一种太阳能全光谱范围完美光吸收器制造技术

一种可见‑近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于包括金属膜层、介质膜层以及金属‑介质堆叠层，所述金属‑介质堆叠层设于介质膜层之上，介质膜层设于金属膜层之上；所述金属‑介质堆叠层由金属‑介质复合结构周期性阵列而成。本发明专利技术具备耐高温高热的物理特性，从而可以有效避免金属欧姆损耗、热效应和热不稳定性等难题；实现了紫外‑可见‑红外波段的宽带吸收；在太阳能全光谱范围的电磁波完美吸收特性，在耐高温高热情况下的光电器件包括红外探测与光电转换、红外成像、太阳能抗反射涂料以及热辐射器等领域都具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能全光谱范围完美光吸收器
本专利技术涉及光电功能材料与器件以及太阳能光伏器件领域，具体涉及一种太阳能全光谱范围完美光吸收器。
技术介绍
表面等离激元共振(SurfacePlasmon)通常是指金属结构表面的自由电子在外加电磁波照射下引起的集体振荡，在金属表面形成局域电磁场增强效应。超材料是指人工设计和制造的具有周期性结构的复合材料，其研究近几年来迅速成为物理学、功能技术与材料科学等学科的前沿交叉领域。完美光吸收器的概念最早是在2008年(《PhysicalReviewLetters》，第100卷，第207402页)提出，是一种基于超材料的电磁波等离激元共振吸收。典型的超材料完美吸收器有三层结构：顶层是由具有单个或多个等离激元共振响应模式的金属微结构单元排列而成的二维周期阵列，中间层是一层介质或绝缘材料平板，底层通常是一层不透光的金属板。通过合理设计器件的结构尺寸及材料参数，能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而对入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现百分之百的吸收。即，通过电磁共振现象实现了结构在共振波长处既没有反射(反射率接近为0)也没有透射(透射率为0)，从而根据吸收率A＝1-R-T(其中A代表吸收率，R代表反射率，T代表透射率)的定义可以得到吸收率A接近100％的完美吸收。电磁波完美吸收器是实现高效的电磁波或太阳能光谱吸收及其在光电探测器件中的一个必备元件。自2008年起,电磁波完美吸收器(《AdvancedMaterials》，第24卷，第OP98页)的研究获得了国内外研究者的广泛关注。紫外、可见波段、近红外波段的电磁波完美吸收器可以作为光电效应或光电转换器的结构单元、热发射器的结构单元，或作为减小电磁波杂散发射的吸波涂层材料。现有完美光吸收器的研究体系主要是基于金属-介质-金属的多层等离激元共振结构体系或超材料体系实现了从微波频段到可见光波段的完美吸收响应(《LaserPhotonicsReviews》，第8卷，第495页)。然而在这些完美吸收器体系中，往往只能吸收单一共振波长的电磁波，是窄带的光吸收。此外，这些电磁波完美吸收器体系都是基于贵金属材料(比如金、银)，通过这些金属材料的自由电子振荡模式实现电磁波的耦合，这些自由电子振荡必然导致很强的欧姆损耗和热效应，不利于金属微纳米材料的结构稳定性，也局限了此类吸收器在高强度电磁波照射下的应用前景。中国专利技术专利公开了一种钛基太阳能选择性吸收涂层，但该吸收涂层具备高吸收效率的波长范围窄且结构复杂，需紧密配置吸热体、减反层和吸收层等结构单元。综上所述，如何突破已有研究体系的局限和如何实现宽带完美光吸收以及能耐高温和高热环境的太阳能全光谱范围的完美吸收器依然是当前科学于
的一个难题。因此，设计并实现具有太阳能全光谱范围完美光吸收响应的结构体系对于解决现有研究体系和专利技术结构无法同时具备的完美吸收和耐高温高强度辐射技术要求的难题将具有非常重要的现实意义和应用价值。
技术实现思路
针对
技术介绍
提出的问题，现提供一种太阳能全光谱范围完美光吸收器以达到解决效果，现对本专利技术做进一步阐述。针对上述完美光吸收器的不足，本专利技术是为了提供一种工作在紫外-可见-红外波段的太阳能全光谱范围完美光吸收器，旨在引入钛、钒、钨和镍等耐火金属材料、利用不同尺寸大小的金属颗粒本身的宽波段共振吸收特性及其颗粒周期性阵列的电磁共振特性，简化吸收单元的结构，增加吸收光谱的带宽，实现太阳能全光谱范围的完美光吸收。同时，通过利用耐火金属颗粒所提供的电磁共振模式与颗粒的几何尺寸大小相关的特性，实现吸收光谱的带宽在太阳能光谱范围内的光谱调谐。一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于包括金属膜层、介质膜层以及金属-介质堆叠层，所述金属-介质堆叠层设于介质膜层之上，介质膜层设于金属膜层之上。所述金属-介质堆叠层由金属-介质复合结构周期性阵列而成；所述金属-介质复合结构为六层结构，由下而上依次为下层金属颗粒柱体、下层介质颗粒柱体、中层金属颗粒柱体、中层介质颗粒柱体和上层金属颗粒柱体、上层介质颗粒柱体。所述金属膜层的厚度不低于200纳米。所述金属膜层的材质为钛、钒、钨或镍。所述介质膜层的厚度范围为20纳米至60纳米。所述介质膜层的材质为二氧化硅、氟化镁或氧化铝。