Conception d'un nano-métaabsorbeur en forme de patch hexagonal divisé avec absorption à bande ultra-large pour une application dans le spectre visible et UV

Introduction

L'ingénierie des matériaux a contribué à l'histoire humaine du développement depuis les temps anciens, et le « métamatériau » sera bientôt l'une des percées essentielles. « Meta », indiquant un changement dans le genre de matériau, présente des caractéristiques diélectriques uniques telles que la permittivité négative et la perméabilité, faciles à fabriquer [1]. Différentes potentialités d'application [2, 3] dans les métamatériaux rendent plusieurs chercheurs du monde entier plus curieux de faire de l'innovation de référence dans leurs domaines de recherche respectifs. La conversion d'énergie photonique à partir de la gamme de fréquences visibles et son incorporation dans la récupération d'énergie, en particulier la recherche sur l'énergie à base de cellules solaires, est l'un des domaines prometteurs de l'absorbeur de métamatériaux [4,5,6]. Les ondes lumineuses du spectre visible ou de la gamme UV nous ont toujours entourés sans problèmes graves et avec une quantité d'énergie abondante. Parmi toutes les techniques d'utilisation établies, les technologies photovoltaïques (PV) sont largement appliquées aux applications sur le terrain, et au cours des dernières années, la méthode de pointe a été proposée pour améliorer les performances afin de faire l'équilibre dans les futurs défis de l'énergie verte. . Par exemple, des cellules simples, multicristallines et polycristallines pour l'amélioration de l'efficacité, le développement du PV à l'aide de pérovskites aux halogénures métalliques, le PV organique et quantique pour l'amélioration de l'efficacité de la conversion de puissance, la qualité optoélectronique des matériaux PV pertinents qui affectent la puissance de sortie [7] et ainsi de suite au. De plus, des méthodes de fabrication de matériaux telles que le dépôt séquentiel d'une couche de pérovskite PV de haute qualité [8], des pérovskites PV enduites et imprimées [9], le recyclage de photons [10] ou un algorithme basé sur l'analogie centroïde au point de puissance maximale [11], etc. sont concentré pour améliorer l'efficacité de la cellule solaire.

En outre, un domaine potentiel de récupération d'énergie solaire à l'aide d'une combinaison d'antenne et de redresseur (diode) connue sous le nom de « rectenna » a également été exploré pour améliorer l'efficacité d'une cellule photovoltaïque typique. Les rectennas ont été étudiées principalement pour la transmission d'énergie par micro-ondes, car elles sont très efficaces pour convertir l'énergie des micro-ondes en électricité. Par exemple, un prototype breveté [12] utilisant la nanotechnologie s'est concentré sur la conversion de la lumière en électricité avec une efficacité améliorée et actuellement compatible avec la cellule solaire traditionnelle. La procédure expérimentale montre que la rectenna placée sous un module PV a donné une puissance de 380 à 480 W/m ² avec un module combiné augmenté de 10-20% à 38-40%. En raison de la contrainte de la technique de nanofabrication, la plupart des prototypes fonctionnent dans l'infrarouge lointain plutôt que dans le spectre visible. On peut s'attendre à ce que le développement des nanotechnologies accélère davantage cette approche. Ainsi, des articles récents ont adopté une stratégie diversifiée pour récolter l'énergie solaire, telle que l'hybridation de l'énergie solaire RF par l'antenne transparente multiport [13] a atteint une efficacité de 72,4% avec une efficacité de conversion RF-to-DC de 53,2%. Nanoantenne dipôle évolutive (EDN) [14] fabriquée par lithographie par faisceau électronique dédiée à l'optimisation de l'efficacité pour la récolte où l'efficacité est passée de 30% à 40% par rapport à la nanoantenne dipôle classique (CDN). Métal-isolant-métal (MIM) intégré avec SiO₂ tunnel [15] montre une efficacité de conversion de plus de 90 %, Zhang et Yi [16] ont proposé une approche similaire utilisant une nano-rectenna en forme de nœud papillon revendiquée une efficacité de conversion de 73,38 %. De même, la rectenne inspirée du métamatériau avec résonateur « Fabry-Perot (FP) » à diode Schottky intégré [17] a démontré un facteur Q élevé et une amélioration des performances 16 fois, la rectenna optique inspirée du métamatériau et développée par des modèles semi-classiques indique une efficacité élevée, cellule solaire à faible coût [18]. Non seulement cela, plusieurs variations dans les caractéristiques du métamatériau ont été explorées comme un métamatériau commutable avec une bifonctionnalité d'absorption [19], une métasurface mince à base de dioxyde de vanadium, une métasurface inspirée du germanium pour une détection accordable [20]. Outre l'idée conventionnelle de récupération d'énergie, la plupart des absorbeurs ou antennes en métamatériaux ont été développés pour la récupération d'énergie RF plutôt que pour le spectre visible. Récupération d'énergie dans ces articles [21, 22] incapable de contribuer à la cellule solaire.

