一种用于捕获太阳能的钨孔吸收器

本发明属于太阳能，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。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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 filledfishnet 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

1、本发明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。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

9、本发明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。

技术特征：

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的钨孔吸收器，其特征在于，所述第一金属板(1)，采用与第二金属板(2)相同的金属材料。

4.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)，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。

5.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。

技术总结
本发明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。

技术研发人员：李娜,赵驰,饶鑫,吴珂皓
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12