本发明专利技术涉及一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器。具体地，本发明专利技术提供一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器，所述的热辐射器包括：1)一平板型基底和2)一核壳型介电质@金属纳米微球；所述的核壳型介电质@金属纳米微球堆积在所述基底上。本发明专利技术所述的热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器能提高热到光的有用转换效率，从而实现热光伏系统能量转换效率的提升。率的提升。率的提升。
【技术实现步骤摘要】
一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器
[0001]本专利技术涉及热光伏能量转换领域，具体涉及一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器。
技术介绍
[0002]高能量密度、高转换效率、长期工作稳定的能量转换系统是现在社会发展中的必然追求，尤其是在深空探测、高寒极地气象/灾害监测、深海资源开发等领域，对高质电源系统的需求更为迫切。
[0003]热光伏系统是通过将热源产生的热量经由热辐射器转换成一定的光谱辐射，再由半导体光伏单元接收辐射光谱进行光电转换，最终实现由热能到光能再到电能的能量转换。相比于其它热能发电装置，热光伏系统具有更大的转换效率，其理论极限效率可达80％左右，同时也有更大的比功率密度，有望应用于未来的深空探测领域。
[0004]目前热光伏系统的转换效率远远低于其理论值，这其中的一个关键因素就是热光伏系统中现有的热辐射器会将热源中的大部分能量转换为光伏单元带隙以下的光子，这些低能量的光子无法被光伏单元转换为电能而浪费掉。一种解决办法是利用光子晶体中折射率周期性变化产生的光子带隙结构作为热辐射器，而光子带隙结构能够改变热辐射光谱。在2011年来自麻省理工学院的M.Araghchini等人采用激光干涉光刻和反应离子刻蚀等微纳加工技术制作了二维周期性孔洞的钨平板选择性热辐射器，能实现以1.7μm处为截止波长的选择性发射的特性，但该方案有着制备过程复杂、成本高昂以及光谱效率不高等不足。2019年韩国国民大学的Younghoe Kim等人采用电化学沉积法制作了镍反蛋白石的三维光子晶体热辐射器，虽然工艺简单、成本低，但因镍金属的孔隙率和折射率不高而导致其光谱调控能力不足。
[0005]鉴于目前热光伏领域存在的热辐射器光谱调控性能不足、制备成本高昂等问题，因此，本领域需要开发一种具有高效光谱调控能力、制备工艺简单的热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于克服现有产品的不足，提供了一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器，能够满足热光伏系统中对热辐射器选择性发射的要求，提高系统整体的光谱效率；且本专利技术所述的热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器结构简单、成本低、可大规模生产。
[0007]本专利技术第一方面，提供一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器，所述的热辐射器包括：1)一平板型基底和2)一核壳型介电质@金属纳米微球。
[0008]所述的核壳型介电质@金属纳米微球堆积在所述基底上。
[0009]优选地，所述的基底为基板。
[0010]优选地，所述的基底由金属材料制成。
[0011]优选地，所述的基底由高温耐火材料制成。
[0012]优选地，所述的基底由金属高温耐火材料制成。
[0013]优选地，所述的基底由选自下组的材料制成：钨、钽、氧化铝、氧化镁，或其组合。
[0014]优选地，所用基底材料厚度L为1μm≤L≤1cm，较佳地L为5μm
‑
500μm，更佳地L为1
‑
10μm。
[0015]优选地，所用基底上表面粗糙度≤0.5μm。
[0016]优选地，所述的介电质为二氧化硅。
[0017]优选地，所述的金属选自下组：钨、钽、钼、钨合金、钽合金、钼合金，或其组合。
[0018]优选地，所述的介电质为壳层。
[0019]优选地，所述的金属为核心。
[0020]优选地，所述的核心的外形为球形或椭球形。
[0021]优选地，所述的壳层将所述的核心包覆。
[0022]优选地，所述的壳层将所述的核心均匀包覆。
[0023]优选地，所述核壳型介电质@金属纳米微球是以金属为核心，以介电质二氧化硅为壳层所组成的核壳型微球。
