东北大学博士研发出选择性吸收太阳能吸收器，即将加入华科做博后( 二 )

另据悉，在纳米尺寸下，铜会对太阳光（0.3~2.5μm）产生光谱吸收能力，由于它的纳米结构厚度和尺寸为数百纳米量级，无法和红外光产生共振（2.5~20μm）,因此会对红外光展现出高透性。
不过，铝合金基底可对红外光产生高反射。铜纳米结构和高反射铝基底形成的结构可对太阳能产生高吸收、并对红外光产生高反射，这便是一个光谱选择性太阳能吸收器的诞生过程。
对不同入射角度的太阳光和红外光，该吸收器均分别体现出外高吸收性和高反射特性，故此可省去太阳能追光设备的成本。

图2|材料表征和表面等离子体共振模拟（来源：NanoEnergy）
由上图可知，未经处理的铝合金表面会有微米级的小凸起，而经过热碱溶液处理的铝合金表面，则呈现出凹凸不平的纳米结构，这种区别也体现在AFM（原子力显微镜， AtomicForceMicroscope）表面形态图形中。
从能谱仪元素分析可以看出，铜和镁随机散布在铝合金表面，铝和铜的晶型则可从X射线衍射谱看出。
其中，图2g和图2h ，描述了太阳能吸收器的工作原理，具体来说铜的纳米结构负责对太阳光进行高吸收，而铜的纳米结构也具备对中红外波段的高透性，底部铝合金的基底则对中红外波段具有高反射性。

图3|可调节的选择性太阳能吸收性能（来源：NanoEnergy）
田彦培发现，红外发射率和热转换效率、以及由不同方法制备的PNSSAs的铜纳米结构特征的尺寸分布，会随着氢氧化钠水溶液的浓度、反应时间的不同和温度变化而变化。
此外，当结构尺寸增大、结构厚度增加，铜纳米结构对太阳光的吸收率也会逐渐提高，同时还可保持对红外光的高反射特性。借助调节初始热碱溶液的浓度、反应时间和反应温度，即可调节结构对太阳光的吸收特性，结构的转变波长也可被改变。
分析铜纳米结构的尺寸分布之后，田彦培发现，当反应浓度、反应时间和反应温度都增加时，铜纳米结构的尺寸也会增大。

图4|光谱选择性的热和机械稳定性测试（来源：NanoEnergy）
由上图可知，高温下的光谱稳定性，是衡量太阳能吸收器性能的重要指标。经过192小时和200°C的高温稳定性实验，铜纳米结构的光谱稳定性、晶型和表面结构得以保持。而对瞬时高温的不敏感性，也是设计太阳能吸收器的要点之一。
而再经过2小时、400°C的高温不敏感性实验可知，该结构的光谱稳定性和变面形态并未出现明显改变，同时结构的机械粘附稳定性也证明了本次设计策略的稳定性。

图5|室内光热性能测试（来源：NanoEnergy）
可用于制造经济高效的可行性空间太阳能电池阵列模拟器
据悉，在一个标准太阳光谱（1kWm-2）的照射下，真空腔中改结构达到165°C的稳态温度。在不同太阳光照和日光照射下的实验中，也证明了该结构具有良好的光热转换能力。
此外，田彦培利用热碱溶液选择性刻蚀合金的策略，使用7075标号的铝合金（一种冷处理锻压合金）。
综上，田彦培和团队开发出一种基于溶液处理的选择性刻蚀反应的新策略，可用于经济高效的可行性空间太阳能电池阵列模拟器制造。