通过束缚电子与激子吸收设计平面、超薄、宽频带且材料通用的太阳能吸收体
应用物理
2018-05-29 v2 光学
摘要
超薄平面吸收层，包括半导体和金属薄膜以及二维材料，是太阳能收集器件中有前景的构建模块，但光吸收差一直是一个关键问题。尽管已研究超薄吸收层中的干涉以实现特定波长下的近完美吸收，但实现高宽带吸收仍具挑战。在此，我们从理论和实验上证明了一种方法，不仅可调谐反射相移，还可调谐电磁能量耗散，以设计由透明层与金属衬底隔开的超薄吸收层构成的简单平面结构宽带太阳能吸收体。我们通过推导新公式明确指出，折射率与波长成正比且消光系数与波长无关的吸波材料，是创建超薄平面宽带吸收体的理想构建模块。为展示针对自然可用的高损耗（难熔金属）和弱吸收（二维材料）体系中吸收材料的通用策略，我们利用具有宽洛伦兹振荡峰的束缚电子带间跃迁设计了基于超薄Cr层的太阳能热吸收体；并利用归因于自旋轨道耦合的强激子（用于能带边缘附近光谱）以及用于较短波长的束缚电子带间跃迁，设计了基于原子级薄MoS2层的太阳能光伏吸收体。此外，我们设计的具有平面结构的超薄宽带太阳能吸收体与具有纳米图案的吸收体相比具有可比的吸收特性。我们提出的设计策略为具有简单平面结构的新型纳米级能量收集与光电器件铺平了道路。
引用
@article{arxiv.1710.06550,
title = {Designing Planar, Ultra-Thin, Broad-Band and Material-Versatile Solar Absorbers via Bound-Electron and Exciton Absorption},
author = {Dong Liu and Lin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.06550},
year = {2018}
}