用于高温太阳能热能收集的高效选择性超材料吸收器
材料科学
2020-07-16 v1 介观与纳米尺度物理
光学
摘要
本文提出并实验演示了一种超材料选择性太阳能吸收器，其由沉积在超薄 MgF2 间隔层和钨基底薄膜上的纳米结构钛光栅制成。表征显示，所制备的太阳能吸收器在紫外、可见光及近红外 (IR) 波段的法向吸收率高于 90%，而中红外发射率约为 20%。太阳能谱段内的高宽带吸收是通过激发表面等离激元和磁极化激元共振实现的，而低中红外发射率则归因于金属组分的高反射特性。进一步的定向和偏振反射率测量表明，在太阳能谱段内具有宽角度和偏振不敏感的高吸收特性。随温度变化的光谱表征表明，光学性质在高达 350{\deg}C 的升温过程中几乎没有变化。预测使用该超材料太阳能吸收器的光热转换效率在无光聚条件下 100{\deg}C 时为 78%，或在 25 个太阳浓度下 400{\deg}C 时为 80%，并且通过改进制造工艺和超材料设计中的几何优化可进一步提升。强烈的光谱选择性、有利的类漫射行为以及优异的热稳定性，使得该超材料选择性吸收器有望显著增强各种中高温系统中的太阳能热能收集。
引用
@article{arxiv.1411.6584,
title = {Highly-Efficient Selective Metamaterial Absorber for High-Temperature Solar Thermal Energy Harvesting},
author = {Hao Wang and Vijay Prasad Sivan and Arnan Mitchell and Gary Rosengarten and Patrick Phelan and Liping Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1411.6584},
year = {2020}
}
备注
22 pages, 6 figures