Perfect selective metamaterial solar absorbers

吸收率 热光电伏打 材料科学 超材料 光学 超材料吸收剂 光电子学 选择性表面 热发射率 等离子太阳电池 能量转换效率 物理 聚合物太阳能电池 反射率 共发射极 可调谐超材料 梁(结构)
作者
Hao Wang,Liping Wang
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:21 (S6): A1078-A1078 被引量:340
标识
DOI:10.1364/oe.21.0a1078
摘要

In this work, we numerically investigate the radiative properties of metamaterial nanostructures made of two-dimensional tungsten gratings on a thin dielectric spacer and an opaque tungsten film from UV to mid-infrared region as potential selective solar absorbers. The metamaterial absorber with single-sized tungsten patches exhibits high absorptance in the visible and near-infrared region due to several mechanisms such as surface plasmon polaritons, magnetic polaritons, and intrinsic bandgap absorption of tungsten. Geometric effects on the resonance wavelengths and the absorptance spectra are studied, and the physical mechanisms are elucidated in detail. The absorptance could be further enhanced in a broader spectral range with double-sized metamaterial absorbers. The total solar absorptance of the optimized metamaterial absorbers at normal incidence could be more than 88%, while the total emittance is less than 3% at 100°C, resulting in total photon-to-heat conversion efficiency of 86% without any optical concentration. Moreover, the metamaterial solar absorbers exhibit quasi-diffuse behaviors as well as polarization independence. The results here will facilitate the design of novel highly efficient solar absorbers to enhance the performance of various solar energy conversion systems.
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