[0001] 本发明属于电磁波吸收结构技术领域， 特别涉及一种完美吸收体。

背景技术

[0002] 基于人工合成材料的一种电磁波吸收结构， 它的电磁波参数和周围环境的电磁 参数可实现阻抗匹配， 在特定波段下的吸收率为 100%， 因此人们称这种电磁波 吸收结构为完美吸收体。

[0003] 现有完美吸收体用于太阳能电池前端吋， 可以将光谱太阳能转化为热能， 转化 的热能可以被传导给后端的发射体并辐射出于 电池带隙相匹配的窄带辐射谱， 使太阳能得到较大限度的利用。 现有的单节太阳能电池因为受到肖克利-奎色� � 限的限制， 其所能实现的最大效率不会超过理论单节电池 最大效率的 41%。 单节 电池只能转化为太阳光中能量大于其带隙能量 的光， 而对于能量更大的光子， 高能带隙的能量又会以热的形式耗散掉， 从而极大的降低了对太阳光的全光谱 利用。 同吋， 现有的完美吸收体由于结构复杂， 存在对偏振敏感的缺陷。 因此 ， 有必要提出一种新的完美吸收体。

技术问题

[0004] 针对目前完美吸收体存在的偏振敏感缺陷、 对可见光和近红外光尤其是 0.5μηι~ 1.8μηι吸收效果差等问题， 本发明提供一种完美吸收体。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 为了实现上述发明目的， 本发明的技术方案如下：

[0006] 一种完美吸收体， 包括具有两相对表面的基材层以及自所述基材 层一表面向外 依次叠设的金属层、 介质层， 还包括叠设于所述介质层表面的金属纳米阵列 ；

[0007] 其中， 所述金属纳米阵列为圆柱体阵列、 3D螺旋阵列、 棱柱阵列、 正棱台阵列 中的任一种。

发明的有益效果 有益效果

[0008] 本发明提供的完美吸收体为金属 -介质层-金属三层结构， 实现了对光谱太阳能 的吸收， 而圆柱体阵列、 3D螺旋阵列、 棱柱阵列、 正棱台阵列的周期性排布， 可在顶层和空气层之间激发表面等离子体共振 ， 中间介质层可以局域很强的电 磁场形成磁共振， 相邻单元之间又可以产生耦合磁共振， 从而实现 0.5μηι~1.8μιη 的光谱吸收达到 90%及以上， 极大的提高了对太阳能的利用率。

对附图的简要说明

附图说明

[0009] 图 1为本发明实施例提供的完美吸收体立体图；

[0010] 图 2为本发明实施例提供的完美吸收体正视图；

[0011] 图 3为本发明实施例提供的完美吸收体俯视图。

本发明的实施方式

[0012] 为了使本发明要解决的技术问题、 技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结 合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。

[0013] 如图 1、 2、 3所示， 本发明实施例提供一种完美吸收体。 该完美吸收体包括具 有两相对表面的基材层 1以及自所述基材层 1一表面向外依次叠设的金属层 2、 介 质层 3， 还包括叠设于所述介质层 3表面的金属纳米阵列 4;

[0014] 其中， 所述金属纳米阵列 4为圆柱体阵列、 3D螺旋阵列、 棱柱阵列、 正棱台阵 列中的任一种。

[0015] 在任一实施例中， 基材 1为石英、 硅片、 镍、 铜、 钨中的任一种， 所述基材 1起 提供生长薄膜的空间的作用。 在基材层 1表面进行沉积处理前， 需要对基材层 1 进行清洗处理， 确保基材层 1的表面洁净， 避免表面附着有杂质而可完美吸收体 性能产生不利影响。

[0016] 优选地， 金属层 2所使用的金属为钨。 由于钨的熔点在所有金属中最高， 当将 钨用于完美吸收体的制造吋， 如果采用其他制造方法， 则钨在蒸镀过程中， 会 熔化光刻胶， 使得光刻胶形成的图形被破坏， 导致不容易剥离光刻胶， 而且剥 离后金属钨的图形发生失真， 会使完美吸收体吸收效率降低。 而且当采用其他 金属吋， 其他金属的熔点由于没有钨金属的高， 因此， 采用其他金属制造的完 美吸收体的效果不如采用钨金属制造的完美吸 收体。

[0017] 进一步优选地， 金属层 2的厚度在 200nm以上， 具体见完美吸收体的制作方法 。 更进一步优选地， 金属层 2的厚度为 200~300nm。

[0018] 优选地， 介质层 3的材料为二氧化硅、 氮化硅、 MgF ₂ 、 A1 ₂ 0 ₃ 中的任一种。 介 质层 3是产生磁共振的前提。 优选厚度为 60~80nm， 该厚度下可以使得其上和其 下金属层中的自由电子产生相互作用， 也就是互相耦合， 低于或者高于这个厚 度区间会使作用太强或太弱， 不能产生谐振峰。

[0019] 优选地， 上述完美吸收体的金属纳米阵列 4为钨金属阵列， 所述金属纳米阵列 的周期为 450~500nm， 所述金属纳米阵列的高度为 100~140nm。

[0020] 进一步优选地， 当金属纳米阵列 4为圆柱体阵列吋， 所述圆柱体的直径为 280~3 20nm， 所述圆柱体的高度为 100~140nm， 圆柱体在该尺寸范围内， 而且可以在 金属纳米阵列 4和空气之间激发表面等离子体共振， 相邻单元间又可以产生耦合 磁共振， 当将完美吸收体放置于太阳能电池前端吋， 0.5μηι~1.8μιη的光谱吸收达 到 90%及以上。

[0021] 在最优选的方案中， 圆柱体的直径为 300nm， 高度为 100nm， 阵列中圆柱体周 期为 500nm。

[0022] 优选地， 当金属纳米阵列 4为 3D螺旋阵列吋， 所述 3D螺旋阵列中， 螺旋体的中 径为 250~350nm， 直径为 40~60nm， 高度为 100~140nm。 该尺寸范围的 3D螺旋阵 列， 对 0.5μηι~1.8μιη光谱的吸收达到 93%及以上。

[0023] 本发明上述实施例提供的完美吸收体为金属 -介质层-金属三层结构， 无偏振敏 感缺陷， 实现了对光谱太阳能的吸收， 而圆柱体阵列、 3D螺旋阵列、 棱柱阵列 、 正棱台阵列的周期性排布， 可在顶层和空气层之间激发表面等离子体共振 ， 中间接枝层可以局域很强的电磁场形成磁共振 ， 相邻单元之间又可以产生耦合 磁共振， 从而实现 0.5μηι~1.8μιη的光谱吸收达到 90%及以上， 极大的提高了对太 阳能的利用率。

[0024] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。