奈微米陣列結構於太陽能選擇吸收器之分析

Abstract

近年來永續發展漸漸受到重視以及抑制溫室氣體排放，國際間均以推廣再生能源設置作為主要的因應策略之一，利用太陽能集熱器收集太陽能的能源產生熱能便是一種方法。根據普朗克熱輻射定律，在紅外線頻譜區要有低吸收率，以避免吸收輻射能在提高溫度後，又將熱能發散出去，這種特殊的方法稱之為選擇性吸收，太陽能吸收器須在高溫下應用，吸收層在太陽能頻譜波段需要有高平均吸收率(? ?)，在紅外線頻譜波段需擁有低熱發散率(ε ?)。 太陽能選擇性吸收器的種類其實主要有六種，本文以耐高溫(>800℃)之光子晶體結構作為研究方向，並以熔點高的鎢做為研究材料。首先探討光子晶體之結構變因，分別有週期(L)、開孔大小(A)以及深度(d)對於其反射率曲線之交互影響，進而提出一套設計的流程。有了以上變因之影響結果，比較單一週期奈米結構以及具兩種週期圖形所複合之奈米結構，其中具兩種週期圖形所複合之奈米結構包含矩形與方形複合之結構以及大小方形複合之結構，經熱效益係數(?η_FOM^*?_)分析後，以大小方形複合之結構擁有較寬的高吸收區間，得到方形之複合結構較矩形複合結構佳，為本文比較模型中之最佳模型。隨後利用上述之最佳結構，探討在光子晶體結構表面沉積抗反射層對於其反射率曲線之影響，得到具抗反射層之光子晶體結構能夠得到更高的吸收率，在熱效益係數分析上也有明顯的提高。 雖然奈米結構於吸收波長之選擇性表現優異但也伴隨著製作成本高昂，本文分析透過聚熱係數提高來減少發散率對於集熱系統之影響，發現在聚熱係數達1000以上且操作溫度在800℃時，儘管是無選擇性吸收的黑體，其熱效益係數仍然有0 9165的高效率表現，故在本文後段嘗試利用雷射雕刻方法製作出具高吸收率之微米結構，期望達到成本與效率間的平衡。

Date of Award	2016 Jul 20
Original language	Chinese
Supervisor	Wen-Bin Young (Supervisor)