选择性吸收/辐射元件及其在太阳能光热转换中的应用
发布时间：2022-07-02 11:41
太阳能光热转换技术是人类解决能源危机的重要手段之一,在光电、储热、水处理方面都有重要应用,而太阳能光热转换技术的核心是太阳光选择性吸收/辐射元件。本论文以适用于太阳能光热转换的选择性吸收/辐射元件为研究对象,基于表面等离激元、超薄吸收介质、塔姆等离激元理论提出了多个选择性吸收/辐射元件的设计方案,并结合微纳加工工艺,对实际应用进行了探索。首先我们提出了一种基于钽纳米凹坑结构的大面积低温太阳光选择性吸收器。通过先后制作自组装聚苯乙烯微球阵列、钽溅射和二氧化硅溅射,最终制作出了大面积纳米凹坑结构。由于表面纳米结构以及二氧化硅薄膜的减反作用,我们的选择性吸收器相比平面结构吸收更高;尽管对太阳光的吸收能力低于常用的黑漆,但是选择性吸收器在长波段对热辐射的极大抑制提升了热能积累能力。在7倍太阳光强照射下,该样品的在空气中的平衡温度高达196.3℃,远高于平面样品与商用黑漆。接下来,我们对基于超薄球壳结构的太阳光选择性吸收器进行了研究。首先我们提出了一款超薄纳米球壳结构的太阳光选择性吸收器。该选择性吸收器的结构包括一层自组装形成的钨半球壳阵列、超薄锗薄膜与二氧化硅减反薄膜。在钨-锗表面等离激元、超...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 太阳能光热转换技术及应用
1.1.1 太阳能光热转换技术原理
1.1.2 太阳能光热转换在发电中的应用
1.1.3 太阳能光热转换在热能存储方面的应用
1.1.4 太阳能光热转换在海水淡化与蒸馏中的应用
1.2 选择性吸收/辐射元件
1.2.1 选择性吸收/辐射元件的设计要求
1.2.2 选择性吸收/辐射元件的研究进展
1.3 本论文的研究内容和创新点
第2章 选择性吸收/辐射元件的计算仿真方法以及实验方法
2.1 理论计算与数值仿真方法
2.1.1 表面等离激元模式分析
2.1.2 多层薄膜结构透、反射率计算
2.1.3 数值仿真方法:有限差分时域(FDTD)算法、有限元算法(FEM)
2.2 纳米结构加工工艺研究
2.2.1 自组装聚苯乙烯微球阵列及应用
2.2.2 纳米薄膜沉积方法研究
2.3 器件光学、热学特性表征方法的研究
2.3.1 器件光谱测量方法:积分球-单色仪系统、FTIR系统
2.3.2 器件热学特性表征方法
2.4 本章小结
第3章 大面积纳米凹坑结构低温太阳光选择性吸收器的研究
3.1 器件结构与制备方法
3.2 器件光学、热学性能的测试表征与分析
3.3 光谱选择特性物理机理数值仿真分析
3.4 主要结构参数分析
3.5 本章小结
第4章 基于纳米球壳结构的超薄太阳光选择性吸收器的研究
4.1 基于纳米半球壳阵列的超薄太阳光选择性吸收器
4.1.1 器件结构与制备方法
4.1.2 器件光学、热学性能的测试表征与分析
4.1.3 光谱选择特性物理机理分析:数值仿真与理论计算
4.1.4 不同薄膜功能及性能研究
4.1.5 热能损失分布讨论
4.2 基于半球碗结构的超薄太阳光选择性吸收器
4.2.1 数值仿真与优化设计
4.2.2 钨碗的制作与光学特性表征
4.3 本章小结
第5章 基于金字塔-塔姆等离激元结构的选择性吸收/辐射器
5.1 基于钨-锗-二氧化硅的硅金字塔选择性太阳光吸收器
5.1.1 器件制备与光学、热学性能表征分析
5.1.2 器件数值仿真分析
5.2 基于钨-二氧化硅-硅的塔姆等离激元结构的选择性辐射器
5.2.1 器件结构与数值仿真
5.2.2 器件制备、光学表征与分析
5.3 本章小结
第6章 总结和展望
参考文献
作者简介
在攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的发明专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温熔融盐蓄热系统的若干工程问题[J]. 郭晓娟,丁旃,秦贯丰,杨小平,黄斯敏,蒋润花,马远琼,尹辉斌,左远志,杨敏林,杨晓西. 储能科学与技术. 2015(01)
