一个圆的纳米天线阵列等离子金属表面,用于高效的太阳能收获
Zahra Ashrafi-Peyman1, Amir Jafargholi2,3, Alireza Z Moshfegh1,4
1Department of Physics, Sharif University of Technology, Tehran 11555-9161, Iran. moshfegh@sharif.edu.
Nanoscale
|January 25, 2024
概括
这项研究介绍了一种使用圆形纳米天线的新型超薄太阳能吸收器. 它在广泛的光谱中达到90%以上的吸收率,显示了高效太阳能转换的潜力.
科学领域:
- 塑学和纳米光子学
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 可再生能源技术可再生能源技术
背景情况:
- 带有纳米天线阵列的等离子元表面可以对光学特性提供先进的控制.
- 太阳能吸收器对于将太阳能转化为热能和电力至关重要.
- 现有的吸收器通常面临带宽,厚度或操作条件的限制.
研究的目的:
- 介绍和演示一种具有增强宽带吸收的新型超薄超表面太阳能吸收器.
- 研究圆形纳米天线阵列的光学特性和吸收机制.
- 评估设计的吸收器在各种条件下的性能,包括水下应用.
主要方法:
- 使用有限元素 (FEM) 和有限差异时间域 (FDTD) 方法进行理论和数值模拟.
- 设计和分析由圆形纳米天线阵列组成的超薄元表面.
- 对局部表面等离子体共振 (LSPRs) 激发和光吸收增强的研究.
主要成果:
- 在宽波长范围 (300-2500 nm) 中实现了近乎完美的宽带吸收 (> 90%).
- 证明了高吸收效率 (300-1116纳米在空气中,300-1436纳米在水下) 的260纳米厚的纳米结构.
- 在广的入射角度表现出稳定性,并且由于纳米天线间隙中的LSPRs对光极化不敏感.
结论:
- 拟议的超薄超表面太阳能吸收器提供高效和宽带的光吸收.
- 纳米结构设计适用于太阳能采集,包括水下应用,并且显示出太阳能蒸发器的前景.
- 在超表面中将化 (TiN) 等耐火材料与化 (GaN) 结合起来,为光电子和光催化应用提供了一个可扩展,具有成本效益和强大的平台,特别是在苛刻的环境中.
