CN210294582U - 一种可见光宽波段吸收结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种可见光宽波段吸收结构，所述吸收结构包括若干层交替叠加设置的金属层及介质层，其中，所述介质层的折射率范围为1.4‑2.5。本实用新型吸收结构具有角度不敏感特性，在宽角度入射时，依然具有宽波段高效率吸收特性；本实用新型的宽波段吸收结构还具有偏振不敏感特性，在不同偏振角度入射情况下，具有类似的高效率吸收特性；还有，本实用新型的吸收结构设计简单，易于制备，结合现有镀膜技术，可以大批量制备，方便迅速量产，投入市场。
Description
技术领域
本实用新型涉及光线宽波段吸收结构，特别涉及一种可见光宽波段吸收结构，可应用于无油墨印刷、太阳能电池、光伏、光显示、热发射和隐身等领域。
背景技术
传统的印刷技术使用不同颜色的油墨印刷出图像和色彩，存在易于褪色的问题，且油墨中包含重金属、苯、酮类等对人体有害物质。现有的无油墨印刷技术对实现黑色研究极少，只有在可见光宽波段范围内实现高效率吸收，且吸收特性对入射光的偏振态和入射角不敏感，才可实现黑色。
在太阳能电池领域，提高吸收效率的手段主要聚焦在抗反射涂层及高性能吸收方面，传统的介质蛾眼结构作为抗反射结构并不能很好的作用在整个太阳能光谱范围，且其无法作为一个光吸收器件来达到高吸收的特性。
目前亟需一种结构简单、易于制备的可见光宽波段吸收结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供了一种可见光宽波段吸收结构，能实现整个可见光波段平均高效率吸收，且其结构简单，易于制备。
本实用新型解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可见光宽波段吸收结构，所述吸收结构包括若干层交替叠加设置的金属层及介质层，其中，所述介质层的折射率范围为1.4-2.5。
进一步地，所述吸收结构包括至少五层，至少五层的吸收结构自下而上依次为第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层及第三金属层，其中，所述第一金属层的厚度大于或等于50nm，所述第一介质层的厚度为50nm-400nm，所述第二金属层的厚度为5nm-50nm，所述第二介质层的厚度为20nm-120nm，所述第三金属层的厚度为0-20nm。
进一步地，所述第一金属层、所述第二金属层、所述第三金属层的材质相同。
进一步地，所述第一金属层厚度大于等于所述第二金属层厚度。
进一步地，所述金属层与所述介质层均为表面平滑的连续结构。
进一步地，所述金属层为镍、铬、锗、钨中的一种或几种，或者兼具前述金属中两者或者两者以上的混合物的一种或几种。
进一步地，所述金属层为锗，或者锗与镍、铬、钨中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述金属层为镍，或者镍与锗、铬、钨中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述介质层为二氧化硅、氮化硅中的一种或两种。
本实用新型的有益效果在于：
可见光宽波段吸收结构，结构简单，易于制备，可实现400nm-700nm波段平均吸收效率大于90％，且在425nm和590nm处，吸收效率大于99％；本实用新型吸收结构具有角度不敏感特性，在宽角度入射时，依然具有宽波段高效率吸收特性；此外，本实用新型的宽波段吸收结构具有偏振不敏感特性，在不同偏振角度入射情况下，具有类似的高效率吸收特性；还有，本实用新型的吸收结构设计简单，易于制备，结合现有镀膜技术，可以大批量制备，方便迅速量产，投入市场。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型的可见光宽波段吸收结构的结构示意图。
图2是本实用新型的可见光宽波段吸收结构的结构一种优选方案示意图。
图3是本实用新型的可见光宽波段吸收结构的反射、透射和吸收与波长的关系坐标图。
图4是本实用新型TM偏振光情况下，可见光宽波段吸收结构入射光角度与吸收效率的关系坐标图。
图5是本实用新型TE偏振光情况下，可见光宽波段吸收结构入射光角度与吸收效率的关系坐标图。
图6示出了第五层镍金属层厚度的变化对于吸收光谱的影响坐标图。
图7是第四层二氧化硅层厚度变化对于吸收效率的影响坐标图。
图8是第三层金属层厚度变化对于吸收效率的影响坐标图。
图9是第二层二氧化硅层厚度变化对于吸收效率的影响坐标图。
图10是第一层镍金属层厚度变化对于吸收效率的影响坐标图。
符号说明：
1第一金属层；
2第一介质层；
3第二金属层；
4第二介质层；
5第三金属层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
图1是本实用新型的可见光宽波段吸收结构的结构示意图。所述吸收结构包括若干层交替叠加设置的金属层及介质层，最外侧层始终为金属层。所述吸收结构包括至少五层，在本实施例中，可见光宽波段吸收结构包括五层结构，自下而上第一金属层1、第一介质层2、第二金属层3、第二介质层4、第三金属层5。第一金属层1、第二金属层3及第三金属层5为镍、铬、锗、钨中的一种或几种，或者兼具前述金属中两者或者两者以上的混合物的一种或几种。亦或者，第一金属层1、第二金属层3及第三金属层5为锗，或者锗与镍、铬、钨中的一种或几种的混合物；再或者，第一金属层1、第二金属层3及第三金属层5为镍，或者镍与锗、铬、钨中的一种或几种的混合物。在本申请中，第一金属层1、第二金属层3及第三金属层5的材质相同，皆由同一种金属制成，并且，第一金属层1厚度大于等于第二金属层3厚度。
介质层折射率范围再1.4-2.5之间，可以为二氧化硅、氮化硅等材料。金属层和介质层均为表面平滑连续结构。第一金属层1厚度不小于50nm；第一介质层2厚度范围在50nm-400nm之间；第二金属层3厚度在5nm-50nm之间；第二介质层4厚度在20nm-120nm之间；第三金属层5厚度在0-20nm之间。
