[发明专利]一种太阳能全光谱范围完美光吸收器

说明书

一种可见‑近红外区域宽波段完美吸收器，其特征在于包括金属膜层、介质膜层以及金属‑介质堆叠层，所述金属‑介质堆叠层设于介质膜层之上，介质膜层设于金属膜层之上；所述金属‑介质堆叠层由金属‑介质复合结构周期性阵列而成。本发明具备耐高温高热的物理特性，从而可以有效避免金属欧姆损耗、热效应和热不稳定性等难题；实现了紫外‑可见‑红外波段的宽带吸收；在太阳能全光谱范围的电磁波完美吸收特性，在耐高温高热情况下的光电器件包括红外探测与光电转换、红外成像、太阳能抗反射涂料以及热辐射器等领域都具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及光电功能材料与器件以及太阳能光伏器件领域，具体涉及一种太阳能全光谱范围完美光吸收器。

背景技术

表面等离激元共振(Surface Plasmon)通常是指金属结构表面的自由电子在外加电磁波照射下引起的集体振荡，在金属表面形成局域电磁场增强效应。

超材料是指人工设计和制造的具有周期性结构的复合材料，其研究近几年来迅速成为物理学、功能技术与材料科学等学科的前沿交叉领域。

完美光吸收器的概念最早是在2008年(《Physical Review Letters》，第100卷，第207402页)提出，是一种基于超材料的电磁波等离激元共振吸收。典型的超材料完美吸收器有三层结构：顶层是由具有单个或多个等离激元共振响应模式的金属微结构单元排列而成的二维周期阵列，中间层是一层介质或绝缘材料平板，底层通常是一层不透光的金属板。通过合理设计器件的结构尺寸及材料参数，能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而对入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现百分之百的吸收。即，通过电磁共振现象实现了结构在共振波长处既没有反射(反射率接近为0)也没有透射(透射率为0)，从而根据吸收率A＝1-R-T(其中A代表吸收率，R代表反射率，T代表透射率)的定义可以得到吸收率A接近100％的完美吸收。电磁波完美吸收器是实现高效的电磁波或太阳能光谱吸收及其在光电探测器件中的一个必备元件。自2008年起,电磁波完美吸收器(《Advanced Materials》，第24卷，第OP98页)的研究获得了国内外研究者的广泛关注。紫外、可见波段、近红外波段的电磁波完美吸收器可以作为光电效应或光电转换器的结构单元、热发射器的结构单元，或作为减小电磁波杂散发射的吸波涂层材料。

现有完美光吸收器的研究体系主要是基于金属-介质-金属的多层等离激元共振结构体系或超材料体系实现了从微波频段到可见光波段的完美吸收响应(《LaserPhotonics Reviews》，第8卷，第495页)。然而在这些完美吸收器体系中，往往只能吸收单一共振波长的电磁波，是窄带的光吸收。此外，这些电磁波完美吸收器体系都是基于贵金属材料(比如金、银)，通过这些金属材料的自由电子振荡模式实现电磁波的耦合，这些自由电子振荡必然导致很强的欧姆损耗和热效应，不利于金属微纳米材料的结构稳定性，也局限了此类吸收器在高强度电磁波照射下的应用前景。中国发明专利公开了一种钛基太阳能选择性吸收涂层，但该吸收涂层具备高吸收效率的波长范围窄且结构复杂，需紧密配置吸热体、减反层和吸收层等结构单元。

综上所述，如何突破已有研究体系的局限和如何实现宽带完美光吸收以及能耐高温和高热环境的太阳能全光谱范围的完美吸收器依然是当前科学于技术领域的一个难题。

因此，设计并实现具有太阳能全光谱范围完美光吸收响应的结构体系对于解决现有研究体系和发明结构无法同时具备的完美吸收和耐高温高强度辐射技术要求的难题将具有非常重要的现实意义和应用价值。

发明内容

针对背景技术提出的问题，现提供一种太阳能全光谱范围完美光吸收器以达到解决效果，现对本发明做进一步阐述。