Des recherches récentes sur la nano-rectenne inspirée de l'absorbeur de métamatériau ou de la gamme THz sont encore en cours d'expérimentation ou d'analyse en laboratoire en raison de plusieurs contraintes telles que l'adaptation d'impédance, l'intégration entre la cellule unitaire et la cellule PV, l'alimentation en énergie convertie de la cellule unitaire à l'unité PV, l'efficacité de conversion des photons , pertes de transport, etc. De plus, les cellules photovoltaïques sont susceptibles de dégrader les performances avec des paramètres environnementaux et une bande d'absorption étroite dans le spectre visible. Néanmoins, l'antenne ou l'absorbeur à l'échelle nanométrique est exploré en adoptant une technique de conception et de fabrication avancée telle que l'absorbeur plasmonique à structure omnidirectionnelle [23] avec une efficacité de récolte d'environ 38 %, le collecteur électromagnétique nantenna à substrat flexible (NEC) [24] montre une absorption de 90 % en surmontant comportement des matériaux et contraintes de fabrication. Les propriétés optiques et électriques uniques de la structure à l'échelle nanométrique [25,26,27,28,29] révèlent une gamme variée de pourcentages d'absorption avec des caractéristiques de matériaux dynamiques. Bien que la plupart des structures sophistiquées signalées soient encore difficiles à appliquer dans le piégeage de l'énergie solaire, certains absorbeurs de métamatériaux sont utilisés pour l'application prévue sur une base expérimentale [30, 31]. L'antenne convertissant l'onde EM incidente en un signal alternatif, la diode peut la redresser à la tension continue utilisable. Plus de 90 % de l'efficacité de conversion peut être obtenue dans les fréquences radio. Cependant, il est extrêmement difficile d'étendre la rectenna au régime optique en raison du processus compliqué et de la réponse beaucoup trop lente du redressement à base de diode. Un travail rarement remarqué sur une conversion photoélectrique directe sans diode, connue sous le nom d'effet Hall dynamique (DHE), a été rapporté par H. Barlow en 1954. Il a été proposé de produire une tension continue via l'action conjointe des champs électriques et magnétiques dynamiques de l'oblique rayonnement incident. Cet effet est théoriquement présenté par tous les matériaux conducteurs et applicable à l'ensemble des spectres EM des micro-ondes aux fréquences visibles avec une réponse rapide [32]. Ainsi, un domaine potentiel d'amélioration de l'efficacité du système de récupération d'énergie solaire à l'aide d'un métamatériau n'a pas encore été exploré, analysé et redéployé toutes les techniques disponibles pour accélérer l'efficacité typique des cellules solaires au niveau de l'application.

