一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器制造技术

本发明专利技术提出了一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，包括自下而上依次层叠的第一金属板、第二金属板和介质基层，其中第二金属板上设置有周期性排布的多个吸收孔，且吸收孔的形状为圆形，相邻两孔之间的距离与圆形孔的直径相等,这种结构在太阳光的照射下能够产生尖端效应，而尖端效应产生的局域场增强会与钨孔表面等离子激元产生局域表面等离子激元共振，且这种钨孔相切的结构同时会引起吸收孔之间的耦合作用，有效降低了可见光和近红外光波段TE模式下对入射角的敏感性，因此可以获得更优秀的吸收性能，可用于纳米整流天线系统的吸收部分。分。分。

【技术实现步骤摘要】
一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器


[0001]本专利技术属于太阳能
，涉及一种太阳能吸收器，具体涉及一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，可用于纳米整流天线系统。

技术介绍

[0002]纳米整流天线系统近年来被用于太阳能吸收，它由吸收器、整流二极管和负载三部分构成，它是根据光的波动性来设计的，由吸收器捕获太阳能经过整流二极管转化为直流电供负载使用。它可以突破半导体材料的禁带宽度来获得更高的太阳能利用率。其中吸收器在太阳辐射的有效波段来捕获更多太阳能是至关重要的。
[0003]太阳辐射能量85％分布在可见光和近红外光波段，在此波段实现太阳能的高吸收对太阳能发电有着重要意义，并且太阳光作为一种随意极化的波并不是按照固定的入射方向进行照射，因此，吸收性能在不同极化方式下对入射角的不敏感性对于一个理想的太阳能吸收器以最大限度地收集太阳能也是非常重要的。传统的太阳能吸收器都是硅基半导体材料根据光的粒子性所制备的光伏电池，但因为半导体材料的禁带宽度，导致光伏电池只在可见光波段保持有效吸收，并且存在Shockley
‑
Queisser吸收极限，这严重限制对太阳能的进一步利用。近年来，研究者根据表面等离子激元理论设计出新一代的太阳能吸收器，可以在可见光和近红外光波段内高效吸收太阳能，并且具有对入射角不敏感的特性。
[0004]例如，Qiuqun Liang等人在2020年Solar Energy Materials and Solar Cells上发表的论文“Perfect spectrally selective solar absorber with dielectric filled fishnet tungsten grating for solar energy harvesting”中，提出了一种介电填充渔网状钨光栅的完美光谱选择性太阳能吸收器。该吸收器最顶部是一层二氧化硅介电层、中间层为方孔构成的钨光栅，孔里面被介质完全填充，底部为一层钨基底。虽然该吸收器在400～1200nm波段获得94.6％的太阳能有效吸收率，但由于方孔之间的间隔，导致相邻孔之间产生的腔共振模式并不能进一步耦合，使得其在TE模式下对入射角敏感，在60
°
入射角下，太阳能有效吸收率仅为75％，影响了该模式下对可见光和近红外光波段太阳能有效吸收率的进一步提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，用于解决现有技术中存在的在可见光和近红外光波段TE模式下对入射角敏感的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器,包括自下而上依次层叠的第一金属板1、第二金属板2和介质基层3；所述第二金属板2上设置有周期性排布的多个吸收孔；所述介质基层3采用透明且抗反射的介质材料；所述第二金属板2采用钨金属板，其上设置的吸收孔的形状为圆形，相邻两孔之间的距离与圆形孔的直径相等。
[0008]上述一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，所述第二金属板2，还可以采用除金属钨外的相对介电常数虚部较高的其他金属。
[0009]上述一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，所述第一金属板1，采用与第二金属板2相同的金属材料。
[0010]上述一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，所述第二金属板2，其上设置的圆形吸收孔的中轴线与该第二金属板2的上下板面垂直，所述圆形吸收孔的半径为300nm。
