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研究背景
天然材料通常表现出宽带热辐射，并且与黑体相比，其发射率要低得多，这使得它们对 TPV 系统效率低下。但超表面可以克服这些限制，因为它们表现出非常规的光-物质相互作用。超表面是一种人工结构，由亚波长结构组成，旨在操纵电磁波。它们表现出特殊现象，如负指数、零指数等。它们用于波前调制、偏振转换、和能量集中。利用这些功能，超表面可用于各种设备，如吸收器、超透镜、隐形隐身、发射器等。超表面吸收剂(MA)由于其高光热转换效率，可以大大提高 STPV 系统的性能。MA 可以利用表面等离激元极化激元(SPP)的物理机制来优化发射器的性能。
研究内容
图1（a).SPTV系统的一般概述，(b) MA 的等轴测视图，显示电场方向(E)和传播矢量(K)。
表 1.MA 的几何参数
图2. a.第一个氮化钛棱镜（r1）的边心距对MA吸光度的影响。当r1 =为40 nm时，MA具有最大的吸光度。 b.第二个氮化钛棱镜（r2）的边心距对MA吸光度的影响。最大吸光度随着r2的增加而增加。 c.棱镜的边数(n)对MA的吸光度的影响。最大吸光度BW随n的增加而增加，但也使η. d降低。第二个氮化钛棱镜的高度（h2）对MA的吸光度的影响。增加h2可增加最大吸光度带宽，但降低η. e。第一二氧化硅层高度（h4）对MA吸光度的影响。最大吸光度随着h4的增加而减小，当h4 =为10 nm时吸光度最大。 f.第二层高度（h6）对MA吸光度的影响。增加h6可增加最大带宽，但降低η
图 4.a.反射系数(S11)，b.传输系数(S21)，c.有效RI(neff)，d.有效阻抗(zeff)、e.有效介电常数(ɛɛeff)和 f.有效渗透率(μeff)的 Gan.这些参数的交替性质表明了超材料的特征。
图6.拟议MA 的吸光度、反射率和透射率
图7.不同入射角的 MA 吸光度。
图 8.TE 和 TM 偏振波的吸光度。
结论与展望
综上所述，我们提出了一种超材料吸收体（MA），并分析了其在太阳辐射吸收和发射方面的性能。MA由棱镜和氮化钛和二氧化硅层组成，并使用FDTD方法对其行为进行了数值研究。我们还研究了MA的几何形状对其吸收性能的影响。结果表明，所设计的MA在200-1733.5nm范围内能吸收90%以上的辐射，覆盖太阳辐射光谱，在719.7-1371nm范围内吸收近乎完美。此外，MA还表现出了偏振和角度不敏感的特性，在不同的入射角和偏振状态下保持了较高的吸收性能。它还作为一个超表面发射器（ME），能够在1900 K时发射光谱转换效率为80%的辐射。这种被提出的MA非常适用于STPV系统中的硅基光伏电池。在未来，我们计划在实验室中制造该结构，并对其性能和性能进行实验评价。
