[发明专利]一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法，结构能够获得对太阳光的高吸收率，以及高温时的低发射率，实现了高温条件下对太阳能的高效光热转换，结构包括金属基底，金属基底上形成有第一介质膜层，第一介质膜层上形成有第一金属膜层，第一金属膜层上形成有第二介质膜层，第二介质膜层上设置有多个金属@介质纳米八棱柱构成的阵列；金属@介质纳米八棱柱包括位于底部的粗金属纳米八棱柱、设置在粗金属纳米八棱柱上表面的细金属纳米八棱柱，以及完整包覆粗金属纳米八棱柱、细金属纳米八棱柱外表面的介质纳米八棱柱。制备方法采用磁控溅射、电子束蒸发和电子束刻蚀方法，工艺控制方便，具有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法。

背景技术

太阳内部的核聚变释放出取之不尽、用之不竭的清洁无污染的太阳能，高效的利用太阳能是解决能源危机、环境污染和全球变暖等问题的有效途径。太阳能发电技术主要有光伏发电、聚光太阳能热发电、热光伏发电等。在聚光太阳能热发电和热光伏发电中，均需要结构简单、光热转换效率高、能长期在高温环境下保持稳定的太阳光谱选择性吸收器来捕获太阳能。自从麦克斯韦方程提出以后，人们对微纳尺度的物质的散射特性和吸收特性进行了大量研究，其中可引起特殊光学响应的纳米结构来吸收光能就成为了学界和业界关注的重点。目前，学界和业界主要着眼于采用金属和介质复合的结构来引起空腔共振、局域表面等离子体共振、表面等离子体激元、磁极子共振等多种共振模式，以实现对太阳能的捕获 (International Journal of Heat and Mass Transfer,2019,140:453-482.)。

近年来，文献中提出了很多种金属纳米结构的太阳能吸收器，包括有多层薄膜结构、一维与二维光栅等(Materials Today Physics,2021:100388.)。然而，现有的阳光吸收器大多存在一些关键问题，例如：在近红外波段吸收率较低，不能实现对太阳光的高效吸收；在高温下的发射率较高，不能实现对太阳能的高效转换；常用的金、银等贵金属与介质构成的吸收器在高温条件下极易失效且其制备成本过高；吸收器复杂，难以加工。鉴于此，亟需发展一种能实现对太阳能的高效转换、结构简单且在高温下具有较高的热稳定性与较低的发射率的选择性吸收器。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法，制备的高温太阳光谱选择性吸收器能够获得对太阳光的高吸收率，以及高温时的低发射率，实现了高温条件下对太阳能的高效光热转换，制备方法工艺控制方便，具有重要的应用前景。

为了实现以上目的，本发明提供了一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，包括金属基底，所述金属基底上形成有第一介质膜层，所述第一介质膜层上形成有第一金属膜层，所述第一金属膜层上形成有第二介质膜层，所述第二介质膜层上设置有多个金属@介质纳米八棱柱构成的阵列；所述金属@介质纳米八棱柱包括位于底部的粗金属纳米八棱柱、设置在所述粗金属纳米八棱柱上表面的细金属纳米八棱柱，以及完整包覆于所述粗金属纳米八棱柱和所述细金属纳米八棱柱外表面的介质纳米八棱柱，所述的细金属纳米八棱柱的横截面小于粗金属纳米八棱柱；所述金属基底、所述第一金属膜层、所述粗金属纳米八棱柱与所述细金属纳米八棱柱的材料均为钨、铬、锆、铪和钽中的至少一种，所述第一介质膜层、所述第二介质膜层与所述介质纳米八棱柱的材料均为二氧化铪和二氧化硅中的至少一种。

进一步地，所述金属@介质纳米八棱柱的八棱柱的横截面呈正八边形，多个所述金属@介质纳米八棱柱呈平行四边形点阵或八边形点阵排布。

进一步地，所述粗金属纳米八棱柱、所述细金属纳米八棱柱与所述介质纳米八棱柱的中心轴线相重合；所述介质纳米八棱柱的横截面的外接圆直径比所述粗金属纳米八棱柱的外接圆直径至少大20nm。

进一步地，所述介质纳米八棱柱的横截面的外接圆直径比所述粗金属纳米八棱柱的外接圆直径大20～500nm。