’émission à travers la structure en couches. Ces simulations numériques vont permettre de calculer rigoureusement les propriétés optiques et thermiques des récepteurs et finalement concevoir et optimiser les combinaisons de multicouches et microstructures.
La stabilité des microstructures, la fatigue et la corrosion des récepteurs seront étudiées à partir d’échantillons extraits de tubes et substrats plans recouverts de multicouches structurés, qui auront été soumis à des cycles de radiations solaires concentrées aux fours de PROMES et à des tests de fatigue (fluage) sous contraintes dans un environnement oxydant au laboratoire SMS-ARMINES.
Le but final est de développer des récepteurs solaires à haute efficacité ayant des caractéristiques optiques fortement améliorées pour les applications haute températures.