Dans cet article, nous proposons un absorbeur de métamatériau SHPA sur un matériau tri-nanocouche avec des caractéristiques DNG simulées à la fois en régime visible et UV pour la récupération d'énergie solaire. Méthode analytique du domaine temporel des différences finies (FDTD) suivie pour la formation de la structure, l'analyse et le CST Microwave Studio (MWS) 2017 disponible dans le commerce utilisé pour la simulation. Par conséquent, les conditions aux limites standard appliquées pour l'analyse de la propagation des ondes ainsi que la polarisation plane TE, TM sont également modélisées pour l'absorption grand angle. Pour l'absorbeur de métamatériau nano-gamme optimisé en structure, des algorithmes génétiques (AG) ont été appliqués avec succès dans de nombreuses conceptions différentes pour obtenir un résultat positif [33, 34]. Par conséquent, l'absorbeur proposé a adopté un algorithme similaire [33] pour trouver les caractéristiques du matériau à indice négatif (NIM). La figure 1c illustre le domaine de conception de cellules unitaires optimisé pour l'AG où la forme hexagonale est divisée en nano et la grille 10 × 7 divisée. À l'intérieur de la grille, une grille 3 × 3 subdivisée représente une forme hexagonale. Le mécanisme réel est l'interpolation des données pour obtenir la dimension géométrique variable d'absorption améliorée tout en préservant la forme de la nanostructure. L'objectif de cette GA est d'extraire le métamatériau SHPA pour la fréquence visible avec les caractéristiques NIM maximales possibles. Paramètre de diffusion évalué lors de la simulation appliquée au programme MATLAB pour extraire la caractérisation et l'analyse des propriétés pertinentes. L'étude numérique montre plus de 95% d'absorption dans les deux régimes de fréquence avec des caractéristiques significatives du métamatériau gaucher. Ainsi, le SHPA proposé avec une validation plus poussée peut prouver son domaine d'application potentiel comme la récupération d'énergie solaire, le processus d'accumulation de photons pour une cellule solaire ou l'amplification photonique.

Nano-métaabsorbeur SHPA. un Dimension physique. b Mise en place de simulation. c Illustration d'encodage optimisée pour GA

Conception et méthodologie informatique

L'absorbeur de métamatériau SHPA a été modélisé sous la forme d'un substrat à double couche, d'arséniure de gallium (GaAs) et de nickel (optique), et une couche de patch conçue sur de l'or (Au). Un GaAs de 80 nm d'épaisseur avec une permittivité avec pertes de 12,94 et un Ni de 100 nm d'épaisseur (Fig. 1a). Le tableau 1 montre la dimension de détail de la structure de la cellule unitaire. L'épaisseur du patch SHPA est de 90 nm, et le film Au est négligeable pour un champ magnétique localisé, une conductivité isotrope de 4,1 × 10 ⁷ S/m [35]. Selon le « tenseur de conductivité de Drude anisotrope » [36], seule la composante Z du champ magnétique local est considérée. Parce qu'une composante orthogonale des deux autres axes est beaucoup plus faible que la composante Z. Lors de la simulation, des conditions aux limites périodiques dans les directions X et Y appliquent respectivement le PEC (conducteur électrique parfait) et le PMC (conducteur magnétique parfait) sur la couche supérieure et inférieure (Fig. 1b). La conductivité anisotrope sur les cellules unitaires a été assurée en incorporant un champ magnétique localisé. Les paramètres S de SHPA ont été simulés, allant de 430 THz à 1000 THz avec un pas de 100 THz. La plage de réflexion (R), de transmission (T) et d'absorption (A) obtenue par A =1-T-R où |S ₁₁ | ² =R et |S ₂₁ | ² =T. Onde plane de champ électrique définie parE = E _x Cos(ωt + kz ) se propageant vers l'axe Z où E _x est l'amplitude du champ électrique, est la fréquence angulaire, t est le temps, et k est le nombre d'onde.