[0011]上述一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，所述第一金属板1，其厚度大于90nm；所述第二金属板2，其厚度尺寸为500nm～900nm；所述介质基层3，其厚度尺寸为10nm～30nm。
[0012]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0013]本专利技术由于第二金属板采用钨金属板，其上设置的吸收孔的形状为圆形，且相邻两孔之间的距离与圆形孔的直径相等，这种相切的钨孔结构在孔切处会形成两个对称的尖端，在太阳光的照射下能够产生尖端效应，而尖端效应产生的局域场增强会与钨孔表面等离子激元产生局域表面等离子激元共振，且这种钨孔相切的结构同时会引起吸收孔之间的耦合作用，与现有技术相比，有效降低了可见光和近红外光波段TE模式下对入射角的敏感性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例的整体结构示意图。
[0015]图2为本专利技术第二金属板钨孔的结构示意图。
[0016]图3为本专利技术实施例1在TE模式不同入射角的吸收曲线仿真图。
[0017]图4为本专利技术实施例1的吸收率仿真图。
[0018]图5为本专利技术实施例2的吸收率仿真图。
[0019]图6为本专利技术实施例3的吸收率仿真图。
具体实施方式：
[0020]下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0021]实施例1：
[0022]参照图1和图2，本专利技术包括自下而上依次层叠的第一金属板1、第二金属板2和介质基层3。
[0023]第一金属板1为抗透射层，用来防止光波穿过第二金属板2的吸收孔，造成光损失，考虑材料成本问题，第一金属板1可选择与第二金属板2相同的金属钨，本实施例设置其厚度为100nm，可以完全阻止光的透射。
[0024]第二金属板2为吸收层，根据因吸收所引起的能量损失规律，相对介电常数拥有高虚部的金属可以更有效的吸收太阳能，常见的相对介电常数虚部高的金属有金属钛、金属镉、金属镍和金属钛，本实施例第二金属板采用金属钨。另外，考虑太阳能辐射能量在500nm处达到最高，因此吸收器在此波长取得完美吸收十分有益，根据二维周期排列的孔结构激发表面等离子激元共振达到完美吸收的规律，本实施例设置孔的半径R为150nm，相邻两个孔的周期为P，P＝2*R。在497nm波长正好激发表面等离子激元共振达到完美吸收。同时，根据腔共振模式的规律，深孔可以激发更多腔共振模式，以在近红外波段进一步得到高吸收，
从而获得更高的吸收率，本实施例设置第二金属板的厚度为900nm。第二金属板2的吸收孔采用周期相切的结构，在太阳光的照射下，由于圆孔之间相切，切线两端是两个对称的尖端，因此产生尖端效应，而尖端效应产生的局域场增强会与表面等离子激元产生局域表面等离子激元共振，并且这种相切结构同时会引起吸收孔之间的耦合作用，在上述现象的共同作用下导致TE模式下本专利技术的吸收器在可见光和近红外光波段对入射角不敏感。
[0025]介质基层3为抗反射层，作为吸收器的顶层，需要采用透明介质，用来减少来自吸收孔的反射光，同时还不能阻挡入射光。本实施例设置20nm的三氧化二铝介质基层。
[0026]实施例2：
[0027]本实施例与实施例1的结构相同，仅对第二金属板和介质基层的厚度进行了调整，本实施例第二金属板和介质基层的厚度分别为500nm和10nm。
[0028]实施例3：
[0029]本实施例与实施例1的结构相同，仅对第二金属板和介质基层的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器,包括自下而上依次层叠的第一金属板(1)、第二金属板(2)和介质基层(3)；所述第二金属板(2)上设置有周期性排布的多个吸收孔；所述介质基层(3)采用透明且抗反射的介质材料；其特征在于，所述第二金属板(2)采用钨金属板，其上设置的吸收孔的形状为圆形，相邻两孔之间的距离与圆形孔的直径相等。2.根据权利要求1所述的一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器，其特征在于，所述第二金属板(2)，还可以采用除金属钨外的相对介电常数虚部较高的其他金属。3.根据权利要求2所述的一种用于捕获太阳能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，赵驰，饶鑫，吴珂皓，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：