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的太阳能全光谱范围完美光吸收器具有如下优点：1、整个吸收器的共振单元结构由耐火材料组成，具备耐高温高热的物理特性，从而可以有效避免以往常见的基于贵金属颗粒阵列或多元金属共振阵列复合结构等体系组成的完美光吸收器所无法克服的内在金属欧姆损耗、热效应和热不稳定性等难题；2、通过采用耐火金属材料，利用耐火金属颗粒结构具备的强电磁共振模式与宽波段的共振吸收特性，实现了紫外-可见-红外波段的宽带吸收；3、基于不同尺寸大小的金属-介质颗粒结构层，产生在太阳能全光谱范围的电磁波完美吸收特性，在耐高温高热情况下的光电器件包括红外探测与光电转换、红外成像、太阳能抗反射涂料以及热辐射器等领域都具有广泛的应用前景。附图说明图1：本专利技术太阳能全光谱范围完美光吸收器的结构侧面示意图；图2：本专利技术太阳能全光谱范围完美光吸收器的结构俯视示意图；图3：实施例一的太阳能全光谱范围完美光吸收器中的光吸收图；图4：实施例二的太阳能全光谱范围完美光吸收器在标准太阳能光源AM1.5照射下的光吸收图；图5：实施例三的太阳能全光谱范围完美光吸收器在标准太阳能光源AM1.5照射下的光吸收和损耗对比的光吸收图；图6：实施例四的太阳能全光谱范围完美光吸收器的光吸收图；图7：实施例五的太阳能全光谱范围完美光吸收器的光吸收图；图中：1-金属膜层；2-介质膜层；3-下层金属颗粒柱体；4-下层介质颗粒柱体；5-中层金属颗粒柱体；6-中层介质颗粒柱体；7-上层金属颗粒柱体；8-上层介质颗粒柱体；9-金属-介质堆叠层；10-金属-介质复合结构。具体实施方式下面结合附图1～6对本专利技术做详细阐述，但是，以下附图仅是本专利技术的理想化实施例的示意图，其中为了清楚地展示本专利技术所涉器件的结构，对其中选定的金属-介质圆锥形柱体颗粒结构层区域的厚度进行了适当放大，但其作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。另外，本专利技术所示的实施例亦不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状。概言之，以下附图是示意性的，不应该被认为限制本专利技术的范围。一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器，包括金属膜层1、介质膜层2以及金属-介质堆叠层9，所述金属-介质堆叠层9设于介质膜层2之上，介质膜层2设于金属膜层1之上。所述金属膜层1位于吸收器的最底端，金属膜层1的上下面可均为平滑面，在其他实施例中，上下面也可至少一面为不规则面。金属膜层1的材料可为钛、钒、钨或镍。金属膜层1的厚度至少不小于200纳米。在其他实施例中，金属膜层1上下面也可有一面为不规则面或皆为不规则面。金属膜层1上沉积有介质膜层2，介质膜层2的材质可为二氧化硅、氟化镁或氧化铝。介质膜层2的厚度范围为20纳米至60纳米。介质膜层2上沉积有金属-介质堆叠层9，所述金属-介质堆叠层9由金属-介质复合结构10周期性阵列组成，所述金属-介质堆叠层9的任意相邻的金属-介质复合结构10之间的水平距离落入400纳米至700纳米。所述金属-介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见‑近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于包括金属膜层、介质膜层以及金属‑介质堆叠层，所述金属‑介质堆叠层设于介质膜层之上，介质膜层设于金属膜层之上。

【技术特征摘要】
1.一种可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于包括金属膜层、介质膜层以及金属-介质堆叠层，所述金属-介质堆叠层设于介质膜层之上，介质膜层设于金属膜层之上。2.根据权利要求1所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属-介质堆叠层由金属-介质复合结构周期性阵列而成；所述金属-介质复合结构为六层结构，由下而上依次为下层金属颗粒柱体、下层介质颗粒柱体、中层金属颗粒柱体、中层介质颗粒柱体和上层金属颗粒柱体、上层介质颗粒柱体。3.根据权利要求2所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属-介质复合结构的六层圆柱结构皆为圆柱结构。4.根据权利要求3所述的可见-近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于：所述金属-介质复合结构的六层圆柱结构中，下层金属颗粒柱体与下层介质颗粒柱体的直径一致，中层金属颗粒柱体与中层介质颗粒柱体的直径一致，上层金属颗粒柱体与上层介质颗粒柱体的直径一致，并且，下层金属颗粒柱体的直径大...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正奇，吴彪，施雷雷，刘桂强，刘晓山，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36