[0024]优选地，所述的金属为高温耐火金属。
[0025]优选地，所述的金属选自下组：钨、钽、钼、钨合金、钽合金、钼合金、钨钽合金，或其组合。
[0026]优选地，所述的核心的折射率高于壳层的折射率。
[0027]优选地，所述的核壳型介电质@金属纳米微球的外形为球形或椭球形。
[0028]优选地，所述的核心的外形为球形或椭球形。
[0029]优选地，所述的核心的粒径d1为50nm～2μm，较佳地100nm
‑
500nm，较佳地150
‑
250nm。
[0030]优选地，所述的壳层的厚度d2为10nm～1μm，较佳地40nm
‑
300nm，较佳地30
‑
50nm。
[0031]优选地，所述的核壳型介电质@金属纳米微球的粒径D为200nm
‑
2μm，较佳地280nm
‑
1.1μm，更佳地260nm
‑
300nm。
[0032]优选地，所述核壳型介电质@金属纳米微球以面心立方(三层)、六方密堆积(单层)的形式堆积在所述的基底上。
[0033]优选地，所述堆积的层数n不少于1层，优选为2
‑
10层，较佳地4
‑
8层，更佳地5
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7层，最佳地6层。
[0034]优选地，所述的核壳型介电质@金属纳米微球以面心立方的形式周期性堆积在基底上。
[0035]优选地，所述的“面心立方”是指8个核壳型介电质@金属纳米微球的球心位于立方体的8个顶点处，另外6个核壳型介电质@金属纳米微球的球心位于立方体六个面的面心处。
[0036]优选地，所述的立方体棱长为380
‑
410nm。
[0037]优选地，所述的核壳型介电质@金属纳米微球在所述基底上堆积的厚度h为0.5
‑
1.5μm，较佳地0.90
‑
1.05μm。
[0038]优选地，所述的热辐射器的厚度H为5
‑
7μm，较佳地5.5
‑
6.5μm。
[0039]本专利技术第二方面提供一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器的制备方法，所
述的方法包括以下步骤：
[0040](1)将金属钨粉分散于无水乙醇中，加氨水、超纯水，并加入正硅酸乙酯同时保持其磁力搅拌，进行离心洗涤操作，得到核壳型介电质@金属纳米微球；
[0041](2)对所述核壳型介电质@金属纳米微球进行研磨，得到粉末分散于无水乙醇溶剂中，超声分散后的分散液滴于抛光钨片上，在室温为下进行重力沉积自组装，得到热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器。
[0042]优选地，所述的步骤(1)中，所述磁力搅拌的转速为700
‑
900rpm、温度为20
‑
30℃。
[0043]优选地，所述的方法包括步骤：
[0044](1)将1
‑
5g金属钨粉分散于100
‑
150ml无水乙醇中，加入5
‑
10ml氨水、1
‑
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热光伏用三维光子晶体选择性热辐射器，其特征在于，所述的热辐射器包括；1)一平板型基底和2)一核壳型介电质@金属纳米微球；所述的核壳型介电质@金属纳米微球堆积在所述基底上。2.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，所述的基底由选自下组的材料制成：钨、钽、氧化铝、氧化镁，或其组合。3.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，所用基底材料厚度L为1μm≤L≤1cm，较佳地L为5μm
‑
500μm，更佳地L为1
‑
10μm。4.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，所述核壳型介电质@金属纳米微球是以金属为核心，以介电质二氧化硅为壳层所组成的核壳型微球。5.如权利要求4所述的热辐射器，其特征在于，所述的金属选自下组：钨、钽、钼、钨合金、钽合金、钼合金、钨钽合金，或其组合。6.如权利要求1所述的热辐射器，其特征在于，所述的核壳型介电质@金属纳米微球的粒径D为200nm
【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓斌，孟彩峰，刘云鹏，许志恒，王宏宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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