寬帶吸波元件及其在太陽(yáng)能相關(guān)器件中的應(yīng)用.pdf

1、太陽(yáng)能發(fā)電作為目前被廣泛使用的太陽(yáng)能利用方式，主要包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電和太陽(yáng)能熱發(fā)電，這兩種發(fā)電方式都離不開(kāi)對(duì)太陽(yáng)光的吸收。為充分吸收太陽(yáng)光，寬帶吸波元件必不可少。利用人工電磁介質(zhì)以及表面等離子體效應(yīng)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)寬帶吸波。本論文以基于人工電磁介質(zhì)以及表面等離子體的寬帶吸波器件為研究對(duì)象，探討新型寬帶吸波器件實(shí)現(xiàn)，及其在薄膜太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能熱光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　首先，我們?cè)诶碚摵蛯?shí)驗(yàn)上提出了兩種新型寬帶吸波器件，包括基于錐形

2、同軸孔陣列的可見(jiàn)光吸波器以及基于多層人工電磁介質(zhì)的寬帶吸波器。對(duì)錐形同軸孔吸波器，理論上可得到覆蓋300-900nm波段的偏振不敏感的寬帶吸收效果，平均吸收達(dá)0.9345，這源于同軸孔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)散射以及孔內(nèi)縫隙表面等離子體的強(qiáng)局域性質(zhì)。通過(guò)聚焦離子束制備樣品，得到和理論較匹配結(jié)果;對(duì)多層人工電磁介質(zhì)吸波器，利用其獨(dú)特的雙曲線色散關(guān)系實(shí)現(xiàn)偏振不敏感的超寬帶吸收效果。在0.5-2.5μm波段的理論吸收率均超過(guò)90％，實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)試結(jié)果很好地驗(yàn)證

3、了寬帶吸波理論和仿真設(shè)計(jì)方法。對(duì)以上兩種吸波器，都通過(guò)將兩個(gè)不同尺寸結(jié)構(gòu)放置于同一周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)吸收譜的拓寬。
　　接下來(lái)，我們?cè)诶碚撋咸接懥艘环N能夠改善薄膜太陽(yáng)能電池性能的寬帶吸波結(jié)構(gòu)，提出了一種核殼納米光柵非晶硅太陽(yáng)能電池，并給出了一個(gè)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。我們開(kāi)展了詳細(xì)系統(tǒng)的光學(xué)特性分析，結(jié)果表明:太陽(yáng)光進(jìn)入我們結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)變?yōu)樗絺鬏數(shù)牟悸搴詹ㄒ约氨砻娴入x子體波，使得該結(jié)構(gòu)具有超寬帶、全方位且偏振不敏感的優(yōu)良光學(xué)吸收性質(zhì)，與傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)

4、相比，可顯著提高光電流45％左右。
　　最后，我們探討了寬帶吸波器件在太陽(yáng)能熱光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)考察了光譜選擇性調(diào)控，并設(shè)計(jì)出適用于該系統(tǒng)的選擇性吸波器和選擇性輻射器。我們同時(shí)在理論和實(shí)驗(yàn)上提出了一種基于棋盤(pán)狀鍺納米方塊陣列的選擇性吸波器，利用鍺納米方塊中強(qiáng)光學(xué)腔諧振效應(yīng)以及諧振模式和相鄰結(jié)構(gòu)、底部鉭基底之間的耦合，獲得優(yōu)異光譜選擇性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)。我們也對(duì)該選擇性吸波器進(jìn)行了熱學(xué)分析，結(jié)果再次證明了光譜選擇性