Le développement de la structure géométrique du métamatériau suggéré par Pendry [37] est largement applicable pour la gamme des micro-ondes mais le régime THz, c'est-à-dire la fréquence visible et optique, présente des inconvénients majeurs en termes de perméabilité négative et de substrat multicouche à propagation parallèle. Ainsi, une approche de conception alternative [38] métal-diélectrique-métal illustre une bonne réponse en tant que dipôle magnétique résonant pour une propagation normale à la structure qui démontre une perméabilité négative et une structure de couche simplifiée est relativement facile à fabriquer à l'échelle nanométrique. De plus, la conception d'absorbeurs de métamatériaux avec des propriétés DNG en trois dimensions nécessite plusieurs caractéristiques sur la structure telles que la propagation vers l'arrière, l'effet Doppler inversé, l'amplification des ondes évanescentes, etc. Bien que l'analyse théorique et les capacités concernant le spectre de fréquence visible déjà été décrites par les experts [39 ,40,41]. Ainsi, la MA basée sur les caractéristiques de la nanostructure à couche mince DNG s'intéresse aux ε négatifs et μ et couramment utilisé comme un réseau métallique mince périodique. Un réseau de patchs métalliques minces dilue le plasma à électrons libres décrit par le modèle « Drude », mais comme nous avons considéré la couche supérieure comme avec perte, donc

où ω _p est la fréquence plasma réduite dépend de la dimension géométrique d'une couche mince, ω _m est la fréquence de résonance magnétique, γ _m pertes, M _m détermine la force de la résonance magnétique.

Résultats, analyse et discussion

Puissance des cellules unitaires et propriétés diélectriques

Selon la méthode photo-quantique, une certaine quantité de puissance nécessite à la condition aux limites de la cellule unitaire, en particulier dans la direction de propagation, l'angle de polarisation, le flux de courant de champ E et de champ H, etc. Alors, analysons le puissance nécessaire pour se propager dans une direction multicristalline [42]. Les équations (2) et (3) sont basées sur un théorème vectoriel complexe de Poynting inspiré de [42, 43]. Le fait est que la puissance reçue par la cellule unitaire serait la lumière du soleil, qui est omnidirectionnelle, et le flux de puissance utilisant l'absorbeur doit aller dans une direction pour améliorer l'efficacité. Ainsi, la puissance de l'onde se propageant est juste proportionnelle à la partie réelle du vecteur liée au paramètre temps moyen. La puissance stimulée au niveau d'un ou des deux ports se propagera à travers la cellule unitaire. Le reste de l'énergie sortira par tous les ports (puissance sortante). La puissance acceptée dans la cellule unitaire est convertie en pertes telles que les propriétés des matériaux diélectriques, les patchs ou les éléments localisés pris en compte pour les nano-bras SHPA. Considérant la partie réelle de la puissance moyenne complexe dans Z -direction

Ce qui est également valable pour (Z_-ve direction) pour décrire le flux net d'énergie dans un port spécifique. Le facteur ½ dans l'équation. (2) est lié à la moyenne temporelle du champ dans le sens des aiguilles d'une montre. La partie imaginaire de la puissance peut être ignorée en raison de l'énergie réactive ou stockée non propagée et peut calculer la puissance transmise (P_T ) en observant la puissance moyenne dans le temps le long de X et Oui axe respectivement-

De même, la puissance acceptée et sortante a été calculée à l'aide de l'équation de [43] et tracée sur la figure 2 où la puissance associée (figure 2a) et la puissance à travers la cellule unitaire (figure 2b) nano-métaabsorbeur observée pendant la simulation. La puissance stimulée limitée à 0,5 watts dans l'ensemble du spectre, tandis que la puissance acceptée et sortante dans les deux ports a une distribution de puissance vice versa. Cependant, le flux de puissance 3D présente des caractéristiques inhabituelles en raison de l'inertie du moment dipolaire avec la plage de fréquences de fonctionnement et l'état de pénétration du matériau non homogène. À partir de 430 THz, la majeure partie du moment dipolaire n'est pas organisée puisque le fonctionnement THz au stade initial a un effet de polarisation et a régulièrement un effet dipolaire approprié après 715 THz, qui s'est poursuivi jusqu'à 1000 THz. En outre, la propriété semi-conductrice du matériau GaAs, ainsi que les caractéristiques ferromagnétiques du Ni, sont responsables de la dissuasion du

