[發(fā)明專利]基于納米結(jié)構(gòu)的全光譜廣角聚光器的制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910030341.2
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101592777A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 張瑞英;董建榮;楊輝
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B3/08;G02B1/10;H01L31/052;C23F1/14;C23F4/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發(fā)明涉及一種全光譜廣角增透聚光器的制備方法，屬于微納光子技術領域。

背景技術

太陽能高效發(fā)電技術作為可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源技術，已被列為重點支持和優(yōu)先發(fā)展的方向，然而制約太陽電池大規(guī)模應用的主要瓶頸是提高效率和降低成本。基于太陽光譜空間上的分散性，以低成本的光學系統(tǒng)代替高成本的電池芯片成為有效降低太陽電池成本的方式，非成像式透射式聚光器是實現(xiàn)高倍聚光的主要方式之一，高的透過率是該透射式聚光器獲得高效的必要條件。

為了獲得高透過率，通常在聚光器的上下兩個表面鍍增透膜。然而，基于太陽光的頻譜分散性(波長范圍從300nm-2700nm)，為了獲得寬廣譜范圍內(nèi)的高透過率，通常需設計蒸鍍70-100層的光學膜，而且光學膜材料不盡唯一。如此復雜的膜系結(jié)構(gòu)不僅使得鍍膜本身工藝要求提高，成功率降低；即使對于成功蒸鍍增透膜的聚光器而言，在野外使用過程中不可避免地也要經(jīng)受溫度、濕度變化甚至機械沖擊，由多層不同材料的光學膜蒸鍍在聚光器介質(zhì)上，由于不同材料之間的熱膨脹系數(shù)、濕度系數(shù)以及彈性模量的不同，不可避免地會造成膜層材料折射率、厚度的變化，甚至惡劣地導致部分光學膜脫落，任何一種變化，都會導致基于相干原理的光學膜透過率的下降甚至于徹底破壞，從而極大地影響聚光器的聚光效率。

此外，盡管太陽光可以近似地認為是平行光，在太陽跟蹤器的導引下，垂直入射進入聚光器，但是普遍認為，依然有大約10％的雜散光，隨機入射進入聚光器。對于基于多層鍍膜獲得增透效果的聚光器而言，由于其透射效果與特定波長的光在進入聚光器的光程密切相關，因此，聚光器對太陽光的入射角度非常敏感，斜角入射的光幾乎不會被聚光器收集，在AM1.5G的太陽下，其聚光器的收集效率必然小于90％。

亞波長光柵結(jié)構(gòu)是周期小于入射光波長的表面浮雕光柵結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，兩種介質(zhì)和相應亞波長光柵結(jié)構(gòu)的折射率分別為n₁、n₂、n₃，光柵周期為Λ，光柵矢量G=2πΛ,]]>入射光的入射角和光波在真空中的波矢量分別為θ₁和k，發(fā)生零級衍射的條件可表示如下：|n₁ksinθ₁+mG|＞n_ik，i＝1，2，3?and?m＝±1，±2，±3，......(1)，由該式可知，特定波長的入射光發(fā)生零級衍射的條件不僅依賴于入射光的入射角，而且取決于材料的折射率和光柵的周期。當光柵的周期足夠小時，光柵矢量值足夠大，使得上述不等式不再依賴于入射光的波矢和入射角的大小，也就是說，在寬波長和大角度范圍內(nèi)都可以獲得零級衍射，即獲得高的增透效果。此外，鑒于亞波長結(jié)構(gòu)只是在原有介質(zhì)上通過刻蝕等辦法形成的結(jié)構(gòu)，與蒸鍍增透膜的方式相比，不受溫度、濕度和機械變化的影響，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，因此，亞波長光柵結(jié)構(gòu)成為一種廣角范圍內(nèi)增加界面透過率的解決辦法，成為應用研究的熱點。因此，基于亞波長結(jié)構(gòu)的聚光器也必將在廣角寬廣譜范圍內(nèi)增加聚光器的透射率，提高聚光器的收集效率。

但是，與傳統(tǒng)的鍍增透膜相比，該亞波長光柵結(jié)構(gòu)由于需要形成納米量級的圖形，給低成本大面積應用帶來制作上的困難。到目前為止，形成減反亞波長光柵結(jié)構(gòu)圖形的方法大多采用電子束曝光或者全息光刻，實驗獲得了較好的效果。但是基于電子束曝光的方式是逐點掃描，難以實現(xiàn)大面積加工，且電子束設備非常昂貴，也不滿足低成本制作要求；基于He-Ne激光器的全息光刻盡管可以實現(xiàn)大面積制作，但是通常基于菲涅耳透鏡的聚光器有多個不同形狀的曲面，難以通過全息曝光的方式實現(xiàn)整個聚光器表面的圖形生成，因此，如何在聚光器上低成本大面積形成增透亞波長結(jié)構(gòu)還是一個問題。