거울

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 19984(2016) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 여기에 거울 뒷면의 나노 다공성 알루미나로 구성된 광대역, 광각 및 편광 독립적 거의 완벽한 흡수체를 제시합니다. Maxwell-Garnet 혼합 이론에 따라 무질서한 다성분 알루미늄을 전기화학적으로 양극산화처리하고 나노다공성 알루미나의 두께와 공기 충진율을 적절하게 조정함으로써 우수한 광열 특성과 93% 이상의 흡수율을 갖는 대면적 암색 알루미나를 만들 수 있습니다. 근적외선에서 자외선까지의 넓은 파장 범위(예: 250nm~2500nm). 측정된 흡수는 유사한 파장에서 일반적으로 반투명한 다른 보고된 양극산화 다공성 알루미나보다 훨씬 더 큰 크기입니다. 그러나 이 간단하면서도 효과적인 접근 방식에는 리소그래피, 나노 혼합물 증착, 전처리 및 후처리가 필요하지 않습니다. 여기에서 우리는 또한 통합 열전자 및/또는 열광발전 에너지 변환 장치에서 제안된 흡수체 및/또는 광열 변환기의 실제 사용을 구상하고 이론적으로 조사합니다. 이는 근적외선 복사에 대한 주변 가시광선의 전체 스펙트럼을 효율적으로 사용합니다.

햇빛, 흑체 복사, 전자 송신기의 전파와 같은 주변 전자기 복사를 전기로 변환하는 것은 광전지(PV)1,2,3, 열전소자(TE)4, 열광전지( TPV)5,6,7, 열이온 변환(TC)(또는 열전자공학)8,9,10,11 및 전자파 정류12,13,14. 이 중 TC와 TPV 기술은 넓은 광자 에너지(적외선(IR)부터 자외선(UV)까지의 파장) 내의 태양광과 열복사로부터 광자 에너지를 수확하고 이를 열에너지로 변환한 후, 열을 전기로 직접 변환하는 과정. 이상적으로 TC 및 TPV 태양전지는 전체 태양광 스펙트럼5,6,7,8,9,10을 효율적으로 사용하여 기존 PV 태양전지의 근본적인 과제를 극복할 수 있습니다. 그림 1(a)에 예시된 열이온 변환기는 상당히 간단한 진공 마이크로 다이오드를 기반으로 하며, 집중된 태양 복사 또는 열 복사에 의해 가열된 뜨거운 전극(방출기)은 전위 장벽을 넘어 더 차가운 전극(수집기)으로 열전자적으로 전자를 방출할 수 있습니다. , 따라서 유용한 전력 출력을 생성합니다8,9,10,11. 그림 1(b)에 예시된 TPV 셀은 좀 더 복잡한 방식으로 작동됩니다. 흡수된 열은 먼저 주파수 선택 방출기에 의해 협대역 열 복사로 변환된 다음 파장이 일치하는 전자기 에너지로 재방사됩니다. PV 수신기의 밴드갭은 열화 또는 줄 가열5,6,7로 인한 손실 없이 전기 에너지로 변환됩니다. 일반적으로 TC 및 TPV 태양광 패널은 합리적으로 높은 온도를 제공하기 위해 부피가 큰 기계식 추적기와 함께 매우 큰 집광 장치가 필요합니다. 효율적인 에너지 변환에 필요한 높은 펌핑 방사조도는 비용, 효율성 및 신뢰성 측면에서 TC 및 TPV 장치의 실행을 특히 어렵게 만듭니다. 광대역, 광각 및 편광 독립적 흡수를 달성할 수 있는 거의 완벽한 전자기 에너지 흡수체를 설계함으로써 이러한 영역에서 상당한 개선이 이루어질 수 있다고 믿어집니다. 24,25,26,27 및 우수한 광열 특성.

응용 분야에 따라 전자 또는 열 방출기와 쉽게 통합될 수 있는 거울 뒷면의 나노다공성 알루미나 흡수체를 사용하는 (a) 열전자 장치 및 (b) 열광전지 마이크로 장치의 개략도.

나노기술의 급속한 출현으로 나노포토닉 기술을 사용하여 고효율의 소형 반사 방지 코팅 또는 표면 흡수재의 설계가 가능해졌습니다. , 광결정30,31 및 메타물질15,16,17. TC 및 TPV 에너지 변환 장치의 사용을 촉진하는 것을 목표로 상업용 6061-T6 알루미늄 위에 나노다공성 알루미나 필름을 사용하여 구성된 고성능, 대면적 흡수체를 준비하기 위한 간단하고 비용 효율적인 화학 경로를 개발합니다. (Al) 기판. 이 흡수체는 횡전기(TE) 및 횡자기(TM) 분극 모두에 대해 광범위한 파장(250nm~2500nm) 및 입사각(0°~90°)에 걸쳐 93%보다 큰 흡수를 나타낼 수 있습니다. 이러한 성능은 이전 디자인18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28과 비슷하거나 더 좋습니다. 그러나 제안된 접근 방식은 높은 처리량, 저렴한 비용, 넓은 패턴 영역 및 열전자공학 및 열광전지 시스템에 통합할 수 있는 능력 측면에서 기존 리소그래피 나노구조에 비해 장점이 있을 수 있습니다. 또한 이 미러백 구조는 이중 기능을 가질 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 전자기 에너지를 흡수하고 기판 온도를 높여 열로 변환하는 효율적인 흡수체/광열 변환기 역할을 제외하고 후면 금속 표면을 나노 엔지니어링하여 TC 및 열전사에서 효율적인 열전자 방출기 또는 열 재방사기를 구현할 수 있습니다. TPV 장치.