Distribution de puissance dans le métaabsorbeur SHPA (a ) Répartition 2D (b ) Flux de puissance 3D à travers la cellule unitaire

flux de puissance mais heureusement pas si dominant. Propriétés diélectriques (ε , μ , η ) extrait du paramètre S pour l'investigation numérique afin d'évaluer les propriétés des métamatériaux. L'absorbeur de cellules unitaires avec trois matériaux différents a des caractéristiques isolées dans la propagation des ondes électromagnétiques, mais cette dimension structurelle unique avec une capacité et une inductance en cascade sur les patchs supérieurs modifie les propriétés conventionnelles des caractéristiques diélectriques des matériaux individuels et décrit des propriétés uniques. Maintenant, en extrayant les propriétés diélectriques de la méthode DRI [44] utilisée où le coefficient de transmission (S₂₁ ) et le coefficient de réflexion (S₁₁ ) était le paramètre critique.

La figure 3 montre tous les résultats simulés du nano-métaabsorbeur SHPA proposé. Figure 3a,b magnitude de S₁₁ et S₂₁ a une ampleur presque constante à la fois dans la partie réelle et imaginaire. Bien que la réponse dans la plage infrarouge ait trois petits points de résonance consécutifs en raison de l'effet de la profondeur de peau (δ) de la structure, heureusement, elle joue un rôle positif dans l'obtention de la permittivité, de la perméabilité et de l'indice de réfraction négatifs. Les figures 3c,d,e montrent respectivement la valeur réelle et imaginaire de ces propriétés et assurent l'existence du métamatériau sur le SHPA proposé. De plus, des champs évanescents électromagnétiques thermiques intenses [45] doivent être pris en compte en raison de la perspective d'application de la récupération d'énergie solaire. Expérimentalement mentionné dans [45, 46] que, lors d'un rayonnement en champ proche, deux conductions thermiques consécutives du matériau augmentent progressivement. En outre, les polaritons de surface dominent également les ondes évanescentes et, selon le «modèle de Drude», la permittivité et la perméabilité complexes déterminées par les polarisations des ondes à l'intérieur de la cellule unitaire. La figure 3 c,d,e présente les propriétés diélectriques où le fonctionnement à plus faible longueur d'onde de la permittivité et de la perméabilité est affecté par cette onde évanescente. Par conséquent, les caractéristiques négatives de la cellule unitaire proposée sont nettement visibles et assurent une bonne absorption EM. Les caractéristiques de la ligne de transmission et le VSWR (taux d'onde stationnaire de tension) du nano-absorbeur SHPA de la figure 4 montrent clairement la quantité de réflexion

Caractéristiques du métamatériau SHPA. un S₁₁ Réponse. b S₂₁ Réponse. c Permittivité. d Perméabilité. e Indice de réfraction sur spectre visible et infrarouge

Le diagramme de Smith montre le ROS de la cellule unitaire SHPA sur le spectre à une impédance normalisée

et les performances de la ligne de transmission. L'impédance du ROS à 430 THz était élevée et la demi-longueur d'onde de la ligne n'a pas une bonne correspondance entre la source et la charge. Par conséquent, la quantité d'absorption du signal EM est également faible à une fréquence plus basse, mais progressivement, l'impédance a essayé de correspondre (avec une impédance normalisée) autant que possible, résultant en une absorption supérieure à 90% au spectre infrarouge (1000 THz). Comme la maille élémentaire représente un élément absorbant plutôt qu'un élément rayonnant; par conséquent, son ROS du côté charge n'a pas une valeur plus élevée.

