[发明专利]一种高辐射效率全极化的纳米天线

说明书

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种高辐射效率全极化的纳米天线。一种高辐射效率全极化的纳米天线，包括上臂、下臂、左臂和右臂；上臂、下臂、左臂和右臂均为领结臂，所述上臂与下臂为镜像结构；所述左臂与右臂为镜像结构，且四个领结臂成轴对称。本发明提出了一种高辐射效率全极化的光学纳米天线，该光学纳米天线是由四个领结臂组成的，相比于现有的天线设计，本发明同时实现了高效率与全极化地收集太阳能。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种高辐射效率全极化的纳米天线。

背景技术

光学纳米天线是一种可将近场局域光场和远场辐射光场进行高效自由转换的纳米尺度装置。

光学纳米天线是基于金属纳米颗粒在光波频率下的局域等离子体激元共振增强效应，具有共振增强效应的纳米天线能够极大地提高局域场，有效地收集光能，这使其在能源收集等领域具有广泛的应用。在红外光频能量收集领域，光学纳米天线最重要的参数为接收效率，基于天线互易定理，接收效率即为辐射效率。因此，设计出拥有良好辐射效率的纳米光学天线具有非常重要的意义。

西安电子科技大学在其申请的中国发明专利“一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法”(申请号：201710307614.8，公布号：CN 107104521 A)中提出了一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法。该方法首先基于时域有限差分法建立仿真模型，获得天线的辐射效率，然后通过数值计算得到银螺旋纳米天线在整个工作波长400～1600nm的总吸收率为74.49％，进而评估所设计的螺旋纳米天线结构，最后对于不同尺寸的螺旋天线，以总吸收效率表征选择最终的天线尺寸，确定最优的天线结构。但是，该方法仍然存在的不足之处是，总辐射效率较低，导致该纳米天线太阳能电池的光电转化效率较低。

北京空间飞行器总体设计部在其申请的中国实用新型专利“一种用于红外能量转换的纳米天线”(申请号：201520186809.8，公布号：CN 204577575 U)中提出了一种用于红外能量收集的纳米天线结构，纳米天线包括左臂、右臂以及采用单层绝缘层的整流二极管，其左臂与右臂交叉成蝴蝶结形状，并且两臂中间夹有整流器，三者一体成型。通过调整天线的数量，共振波长发生明显红移，且峰位处的局域场强度和感应电流逐渐增大，再适当的增加天线的厚度和降低两臂尖端的有效间距获得更强的局域场强度和更大的输出电流。但是，该纳米天线仍然存在的不足之处是，由于该纳米天线是由左右两臂组成的，因此其为线极化天线，没有兼顾太阳光的任意极化特性，只能接收一半的太阳功率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提出一种高辐射效率全极化的纳米天线，本发明主要用于太阳能收集的纳米天线的总收集效率。

技术方案：一种高辐射效率全极化的纳米天线，包括上臂、下臂、左臂和右臂；上臂、下臂、左臂和右臂均为领结臂，所述上臂与下臂为镜像结构；所述左臂与右臂为镜像结构，且四个领结臂成轴对称。

进一步地，所述的四个领结臂的辐射体形状为弯角形。

进一步地，所述的高辐射效率全极化的纳米天线材质选取Au、Pt、Ag、Cu、Al、Ni、V、Cr和W中的一种。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明提出了一种高辐射效率全极化的光学纳米天线，该光学纳米天线是由四个领结臂组成的，相比于现有的天线设计，本发明同时实现了高效率与全极化地收集太阳能。

附图说明

图1是本发明的纳米天线结构示意图；

图2是一种高辐射效率全极化的纳米天线的设计方法的流程图；

图3是本发明的纳米天线的间隙距离对光学纳米天线总辐射效率的影响图；

图4是本发明的纳米天线的弯角半径对光学纳米天线总辐射效率的影响图；