用于提高太阳能电池效率和宽带微波交叉偏振转换的超材料吸收器的设计和优化
Asmaa S Mohammed1, Ayad Shohdy2, Shazly A Mohammed3
1Faculty of Technology and Education, Sohag University, Sohag, Egypt. asmaa_el-sayed@techedu.sohag.edu.eg.
Scientific reports
|August 26, 2025
概括
这项研究引入了用于提高太阳能电池效率的超材料 (MTM) 吸收器. 这些MTM结构在红外光谱中实现了近99%的吸收,在微波范围内实现了高效的交叉偏振转换.
科学领域:
- 超材料和纳米光子
- 可再生能源技术
- 电磁和微波工程
背景情况:
- 超材料 (MTM) 为高级应用提供独特的电磁性质.
- 提高太阳能电池的效率需要在整个太阳光谱中有效吸收光.
- 频率选择性表面 (FSS) 和超表面 (MTS) 是操纵电磁波的关键组件.
研究的目的:
- 设计和建造一个超材料吸收器来提高太阳能电池的效率.
- 使用超材料作为红外频段的选择性表面.
- 开发一个宽带微波交叉极化转换元表面.
主要方法:
- 在基板上设计基于分环共振器 (SRR) 的超材料吸收器.
- 模拟和优化用于红外吸收的元材料单元.
- 模拟,制造和验证微波频率的交叉极化转换元表面.
主要成果:
- 超材料吸收器设计在13.29 THz的共振频率下达到大约99%的吸收率.
- 交叉极化转换元表面在广的频率范围 (19.6-25.9 GHz) 上显示出高效的转换.
- 超表面实现了90%的极化效率,带宽为27.7%,性能稳定,直至45°的入射角度.
结论:
- 超材料吸收器通过增强红外吸收来提高太阳能电池效率.
- 开发的交叉极化转换元表面对于需要宽带极化操纵的微波应用是有效的.
- 实验验证证了模拟结果,强调了拟议设计的实际可用性.