Analyse des effets de champ

La nature EM de la lumière est une onde électromagnétique transversale dans les régions visibles. La lumière provenant du soleil est divisée en trois spectres :infrarouge, visible et ultraviolet (UV). La distribution d'énergie spectrale de la lumière solaire a une intensité maximale de 1,5 eV dans une plage visible similaire à celle de la plupart des matériaux semi-conducteurs, tandis que deux autres spectres produisent de la chaleur s'ils sont absorbés. Ainsi, compte tenu de la propagation EM de la lumière visible typique et des conditions aux limites indiquées sur la figure 1b, les performances numériques du champ électrique (champ E) et du champ magnétique (champ H) sont présentées sur la figure 4. Bien que les caractéristiques de fréquence de résonance 445 THz soient présentes dans le chiffre mais toute la bande passante 430 ~ 650 THz ont une distribution similaire du champ. Maintenant, les équations d'onde vectorielles comme mentionné dans [47]

où l'opérateur différentiel vectoriel unidimensionnel varie légèrement avec la variation de phase pendant la propagation des ondes électromagnétiques, les composantes des champs électriques et magnétiques sontE _m et H _m respectivement, la constante de propagation \( \gamma =\sqrt{j\omega \mu \left(\sigma + j\omega \varepsilon \right)} \)est une quantité complexe liée à l'atténuation et à la déviation de phase de l'onde. Étant donné que l'onde de lumière visible a à la fois des propriétés d'onde et de particule, la propagation des ondes à travers le matériau de la cellule unitaire montre une variation en termes de caractéristiques de champ E et H. De plus, γ ont une relation non linéaire avec les propriétés diélectriques à mesure que la fréquence de fonctionnement augmente progressivement. La figure 5 montre chaque nano-scission sur le composant de champ E significatif de SHPA (2,31 × 10 ⁶ V/m en échelle log) existent à une résonance de 550 THz. Bien que sur la région de fréquence simulée (visible et UV), ce fort champ E est observé avec une légère variation d'amplitude. Les barres de patch horizontales et verticales (avec quatre divisions) contribuent également à la composante de champ avec une variation d'amplitude (2,08 × 10 ⁵ ~2,31 × 10 ⁶ échelle logarithmique V/m). Au cours d'une analyse transitoire de la cellule unitaire SHPA (cascade à deux étages) étant donné la valeur de capacité et d'inductance de 1,37 × 10 ⁻¹⁷ nF et 3,87 × 10 ⁻¹⁴ nH accélère le fonctionnement du champ de fréquence de résonance. Le champ H (Fig. 5b) a un effet similaire à partir de la propagation EM le long de la direction Z, et pendant la pénétration inhomogène du milieu, l'Eq. (5) devient fonction de Z et dans laquelle la constante de perméabilité magnétique. Ensuite, l'équation d'onde correspondante est réduite à une « équation différentielle de Ricatti » [48]

Effet de champ sur SHPA à la résonance 550 THz. un E-champ. b Champ H

où k est le nombre d'onde, et m(z) est un indice de réfraction complexe. De plus, le retard de phase de l'onde augmente avec le rapport de vitesse de phase dans l'espace libre et le milieu, ce qui est une autre contribution significative de la cellule unitaire SHPA proposée pour une réflectance plus faible et absorbe plus d'énergie de l'onde.