本实用新型的可见光宽波段吸收结构的一种较优的结构如图2所示，其中金属层的材料为镍，介质层的材料为二氧化硅，其自下而上分别为镍-二氧化硅-镍-二氧化硅-镍，通过合理选择材料和各层厚度选择，激发导膜共振和磁场共振等能量局域模式，实现可见光宽波段高效率吸收。
如图3所示，在较优结构中，本实用新型的可见光宽波段吸收结构自下而上为镍-二氧化硅-镍-二氧化硅-镍，参数自下而上为100nm-257nm-10nm-83nm-4nm，可实现400nm-700nm波段平均吸收效率大于90％，且在425nm和590nm处，吸收效率大于99％，此时，反射和透射近乎0。
图4是本实用新型TM偏振光情况下，可见光宽波段吸收结构入射光角度与吸收效率的关系坐标图。如图4所示，入射光入射角度由0°逐渐增大至60°的过程中，吸收结构的吸收效率仍然保持在70％以上，随角度变化影响较小，增大至80°，吸收效率降低较多。因此，本实用新型的可见光宽波段吸收结构在TM偏振光情况下不同角度入射时，仍然具有较优的宽波段吸收特性。
图5是本实用新型TE偏振光情况下，可见光宽波段吸收结构入射光角度与吸收效率的关系坐标图。如图5所示，入射光入射角度由0°逐渐增大至80°的过程中，吸收结构的吸收效率逐渐降低，再0°到40°范围内，整体吸收效率仍然大于70％。因此，本实用新型的可见光宽波段吸收结构在TE偏振光情况下不同角度入射时，仍然具有较优的宽波段吸收特性。本实用新型吸收结构具有角度不敏感特性，在宽角度入射时，依然具有宽波段高效率吸收特性。此外，本实用新型的宽波段吸收结构具有偏振不敏感特性，在不同偏振角度入射情况下，具有类似的高效率吸收特性。还有，本实用新型的吸收结构设计简单，易于制备，结合现有镀膜技术，可以大批量制备，方便迅速量产，投入市场。
为进一步分析单一结构参数变化对于吸收光谱的影响，如图6所示，图6示出了第三金属层厚度5的变化对于吸收光谱的影响，其中，第三金属层5为镍金属层。可以看出，为满足400nm-700nm波段整体高吸收效率，镍金属层5厚度可设为4nm，此时，整体吸收效率大于90％，在425nm和590nm处，吸收效率大于99％，此时，反射和透射近乎0。
为进一步分析第二介质层厚度4变化对于吸收效率的影响，其中，第二介质层4为二氧化硅层，如图7所示。图7为二氧化硅层4厚度变化对于吸收效率的影响。随着二氧化硅层4厚度从40nm到120nm间隔20nm递增，可以发现，整体吸收效率先是增大，随后降低，在80nm附近具备高吸收效率。
为进一步分析第二金属层3厚度变化对于吸收效率的影响，同上述，第二金属层3的材料为镍。如图8所示，在0nm处，即不设第二金属层3的时候，整体吸收效率骤然降低，此时结构上不利于构建共振模型，达不到整体高效率吸收特性。随着第二金属层3厚度逐渐增大，考虑400nm-700nm整体吸收效率，第二金属层厚度在10nm附近具备高效率吸收。
为进一步分析第一介质层2厚度变化对于吸收效率的影响，呈上述，该第一介质层2为二氧化硅层。如图9所示，随着二氧化硅层2从100nm增大至400nm厚度，其整体吸收效率先增大后降低，在厚度达到250nm附近，具备较高的吸收特性。
为进一步分析第一金属层1厚度变化对于吸收效率的影响，呈上述，第一金属层1为镍金属层。如图10所示，随着镍金属层1从30nm增大至110nm厚度，其整体吸收效率变化不大，但小于50nm时，其整体吸收效率降低明显，因此，其底层厚度需大于50nm。
值得一提的是，本实用新型的可见光宽波段吸收结构可应用众多光电领域，例如太阳能电池、热光伏、隐身等方面，也可以为无油墨印刷实现黑色提供解决方案。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述吸收结构包括若干层交替叠加设置的金属层及介质层，其中，所述介质层的折射率范围为1.4-2.5。
2.如权利要求1所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述吸收结构包括至少五层，至少五层的吸收结构自下而上依次为第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层及第三金属层。
3.如权利要求2所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述第一金属层的厚度大于或等于50nm，所述第一介质层的厚度为50nm-400nm，所述第二金属层的厚度为5nm-50nm，所述第二介质层的厚度为20nm-120nm，所述第三金属层的厚度为0-20nm。
4.如权利要求2所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述第一金属层、所述第二金属层、所述第三金属层的材质相同。
5.如权利要求2所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述第一金属层厚度大于等于所述第二金属层厚度。
6.如权利要求1所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述金属层与所述介质层均为表面平滑的连续结构。
7.如权利要求1所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述金属层为镍、铬、锗、钨中的一种或几种，或者兼具前述金属中两者或者两者以上的混合物的一种或几种。
8.如权利要求1所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述金属层为锗，或者锗与镍、铬、钨中的一种或几种的混合物。
9.如权利要求1所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述金属层为镍，或者镍与锗、铬、钨中的一种或几种的混合物。
10.如权利要求1所述的可见光宽波段吸收结构，其特征在于：所述介质层为二氧化硅、氮化硅中的一种或两种。
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