[發(fā)明專利]一種腔式光子晶體選擇性吸收輻射器

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• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112344571A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 蔡琦琳;吳璽;葉慶
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: F24S20/20
• 分類號: F24S20/20;F24S23/30;F24S70/16;F24S70/20
• 代理公司: 北京潤川律師事務所 11643
• 代理人: 張超

本發(fā)明公開了一種腔式光子晶體選擇性吸收輻射器，吸收輻射器為具有進光口的腔體結構，所述進光口直徑小于所述腔體結構的內徑。本發(fā)明通過將吸收器設置成腔體結構，由于進光口相對較小，進入腔體內的光從進光口透射出去的比例大幅減小，有效提高了吸收器對光的吸收率。

技術領域

本發(fā)明涉及熱輻射技術領域，特別涉及一種腔式光子晶體選擇性吸收輻射器。

背景技術

太陽能熱光伏(Solar Thermophotovoltaic,簡稱STPV)系統(tǒng)是前沿熱電轉換技術，可以直接將高溫熱輻射轉化為電能。STPV系統(tǒng)通常由聚光器、吸收器、輻射器和熱光伏電池組成，其基本原理為：聚光器匯聚太陽光(光能)供給吸收器，吸收器吸收聚光后的太陽光升溫加熱輻射器發(fā)出紅外熱輻射，紅外熱輻射由熱光伏電池進行光電轉化，形成電能。STPV系統(tǒng)無運動部件，理論轉化效率高，可高效利用太陽能，在商業(yè)、軍事和民用等領域擁有巨大的應用潛力。

盡管STPV系統(tǒng)的最高理論轉化效率在50％以上，但目前報道的最高轉化效率低于10％。現(xiàn)有STPV系統(tǒng)存在以下缺陷：太陽光在STPV系統(tǒng)中經(jīng)歷聚光-吸光-導熱-輻射-光電轉化過程，吸收器吸收太陽光過程中存在反射損失，無法完全吸收太陽光。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種腔式光子晶體選擇性吸收輻射器，可有效降低吸收器的光反射損失，提升吸收器的光吸收率。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明提供一種腔式光子晶體選擇性吸收輻射器，吸收輻射器為具有進光口的腔體結構，所述進光口的內徑小于所述腔體結構的內徑。

優(yōu)選的，所述腔體結構為球形或橢圓形。

進一步地，所述進光口處設置有篩選太陽光波段的選擇性透射膜，所述選擇性透射膜由硅層和二氧化硅層交替層疊形成。

進一步地，所述硅層的厚度為100-300nm，所述二氧化硅層的厚度為 200-800nm，所述選擇性透射膜的周期為3。

進一步地，所述腔體中心區(qū)域設置有均勻分散入射光的光分散裝置。

優(yōu)選的，所述光分散裝置為毛玻璃。

進一步地，所述腔體結構由基體材料制成，所述基體材料為碳化硅陶瓷材料。

進一步地，所述腔體結構內表面沉積有硫酸鋇涂層形成的內壁涂層，所述內壁涂層厚度為100-300μm。

進一步地，所述腔體結構外表面沉積有鎢層和二氧化鉿層交替層疊形成的光子晶體層。

進一步地，所述鎢層厚度為10-30nm，所述二氧化鉿層厚度為60-120nm，所述光子晶體層的周期為3。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的技術方案具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、將吸收輻射器設置成的腔體結構，大幅降低了吸收器吸收太陽光后的反射損失，有效提升了吸收輻射器的太陽光吸收率；

2、在腔體進光口設置選擇性透射膜，一方面，可有效篩選紅外光和可見光進入腔體，提高入射光質量；另一方面，可有效阻擋吸收輻射器腔體內的紅外輻射，降低腔體內的熱輻射損失；

3、在吸收輻射器腔體結構中心設置光分散裝置，將經(jīng)過選擇性透射膜的入射光均勻分散，使得入射光均勻達到腔體內壁，有效避免了腔體內局部溫度過高造成的腔體內部溫度不均；

4、在腔體內壁設置硫酸鋇涂層，作為高反射涂層，進一步提高了入射光在吸收輻射器腔體內的吸收均勻性；

5、選用碳化硅材料作為吸收輻射器的腔體基體材料，進一步提高了腔體的均溫性；