[发明专利]一种金属与电介质复合的耐高温太阳光谱选择性吸收结构

说明书

本发明公开了一种金属与电介质复合的耐高温太阳光谱选择性吸收结构，目的在于，在可见光到近红外光的宽光谱内达到了高吸收率，实现了高温条件下对太阳能的高效吸收，其包括底层金属薄膜，所述底层金属薄膜上形成有第一电介质薄膜，所述第一电介质薄膜上形成有多个金属纳米四角星形棱柱构成的阵列，每个所述金属纳米四角星形棱柱的中心具有圆柱孔，所述圆柱孔内填充有电介质填料，每个所述金属纳米四角星形棱柱的外周形成有第二电介质薄膜，所述金属纳米四角星形棱柱、所述电介质填料和所述第二电介质薄膜上形成有第三电介质薄膜，且所述第二电介质薄膜和所述第三电介质薄膜均呈四角星形。

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种金属与电介质复合的耐高温太阳光谱选择性吸收结构。

背景技术

太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，利用太阳能可以帮助解决环境污染、能源短缺问题。为了更高效地利用太阳能，人们提出了光伏发电、光热发电、热光伏发电等技术。在上述技术中，均需要结构简单、耐用的太阳能选择性吸收结构来捕获阳光；同时，光热发电、热光伏发电中的选择性吸收结构还需要具备长期承受高温的能力。自Wood(Philos.Mag.,1902,4(21):396-402.)于1902年在实验中首次发现表面等离激元共振效应后，借助可产生等离激元共振的纳米结构来吸收光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电介质复合的结构来产生局部表面等离激元共振、磁极子共振、空腔共振等多种共振模式，以实现对光的吸收与捕获。

近年来，文献中提出了很多种基于金、银等贵金属纳米结构的太阳能吸收结构，包括有圆柱阵列、方柱阵列、椭圆盘阵列、一维与二维光栅等(Advanced Optical Materials,2019,7(3):1800995.)。然而，现有的太阳能吸收结构普遍存在一些缺陷，例如：吸收光谱范围较窄，仅限于可见光区段；传统的金、银等贵金属与电介质复合的纳米结构在高温环境中容易扩散和氧化失效；结构过于复杂等问题。鉴于此，需要研究出一种能在可见光到近红外区域具有很高的吸收率，且在高温环境下具有较高的热稳定性的太阳光谱选择性吸收结构。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种金属与电介质复合的耐高温太阳光谱选择性吸收结构，在可见光到近红外光的宽光谱内达到了高吸收率，实现了高温条件下对太阳能的高效吸收。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括底层金属薄膜，所述底层金属薄膜上形成有第一电介质薄膜，所述第一电介质薄膜上形成有多个金属纳米四角星形棱柱构成的阵列，每个所述金属纳米四角星形棱柱的中心具有圆柱孔，所述圆柱孔内填充有电介质填料，每个所述金属纳米四角星形棱柱的外周形成有第二电介质薄膜，所述金属纳米四角星形棱柱、所述电介质填料和所述第二电介质薄膜上形成有第三电介质薄膜，且所述第二电介质薄膜和所述第三电介质薄膜均呈四角星形。

进一步地，所述阵列呈平行四边形点阵或正六边形点阵。

进一步地，所述金属纳米四角星形棱柱的四角星的每个角为锐角，且所述金属纳米四角星形棱柱绕其中心轴旋转90°、180°、270°或360°之后与其自身重合。

进一步地，所述金属纳米四角星形棱柱的四角星的外接圆的直径为100nm～1000nm。

进一步地，任意两个相邻的所述金属纳米四角星形棱柱的中心轴的间距大于等于所述金属纳米四角星形棱柱的四角星的外接圆的直径，且小于等于3000nm。

进一步地，所述圆柱孔的直径为20nm～500nm。

进一步地，所述金属纳米四角星形棱柱的材料为钨、钽、铪、锆或铬。

进一步地，所述底层金属薄膜的厚度大于200nm；所述底层金属薄膜的材料为钨、钽、铪、锆或铬。

进一步地，所述第一电介质薄膜、所述电介质填料、所述第二电介质薄膜和所述第三电介质薄膜的材料均为二氧化铪或二氧化硅。