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光子学的突破将太阳能带入一个全新的水平

时间：2022-04-06 20:16:41 来源：

布法罗大学的研究人员正在开发一种减慢和吸收某些波长的光的技术，为太阳能，热能回收和隐身技术提供了新的可能性，更有效的光伏电池以及改进的雷达和隐身技术。

那真是大吃一惊，但同时也增加了一种将机器产生的废热循环利用为能源的新方法。全部来自光子学研究的突破。

该图显示了“多层波导锥形阵列”。不同的波长或颜色被一起形成阵列的波导锥度（顶针形结构）吸收。

该研究成果于3月28日发表在《科学报告》杂志上。本文探讨了一种称为“多层波导锥形阵列”的纳米级微芯片组件的使用，该组件可提高芯片捕获和吸收光的能力。

与当今的扁平芯片不同，如上图所示，波导的锥度逐渐变细，并减慢并最终吸收沿垂直壁在不同位置的每个频率的光，以捕获完整的“彩虹”波长或更完整的光宽带。

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UB电气工程学助理教授首席研究员乔巧强博士说：“我们以前曾预测多层波导锥度将更有效地吸收光，现在我们通过这些实验证明了这一点。对于薄膜太阳能技术以及回收工业和日常电子设备（如智能手机和笔记本电脑）的副产品废热能，这一进步可能被证明是无价的。”

每个多层波导锥都由金属，半导体和/或绝缘体的超薄层制成。锥度吸收金属介电层对中的光，即所谓的双曲线超材料。通过调整层的厚度和其他几何参数，可以将锥度调整到不同的频率，包括可见光，近红外，中红外，太赫兹和微波。

这种通用的结构可能会导致很多领域的进步。

例如，存在一个相对较新的高级计算研究领域，称为片上光通信。在该领域中，存在被称为串扰的现象，其中在一个波导通道上传输的光信号在另一波导通道上产生了不希望的散射或耦合效应。多层波导锥形结构阵列可能会阻止这种情况。

它还可以改善薄膜光伏电池，这是有前途的，因为它们比传统的太阳能电池便宜且更具柔性。但是，缺点是它们吸收的光不如传统细胞那么多。因为多层波导锥形结构阵列可以有效吸收可见光谱以及红外光谱，所以它可能会增加薄膜太阳能电池产生的能量。

多层波导锥度阵列可以帮助回收发电厂和其他工业过程以及电视，智能手机和笔记本电脑等电子设备产生的废热。

甘斯实验室的博士研究生，该论文的第一作者吉登欣说：“它可用作中红外光谱的超紧凑型热吸收，收集和释放装置。”

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Gans实验室的另一名博士生Haomin Song和论文的第二作者补充说，它甚至可以用作飞机，轮船和其他车辆的隐形或隐身材料，以避免雷达，声纳，红外和其他形式的探测，多层波导锥度可以按比例放大，以将吸收带调整到较低的频域并有效地吸收微波。

该论文的其他作者包括胡海峰，刘凯，曾谢和张楠，都是UBs电气工程系的所有博士候选人。

尽管研究刚刚在实验室中进行，但该想法有望影响广泛的能源技术，从光伏技术到薄膜热吸收器/发射器，再到光化学能的收集。这不是一个小主意。

它值得欢迎的工作值得祝贺。

布莱恩·韦斯特豪斯（Brian Westenhaus）


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