Polarisation de l'onde lumineuse étudiée sur la cellule unitaire SHPA proposée pour expliquer la faisabilité des cellules unitaires pour la récupération d'énergie solaire puisque l'onde polarisée à travers la surface perd son énergie pendant la propagation. La formulation hamiltonienne [49] a mentionné que les éléments de la matrice dipolaire de transition varient pour la polarisation TE et TM dans les différents angles d'incidence de l'onde sur le matériau GaAs. L'angle de polarisation à la fois pour les modes TE et TM augmente la taille du pas de 40 ° (Fig. 6), et l'angle de polarisation du champ électrique a un effet étonnamment dominant par rapport à l'orientation du champ magnétique. En mode TE, à une plage inférieure, environ 430-650 THz (690 nm à 460 nm) [50], pour une différence donnée de combinaison de substrat Ni-GaAs, la différence entre les couches de cœur et de gaine fait un indice de réfraction variable qui augmente lorsque la longueur d'onde visible s'approche de la bande interdite. Par conséquent, la fluctuation de la quantité d'absorption observée sur ce spectre (Fig. 6a), alors que la polarisation TM montre une fluctuation de type similaire malgré les changements d'angle de polarisation de 0 ° à 120 °. En mode TM, la désadaptation de phase devient généralement importante pour les longueurs d'onde plus longues. En outre, la forme hexagonale a un effet significatif sur l'absorption lors de la variation de l'écartement et de la hauteur du patch. La capacité formée par le patch split gap varie alors que la capacité adjacente par la position du patch est stand. Le changement d'espacement divisé de la figure 6c de 5 nm à 25 nm et l'abaissement de l'espacement divisé donnent une excellente absorption en raison d'une capacité substantielle. Malgré le changement d'espace, l'absorption reste presque supérieure à 90 % pour 5 nm, et l'augmentation progressive de l'espace divisé fait chuter l'absorption initiale autour de 430-500 THz, mais l'absorption globale de 95 % est observée au cours de la simulation. En termes de hauteur SHPA (Fig. 6d), comme la division du patch reste à 10 nm, la zone de propagation du signal EM augmente collectivement à la fois pour l'incidence normale et oblique et donc la hauteur de division optimisée avec une valeur plus élevée avec l'absorption. Pour une hauteur ou une épaisseur SHPA de 60 nm à 90 nm, l'absorption moyenne est de 85 % à 88 %, ce qui indique directement l'optimisation pour 90 nm.

Effet de polarisation sur l'absorption. un Polarisation TE. b Polarisation TM et effet de structure SHPA. c Écart divisé par rapport à l'absorption. d Hauteur vs. absorption

Cependant, un prototype fabriqué et des résultats de mesure de SHPA soutiendraient des données simulées, qui seront réalisées lors de la prochaine phase de l'étude. En outre, une image comparative décrite dans le tableau 2 pour comprendre la contribution du nano-métaabsorbeur proposé. Dans le tableau 2, l'article rapporté [51] montre une bonne efficacité, mais la fréquence de fonctionnement et les performances à bande étroite le rendent incapable de se conformer au fonctionnement à fréquence visible. Un autre article [52, 53] revendiquait des applications de récupération d'énergie solaire, mais la bande passante et la plage de fonctionnement le rendent plus vulnérable par rapport aux autres.

Conclusions

Dans cet article, un absorbeur de métamatériau hexagonal divisé est proposé en utilisant des nano-bras Au six basés sur un substrat GaAs et Ni pour des applications de récupération d'énergie solaire. L'analyse photo-quantique et la distribution du flux de puissance montrent mathématiquement que la cellule unitaire proposée a une possibilité de conversion de photons significative pour les applications de cellules photovoltaïques ou solaires. Les performances de la cellule unitaire SHPA proposée ont été analysées sur la base des propriétés diélectriques, des performances de la ligne de transmission, du champ et de la distribution de puissance, de l'absorption en termes d'étude paramétrique. Toutes les données ont été extraites du paramètre S via la simulation CST MWS, qui montre que les caractéristiques DNG existent avec une absorption EM à bande ultralarge (plus de 95 %) à la fois dans le spectre visible et UV de la lumière. L'unité de patch Hexa optimisée est un espacement divisé de 10 nm et une hauteur de 90 nm pour une absorption indiquée. La validation expérimentale de l'absorbeur proposé continuera d'être un candidat souhaitable dans les applications de récupération d'énergie dans la gamme THz.

Disponibilité des données et des matériaux

Toutes les données sont entièrement disponibles sans restriction.

Abréviations

CDN :

Nanoantenne dipôle classique

DRI :

Indice de réfraction direct

DNG :

Double négatif

EM :

Électromagnétique

FDTD :

Domaine temporel aux différences finies

GA :

Algorithme génétique

PV :

Photovoltaïque

SHPA :

Tableau de patch hexagonal divisé

UV :

Ultraviolet