本發(fā)明屬于電磁波吸收結構技術領域，特別涉及一種完美吸收體。

背景技術：

基于人工合成材料的一種電磁波吸收結構，它的電磁波參數(shù)和周圍環(huán)境的電磁參數(shù)可實現(xiàn)阻抗匹配，在特定波段下的吸收率為100％，因此人們稱這種電磁波吸收結構為完美吸收體。

現(xiàn)有完美吸收體用于太陽能電池前端時，可以將光譜太陽能轉化為熱能，轉化的熱能可以被傳導給后端的發(fā)射體并輻射出于電池帶隙相匹配的窄帶輻射譜，使太陽能得到較大限度的利用?，F(xiàn)有的單節(jié)太陽能電池因為受到肖克利-奎色極限的限制，其所能實現(xiàn)的最大效率不會超過理論單節(jié)電池最大效率的41％。單節(jié)電池只能轉化為太陽光中能量大于其帶隙能量的光，而對于能量更大的光子，高能帶隙的能量又會以熱的形式耗散掉，從而極大的降低了對太陽光的全光譜利用。同時，現(xiàn)有的完美吸收體由于結構復雜，存在對偏振敏感的缺陷。因此，有必要提出一種新的完美吸收體。

技術實現(xiàn)要素：

針對目前完美吸收體存在的偏振敏感缺陷、對可見光和近紅外光尤其是0.5μm～1.8μm吸收效果差等問題，本發(fā)明提供一種完美吸收體。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種完美吸收體，包括具有兩相對表面的基材層以及自所述基材層一表面向外依次疊設的金屬層、介質層，還包括疊設于所述介質層表面的金屬納米陣列；

其中，所述金屬納米陣列為圓柱體陣列、3d螺旋陣列、棱柱陣列、正棱臺陣列中的任一種。

本發(fā)明提供的完美吸收體為金屬-介質層-金屬三層結構，實現(xiàn)了對光譜太陽能的吸收，而圓柱體陣列、3d螺旋陣列、棱柱陣列、正棱臺陣列的周期性排布，可在頂層和空氣層之間激發(fā)表面等離子體共振，中間介質層可以局域很強的電磁場形成磁共振，相鄰單元之間又可以產生耦合磁共振，從而實現(xiàn)

0.5μm～1.8μm的光譜吸收達到90％及以上，極大的提高了對太陽能的利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的完美吸收體立體圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的完美吸收體正視圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的完美吸收體俯視圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1、2、3所示，本發(fā)明實施例提供一種完美吸收體。該完美吸收體包括具有兩相對表面的基材層1以及自所述基材層1一表面向外依次疊設的金屬層2、介質層3，還包括疊設于所述介質層3表面的金屬納米陣列4；

其中，所述金屬納米陣列4為圓柱體陣列、3d螺旋陣列、棱柱陣列、正棱臺陣列中的任一種。

在任一實施例中，基材1為石英、硅片、鎳、銅、鎢中的任一種，所述基材1起提供生長薄膜的空間的作用。在基材層1表面進行沉積處理前，需要對基材層1進行清洗處理，確?；膶?的表面潔凈，避免表面附著有雜質而可完美吸收體性能產生不利影響。

優(yōu)選地，金屬層2所使用的金屬為鎢。由于鎢的熔點在所有金屬中最高，當將鎢用于完美吸收體的制造時，如果采用其他制造方法，則鎢在蒸鍍過程中，會熔化光刻膠，使得光刻膠形成的圖形被破壞，導致不容易剝離光刻膠，而且剝離后金屬鎢的圖形發(fā)生失真，會使完美吸收體吸收效率降低。而且當采用其他金屬時，其他金屬的熔點由于沒有鎢金屬的高，因此，采用其他金屬制造的完美吸收體的效果不如采用鎢金屬制造的完美吸收體。

進一步優(yōu)選地，金屬層2的厚度在200nm以上，具體見完美吸收體的制作方法。更進一步優(yōu)選地，金屬層2的厚度為200～300nm。

優(yōu)選地，介質層3的材料為二氧化硅、氮化硅、mgf2、al2o3中的任一種。介質層3是產生磁共振的前提。優(yōu)選厚度為60～80nm，該厚度下可以使得其上和其下金屬層中的自由電子產生相互作用，也就是互相耦合，低于或者高于這個厚度區(qū)間會使作用太強或太弱，不能產生諧振峰。

優(yōu)選地，上述完美吸收體的金屬納米陣列4為鎢金屬陣列，所述金屬納米陣列的周期為450～500nm，所述金屬納米陣列的高度為100～140nm。

進一步優(yōu)選地，當金屬納米陣列4為圓柱體陣列時，所述圓柱體的直徑為280～320nm，所述圓柱體的高度為100～140nm，圓柱體在該尺寸范圍內，而且可以在金屬納米陣列4和空氣之間激發(fā)表面等離子體共振，相鄰單元間又可以產生耦合磁共振，當將完美吸收體放置于太陽能電池前端時，0.5μm～1.8μm的光譜吸收達到90％及以上。

在最優(yōu)選的方案中，圓柱體的直徑為300nm，高度為100nm，陣列中圓柱體周期為500nm。

優(yōu)選地，當金屬納米陣列4為3d螺旋陣列時，所述3d螺旋陣列中，螺旋體的中徑為250～350nm，直徑為40～60nm，高度為100～140nm。該尺寸范圍的3d螺旋陣列，對0.5μm～1.8μm光譜的吸收達到93％及以上。

本發(fā)明上述實施例提供的完美吸收體為金屬-介質層-金屬三層結構，無偏振敏感缺陷，實現(xiàn)了對光譜太陽能的吸收，而圓柱體陣列、3d螺旋陣列、棱柱陣列、正棱臺陣列的周期性排布，可在頂層和空氣層之間激發(fā)表面等離子體共振，中間接枝層可以局域很強的電磁場形成磁共振，相鄰單元之間又可以產生耦合磁共振，從而實現(xiàn)0.5μm～1.8μm的光譜吸收達到90％及以上，極大的提高了對太陽能的利用率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。

技術特征：

技術總結
一種完美吸收體，包括具有兩相對表面的基材層以及自所述基材層一表面向外依次疊設的金屬層、介質層，還包括疊設于所述介質層表面的金屬納米陣列；其中，所述金屬納米陣列為圓柱體陣列、3D螺旋陣列、棱柱陣列、正棱臺陣列中的任一種。這種完美吸收體無偏振敏感缺陷，實現(xiàn)了對光譜太陽能的廣譜吸收，且實現(xiàn)對0.5μm～1.8μm光譜的吸收達到90％及以上，極大的提高了對太陽能的利用率。

技術研發(fā)人員：張昭宇;韓谞;何克波
受保護的技術使用者：香港中文大學（深圳）
技術研發(fā)日：2017.03.29
技術公布日：2017.08.29