太阳光谱选择性的微纳光子结构特性和制备研究

发布时间：2020-05-21 13:04

【摘要】： 在可持续发展的低碳经济中,太阳能资源作为一种丰富和清洁的新能源,正日益受到当今世界的广泛关注。太阳能的光热能量转换是一种重要的太阳能利用形式,能够与太阳辐射的宽光谱相匹配,具有光电转换器件难以比拟的高效率优点。本论文结合高效率光热转换应用的特点,对多种微纳光子吸收器件结构的设计特性和制备工艺及其性能实现进行了研究和探索： 1.采用传输矩阵的方法设计了可供实用的多层金属／氧化物薄膜结构的光热能量转换器件,能够实现在太阳辐射的峰值谱区(可见光和近红外波段)超过90%的高吸收率。在此基础上,采用射频溅射工艺实现了微纳器件结构的生长和制备,通过椭圆偏振光谱测量对其透射和反射特性进行了研究分析,与器件的设计特性相吻合,并计算了该器件结构的热辐射率,在正入射时仅为0.063。证实了这种设计能够实现对太阳辐射谱的选择性吸收,具有很高的光热转换效率和很低的热辐射率。这是一种无机金属／氧化物薄膜微纳结构器件,取材广泛,制备工艺较简单,生产成本较低,性能稳定,清洁无污染。 2.对基于双光子吸收的微纳结构制备工艺进行了改进,通过光学元件轴棱锥(axicon)的引入,利用其与聚焦透镜组合产生的聚焦区间——贝塞尔区域,显著提高了这类微纳结构器件的制备效率。对两个不同轴棱锥相对应的贝塞尔区域的特性进行了理论和实验的研究,归纳出所产生结构随曝光激光密度的特性变化规律,并制备了三维的微纳晶格结构。证实了该方法能够在确保双光子吸收聚合高精度的条件下,实现微纳结构器件的高效率制备。 3.在双光子聚合加工的微纳晶格结构的基础上,提出了另一种增强对太阳辐射光谱区吸收的方法。使用RCWA方法对镀有金属薄膜的微纳晶格结构的吸收特性进行拟合,并通过真空蒸镀金属膜、测量结构的反射特性进行实验验证,证实通过在微纳结构上镀膜的方式,可以变相实现金属表面的纹理化,有利于减低反射,增强吸收。并且发现通过对微纳晶格结构尺寸的控制,可以制作一个具有高吸收率和低热辐射率的优良光谱选择性的光热转换器件。
【图文】：

线(0.小0.76卜m)、红外线(>0.76林m)和紫外线(<0.4“m)分别占50%、43%和7%。图1.1显示了太阳辐射谱的分布情况，且由图1.1可见，，太阳辐射分布与图中5250℃的黑体辐射谱接近，因此我们也可以近似的认为太阳辐射是黑体辐射【9]。

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本文编号：2674342