[2]蓄热技术在聚焦式太阳能热发电系统中的应用现状[J]. 左远志,丁静,杨晓西. 化工进展. 2006(09)
博士论文
[1]新颖纳米结构导电薄膜的光电特性及应用研究[D]. 寇鹏飞.浙江大学 2017
[2]宽带吸波元件及其在太阳能相关器件中的应用[D]. 莫磊.浙江大学 2015
[3]表面等离子体光子器件的研究[D]. 崔艳霞.浙江大学 2011
本文编号：3654301
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 太阳能光热转换技术及应用
1.1.1 太阳能光热转换技术原理
1.1.2 太阳能光热转换在发电中的应用
1.1.3 太阳能光热转换在热能存储方面的应用
1.1.4 太阳能光热转换在海水淡化与蒸馏中的应用
1.2 选择性吸收/辐射元件
1.2.1 选择性吸收/辐射元件的设计要求
1.2.2 选择性吸收/辐射元件的研究进展
1.3 本论文的研究内容和创新点
第2章 选择性吸收/辐射元件的计算仿真方法以及实验方法
2.1 理论计算与数值仿真方法
2.1.1 表面等离激元模式分析
2.1.2 多层薄膜结构透、反射率计算
2.1.3 数值仿真方法:有限差分时域(FDTD)算法、有限元算法(FEM)
2.2 纳米结构加工工艺研究
2.2.1 自组装聚苯乙烯微球阵列及应用
2.2.2 纳米薄膜沉积方法研究
2.3 器件光学、热学特性表征方法的研究
2.3.1 器件光谱测量方法:积分球-单色仪系统、FTIR系统
2.3.2 器件热学特性表征方法
2.4 本章小结
第3章 大面积纳米凹坑结构低温太阳光选择性吸收器的研究
3.1 器件结构与制备方法
3.2 器件光学、热学性能的测试表征与分析
3.3 光谱选择特性物理机理数值仿真分析
3.4 主要结构参数分析
3.5 本章小结
第4章 基于纳米球壳结构的超薄太阳光选择性吸收器的研究
4.1 基于纳米半球壳阵列的超薄太阳光选择性吸收器
4.1.1 器件结构与制备方法
4.1.2 器件光学、热学性能的测试表征与分析
4.1.3 光谱选择特性物理机理分析:数值仿真与理论计算
4.1.4 不同薄膜功能及性能研究
4.1.5 热能损失分布讨论
4.2 基于半球碗结构的超薄太阳光选择性吸收器
4.2.1 数值仿真与优化设计
4.2.2 钨碗的制作与光学特性表征
4.3 本章小结
第5章 基于金字塔-塔姆等离激元结构的选择性吸收/辐射器
5.1 基于钨-锗-二氧化硅的硅金字塔选择性太阳光吸收器
5.1.1 器件制备与光学、热学性能表征分析
5.1.2 器件数值仿真分析
5.2 基于钨-二氧化硅-硅的塔姆等离激元结构的选择性辐射器
5.2.1 器件结构与数值仿真
5.2.2 器件制备、光学表征与分析
5.3 本章小结
第6章 总结和展望
参考文献
作者简介
在攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的发明专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温熔融盐蓄热系统的若干工程问题[J]. 郭晓娟,丁旃,秦贯丰,杨小平,黄斯敏,蒋润花,马远琼,尹辉斌,左远志,杨敏林,杨晓西. 储能科学与技术. 2015(01)
[2]蓄热技术在聚焦式太阳能热发电系统中的应用现状[J]. 左远志,丁静,杨晓西. 化工进展. 2006(09)
博士论文
[1]新颖纳米结构导电薄膜的光电特性及应用研究[D]. 寇鹏飞.浙江大学 2017
[2]宽带吸波元件及其在太阳能相关器件中的应用[D]. 莫磊.浙江大学 2015
[3]表面等离子体光子器件的研究[D]. 崔艳霞.浙江大学 2011
本文编号：3654301
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