[发明专利]具有聚拢太阳能特性的微纳米天线太阳能电池及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米天线领域，具体而言涉及一种具有聚拢太阳能特性的微纳米天线太阳能电池及工作方法。

背景技术

纳米光学天线是目前新兴的前沿科技，它是天线的一种，它的基本原理是当光照射在金属等与介质界面时，在可见光波段和远红外波段处金属等材料的介电常数为负数，在电场的作用下金属表面的自由电子振荡，当电子的振荡频率和入射电磁波的频率一致时就会产生共振，在其表面产生表面等离子体激元，这也是传统天线所不具有的特性。它的特点是将电磁能量局域在亚波长的空间内，使纳米结构表面出现巨大增强的局域电磁近场，导致处于近场范围内的荧光材料，量子点和非线性介质对外界电磁场的响应呈现独特的线性和非线性效应。由于纳米天线的反馈间隙很小，静电耦合很强，从而产生电磁场。

微纳米天线可以提高天线面积的利用效率，并在一定的增益作用下可以减小天线口径面积，使得在航天航空领域可采用体积更小、重量更轻的控制天线。为卫星通信、卫星微波探测成像以及微小机器人的研究提供了更有力的技术支持。

目前的微纳米天线太阳能电池的通常做法是，在有韧性的塑料软片上集成大量纳米天线阵列，除了能吸收光源中可见光和紫外光外，还可以吸收红外光的能量或其他光源能量，而不像传统的面板只能吸收白天的可见光，并且晚上时这些面板几乎不起作用。

但是，现有的微纳米天线太阳能电池的表面上，由于有大量的引线，微纳米天线的覆盖面积只有很小的一部分，能被转换成电能的太阳能也只有微纳米天线覆盖的那部分，太阳能利用率仍然不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有聚拢太阳能特性的微纳米天线太阳能电池及工作方法，该太阳能电池可将微纳米天线覆盖面积之外的太阳能也收集转换成电能，且能吸收太阳能的全部分量实现较高的光电转化效率。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种具有聚拢太阳能特性的微纳米天线太阳能电池及工作方法。

所述微纳米天线太阳能电池包括基底、光电转换层以及N个具有聚拢太阳能特性的微纳米天线装置；

所述基底用于承载设于其上的光电转换层与微纳米天线装置；

所述微纳米天线装置附着设于光电转换层上，自上而下包括引向器组、第一介质层、微纳米天线、第二介质层以及反射振子，其中：

所述微纳米天线具有天线振子，用于吸收照射在微纳米天线上的太阳光在天线振子延伸方向上的分量，在局部空间内形成电磁场，并将转换生成的电能传递给光电转换层；

所述引向器组设置在微纳米天线上方，用于将照射至太阳能电池表面的光线收集聚拢至微纳米天线内；

所述反射振子设置在微纳米天线下方，其延伸方向与微纳米天线的振子延伸方向相同，用于将照射于其上的光线反射回微纳米天线内；

所述第一介质层设置在引向器组与微纳米天线之间，用于隔离引向器组与微纳米天线；

所述第二介质层设置在反射振子与微纳米天线之间，用于隔离反射振子与微纳米天线；

所述光电转换层附着设于所述基底上，用于处理微纳米天线馈电，具有用于外接的正辅助电极、负辅助电极；

所述N为正整数。

所述第一介质层、第二介质层采用二氧化硅层。

所述反射振子采用金属反射振子或石墨烯反射振子中的任意一种。

所述引向器组由L个引向器互相平行排列构成，每个引向器的延伸方向均与所述天线振子延伸方向一致，相邻引向器之间设有用于隔离的二氧化硅薄膜层；

L≤4，L为正整数。

所述引向器采用金属引向器或石墨烯引向器中的任意一种。

所述天线振子包括偶极子天线。

所述偶极子天线的振子形状包括矩形、梯形、台阶状或三角形中的任意一种。

所述N个微纳米天线装置被分为两部分，其中一部分包括M个微纳米天线装置，该M个微纳米天线装置的天线振子延伸方向相同，构成第一微纳米天线组，该M个微纳米天线装置的天线振子延伸方向被设为第一方向；

其余微纳米天线装置的天线振子延伸方向相同，构成另一部分，被设置为第二微纳米天线组，第二微纳米天线组的天线振子延伸方向被设为第二方向；

所述第一方向与第二方向互相垂直；

所述第一微纳米天线组用于收集太阳能在第一方向上的分量并将之转换成电能；

所述第二微纳米天线组用于收集太阳能在第二方向上的分量并将之转换成电能；