複合微結構表面太陽能吸收機理與調控方法

《複合微結構表面太陽能吸收機理與調控方法》是依託南京航空航天大學，由楊理理擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複合微結構表面太陽能吸收機理與調控方法
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊理理
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

本項目針對微結構表面太陽吸收特性，以單一微結構表面輻射特性為基礎，提出基於複合微結構的太陽能吸收表面。研究太陽輻射光子與複合微結構表面的相互作用關係，分析複合微結構形貌、尺寸和材料屬性對表面吸收性能的影響，揭示太陽輻射光子與複合微結構的作用機制。建立太陽輻射光子沿複合微結構表面傳播的理論模型，闡明不同單一微結構耦合作用下的複合微結構表面太陽能吸收性能的廣角性，研究表面光子吸收性能不隨入射角度變化的調控方法，建立太陽能全方向吸收方法。揭示TE/TM偏振方式引起複合微結構表面光子吸收特性變化的內在機理，建立太陽光子吸收偏振不敏感特性方法。闡明實驗條件和微加工工藝參數對複合微結構表面形貌特徵和太陽吸收性能的影響。項目的實施對於實現太陽能高效利用具有重要的科學價值，為高效太陽能吸收表面的研究奠定科學的理論基礎。

結題摘要

本項目系統而深入地研究了微結構形貌、材料屬性和幾何參數等對全光譜太陽能吸收特性的影響，建立了太陽輻射光子和微結構之間相互作用的理論模型，有效解決了傳統單一結構增強吸收受限的缺點。通過理論模型揭示了不同微結構引起的近場效應之間的耦合作用，分析了不同微結構的光譜吸收特性，釐清了太陽輻射光子與影響因素間的本構關係，提出了複合微結構增強太陽輻射光子吸收的技術路線。基於複合微結構太陽能吸收的理論模型，研發了多種複合微結構表面，建立了複合微結構的實驗方法。複合直徑納米柱+減反膜和複合納米鉛筆+減反膜兩種複合結構較單一納米柱和納米鉛筆均能顯著降低表面反射率，平均反射率至少降低10%；雙層納米柱+減反膜和納米柱+納米鉛筆+減反膜複合結構的表面反射率顯著低於單層納米柱結構，它們的平均反射率分別為4.24%和3%；兩種複合微結構比單一微結構在1200nm-2500nm範圍內大幅增加了透過率。微加工得到的納米錐結構的實驗測量結果和理論計算結果吻合，以此設計的納米錐-納米顆粒複合結構比單一納米錐結構大幅降低了表面反射，平均反射率只有6%；納米錐-納米孔複合結構經過原子力顯微鏡重構計算模型得到理論光譜曲線，與實驗測量值吻合，證明了所設計的理論模型的正確及合理。總之，經過理論探索及設計，實驗研發及測試，證明了複合微結構較單一結構增強太陽輻射光子吸收的優越性，為提高光伏-熱電耦合系統的能量轉換效率提供了有效的解決方案。