一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器制造技术

本技术涉及金属微纳光学器件技术领域，尤其涉及一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，由多个宽带太阳能吸收器单元结构周期阵列组成，每个宽带太阳能吸收器单元结构包括金属钛衬底、上层纳米圆盘阵列结构、中间介质层和下层纳米圆盘阵列结构，在上层纳米圆盘阵列结构中，纳米圆盘单元与十字腔复合结构的设计可以激发表面等离子体共振模式，金属钛衬底中的下层纳米圆盘阵列结构的引入可以激发法布里‑珀罗谐振模式，从而获得短波长范围内的高吸收；中间介质层三氧化二铝薄膜的表面等离子体共振，以及其与金属钛衬底中纳米圆盘阵列结构的耦合作用，导致了长波长处的高吸收效果；从而获得太阳能全光谱范围内的高吸收效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及金属微纳光学器件，尤其涉及一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器。

技术介绍

1、具有微米或纳米尺度结构的吸收器称为微纳结构吸收器，其可根据吸收光谱带宽的不同分为窄带吸收器和宽带吸收器，宽带吸收器可通常用于捕获宽光谱波长光子中的能量。目前，微纳结构吸收器主要通过对材料和结构的设计来实现宽带吸收，且该类吸收器可以在微纳米材料内部将吸收的太阳能快速转换为热能，使其可广泛应用于多个领域，如太阳能蒸发水、光热除冰和太阳能热发射等。金属-介质-金属是典型的吸收器结构，顶层结构为基于各种图案类型的周期性金属微纳复合结构，中间层结构通常为介质层，底层结构通常为防止入射光透射的金属材料。通过设置合适的顶层周期性金属微纳结构用于对光场的调控，然后设计合适的结构参数以获得表面等离子体共振，从而产生共振吸收以此实现宽带响应的吸收器。该类结构主要通过对顶层结构进行人为调控，可在短波长处获得较好吸收，但也导致了其宽带较窄的局限性，其吸收率和工作带宽依然具有较大的提升空间。

2、目前，大部分的吸收器都是通过对顶层周期性金属微纳结构进行光场调控来激发表面等离子体共振以此实现宽带高吸收目的，但该类结构高吸收波段主要工作在2500nm之前的波段。由于太阳能全光谱范围是280～4000nm，为了捕获太阳能全光谱范围内的太阳能能量以解锁太阳能全光谱波长光子中的能量，需要设计一种全光谱太阳能吸收器。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，旨在解决现有技术中大部分的太阳能吸收器的吸收带宽较窄的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提供了一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，所述基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器由多个宽带太阳能吸收器单元结构周期阵列组成，每个所述宽带太阳能吸收器单元结构包括金属钛衬底、上层纳米圆盘阵列结构、下层纳米圆盘阵列结构和中间介质层，所述上层纳米圆盘阵列结构、所述中间介质层、所述下层纳米圆盘阵列结构和所述金属钛衬底从上至下依次设置；

3、所述上层纳米圆盘阵列结构由5组纳米圆盘单元组成，每组所述纳米圆盘单元中均开设有一个十字腔，所述纳米圆盘单元顶部覆盖有一层与其外形尺寸适配的纳米圆盘顶盖；

4、所述下层纳米圆盘阵列结构设置在所述金属钛衬底内，所述下层纳米圆盘阵列结构的上表面与所述金属钛衬底的上表面共面，并与所述中间介质层的下表面固定连接。

5、其中，所述宽带太阳能吸收器单元结构的周期p的范围值为750～850nm。

6、其中，所述下层纳米圆盘阵列结构、所述金属钛衬底和所述上层纳米圆盘阵列结构的中心共轴，所述下层纳米圆盘阵列结构的半径r的范围值为300～400nm，厚度值h1范围为950～1050nm，填充材料为三氧化二铝。

7、其中，所述中间介质层的厚度值h2范围为65～75nm，材料为三氧化二铝。

8、其中，5组所述纳米圆盘单元的半径r均相同，范围值为100～130nm，厚度值h3范围为250～350nm，材料为钛。

9、其中，所述十字腔的高度与所述纳米圆盘单元的厚度h3相等，所述十字腔的第一宽度w1范围为75～85nm、第二宽度w2范围为165～175nm，填充材料为三氧化二铝。

10、其中，所述纳米圆盘顶盖的厚度值h4的范围为65～75nm，材料为三氧化二铝。

11、其中，所述上层纳米圆盘阵列结构中纵向相邻两个纳米圆盘单元的圆心距离d的范围值为380～420nm，斜向相邻两个纳米圆盘单元的圆心距离d的范围值为269～297nm。

12、本技术提供了一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，由多个宽带太阳能吸收器单元结构周期阵列组成，每个宽带太阳能吸收器单元结构包括金属钛衬底、下层纳米圆盘阵列结构、上层纳米圆盘阵列结构和中间介质层，在上层纳米圆盘阵列结构中，纳米圆盘单元与十字腔复合结构的设计可以激发表面等离子体共振模式，金属钛衬底中的下层纳米圆盘阵列结构的引入可以激发法布里-珀罗谐振模式，从而获得短波长范围内的高吸收；中间介质层三氧化二铝薄膜的表面等离子体共振，以及其与金属钛衬底中纳米圆盘阵列结构的耦合作用，导致了长波长处的高吸收效果；从而获得太阳能全光谱范围内的高吸收效果。

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【技术保护点】

1.一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

2.如权利要求1所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

3.如权利要求2所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

4.如权利要求3所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

5.如权利要求4所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

6.如权利要求5所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

7.如权利要求6所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

8.如权利要求7所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

【技术特征摘要】

1.一种基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

2.如权利要求1所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

3.如权利要求2所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

4.如权利要求3所述的基于双层纳米圆盘阵列结构的全光谱太阳能吸收器，其特征在于，

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【专利技术属性】
技术研发人员：郭玲，石敏芳，梁文彬，马峻，陈寿宏，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：