【摘要】： 在可持續(xù)發(fā)展的低碳經(jīng)濟中,太陽能資源作為一種豐富和清潔的新能源,正日益受到當(dāng)今世界的廣泛關(guān)注。太陽能的光熱能量轉(zhuǎn)換是一種重要的太陽能利用形式,能夠與太陽輻射的寬光譜相匹配,具有光電轉(zhuǎn)換器件難以比擬的高效率優(yōu)點。本論文結(jié)合高效率光熱轉(zhuǎn)換應(yīng)用的特點,對多種微納光子吸收器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計特性和制備工藝及其性能實現(xiàn)進行了研究和探索： 1.采用傳輸矩陣的方法設(shè)計了可供實用的多層金屬／氧化物薄膜結(jié)構(gòu)的光熱能量轉(zhuǎn)換器件,能夠?qū)崿F(xiàn)在太陽輻射的峰值譜區(qū)(可見光和近紅外波段)超過90%的高吸收率。在此基礎(chǔ)上,采用射頻濺射工藝實現(xiàn)了微納器件結(jié)構(gòu)的生長和制備,通過橢圓偏振光譜測量對其透射和反射特性進行了研究分析,與器件的設(shè)計特性相吻合,并計算了該器件結(jié)構(gòu)的熱輻射率,在正入射時僅為0.063。證實了這種設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽輻射譜的選擇性吸收,具有很高的光熱轉(zhuǎn)換效率和很低的熱輻射率。這是一種無機金屬／氧化物薄膜微納結(jié)構(gòu)器件,取材廣泛,制備工藝較簡單,生產(chǎn)成本較低,性能穩(wěn)定,清潔無污染。 2.對基于雙光子吸收的微納結(jié)構(gòu)制備工藝進行了改進,通過光學(xué)元件軸棱錐(axicon)的引入,利用其與聚焦透鏡組合產(chǎn)生的聚焦區(qū)間——貝塞爾區(qū)域,顯著提高了這類微納結(jié)構(gòu)器件的制備效率。對兩個不同軸棱錐相對應(yīng)的貝塞爾區(qū)域的特性進行了理論和實驗的研究,歸納出所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)隨曝光激光密度的特性變化規(guī)律,并制備了三維的微納晶格結(jié)構(gòu)。證實了該方法能夠在確保雙光子吸收聚合高精度的條件下,實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)器件的高效率制備。 3.在雙光子聚合加工的微納晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了另一種增強對太陽輻射光譜區(qū)吸收的方法。使用RCWA方法對鍍有金屬薄膜的微納晶格結(jié)構(gòu)的吸收特性進行擬合,并通過真空蒸鍍金屬膜、測量結(jié)構(gòu)的反射特性進行實驗驗證,證實通過在微納結(jié)構(gòu)上鍍膜的方式,可以變相實現(xiàn)金屬表面的紋理化,有利于減低反射,增強吸收。并且發(fā)現(xiàn)通過對微納晶格結(jié)構(gòu)尺寸的控制,可以制作一個具有高吸收率和低熱輻射率的優(yōu)良光譜選擇性的光熱轉(zhuǎn)換器件。
【圖文】：

線(0.小0.76卜m)、紅外線(>0.76林m)和紫外線(<0.4“m)分別占50%、43%和7%。圖1.1顯示了太陽輻射譜的分布情況，且由圖1.1可見，，太陽輻射分布與圖中5250℃的黑體輻射譜接近，因此我們也可以近似的認(rèn)為太陽輻射是黑體輻射【9]。

徽灤髀? SolarRadiationSPectrum

本文編號：2674342