Nano-Metaabsorber Ultra-Wideband dengan Array Patch Heksagonal Terbelah untuk Penyerapan Matahari Visibel dan UV Unggul

Pendahuluan

Rekayasa material telah berkontribusi pada sejarah perkembangan manusia sejak zaman kuno, dan 'metamaterial' akan menjadi salah satu terobaan penting segera. 'Meta', yang menunjukkan perubahan dalam genre material, menunjukkan karakteristik dielektrik unik seperti permitivitas dan permeabilitas negatif, mudah difabrikasi [1]. Potensi aplikasi yang berbeda [2, 3] dalam metamaterial membuat banyak peneliti di seluruh dunia lebih penasaran untuk melakukan inovasi benchmark di bidang penelitian masing-masing. Konversi energi fotonik dari rentang frekuensi visibel dan mengintegrasikannya dalam pemanen energi, khususnya penelitian energi berbasis sel surya, adalah salah satu area yang menjanjikan dalam penyerap metamaterial [4,5,6]. Spektrum visibel atau rentang UV selalu mengelilingi kami tanpa masalah serius dan terdapat energi yang melimpah. Di antara semua teknik pemanfaatan yang established, teknologi fotovoltaik (PV) diterapkan secara luas di bidang aplikasi, dan dalam beberapa tahun terakhir, metode terdepan telah diusulkan untuk meningkatkan performa guna mencapai keseimbangan dalam tantangan energi hijau di masa depan. Misalnya, sel tunggal, multi-kristal, dan policristal untuk perbaikan efisiensi, pengembangan PV menggunakan perovskit halogen logam, PV organik dan titik kuantum untuk peningkatan efisiensi konversi daya, kualitas optoelektronik bahan yang relevan dengan PV yang mempengaruhi output daya [7] dan sebagainya. Selain itu, metode pembuatan material seperti depoesi berurutan lapisan perovskit PV berkualitas tinggi [8], perovskit PV yang dilapisi dan dicetak [9], daur ulang foton [10] atau algoritma berdasarkan analogi sentroid pada titik daya maksimum [11], dll. difokuskan untuk meningkatkan efisiensi sel surya.

Selain itu, bidang potensial dari pemanen energi matahari menggunakan kombinasi antena dan retifier (dioda) yang dikenal sebagai 'rectenna' juga telah dieksplorasi untuk meningkatkan efisiensi sel PV typikal. Rectenna telah dipelajari terutama untuk transmisi daya berbasis mikrogelombang karena sangat efisien dalam mengonversi energi mikrogelombang menjadi listrik. Misalnya, prototipe yang dipatenkan [12] menggunakan nanoteknologi untuk mengonversi cahaya menjadi listrik dengan efisiensi yang ditingkatkan dan saat ini kompatibel dengan sel surya tradisional. Prosedur eksperimental menunjukkan bahwa rectenna yang ditempatkan di bawah modul PV memberikan output 380 hingga 480 W/m² dengan kombinasi modul yang meningkat dari 10–20% menjadi 38–40%. Karena kendala teknik fabrikasi nano, sebagian besar prototipe beroperasi dalam rentang inframerah jauh daripada spektrum visibel. Dapat diharapkan bahwa perkembangan nanoteknologi dapat mempercepat pendekatan ini. Jadi, artikel terbaru mengadopsi strategi yang beragam untuk memanen energi matahari, seperti hibridisasi energi RF-matahari oleh antena transparan multiport [13] yang mencapai efisiensi 72,4% dengan efisiensi konversi RF-ke-DC 53,2%. Dipol nano antena evolutif (EDN) [14] yang difabrikasi oleh litografi elektron yang didedikasikan untuk optimasi efisiensi pemanen di mana efisiensi meningkat dari 30% hingga 40% dibandingkan dengan dipol nano antena klasik (CDN). Metal-insulator-metal (MIM) terintegrasi dengan terowongan SiO₂ [15] menunjukkan efisiensi konversi lebih dari 90%, Zhang dan Yi [16] mengusulkan pendekatan serupa menggunakan nano-rectenna berbentuk busur kait yang klaim efisiensi konversi 73,38%. Demikian pula, rectenna terinspirasi metamaterial dengan dioda Schottky terpasang resonansi 'Fabry-Perot (FP)' [17] mendemonstrasikan faktor Q tinggi dan peningkatan performa 16 kali, rectenna optik terinspirasi metamaterial yang dikembangkan oleh model semi-klasik menyatakan sel surya dengan efisiensi tinggi, biaya rendah [18]. Tidak hanya itu, beberapa variasi karakteristik metamaterial dieksplorasi seperti metamaterial dapat diubah dengan fungsi ganda serapan [19], metasurface tipis berbasis vanadium dioksida, metasurface terinspirasi geranium untuk sensing yang dapat disesuaikan [20]. Selain ide konvensional pemanen energi, sebagian besar penyerap atau antena metamaterial yang dikembangkan untuk pemanen energi RF daripada spektrum visibel. Pemanen energi dalam artikel-artikel ini [21, 22] tidak dapat berkontribusi pada sel surya.

Penelitian terbaru dalam rentang THz rectenna atau penyerap metamaterial terinspirasi nano-rectenna masih dalam percobaan laboratorium atau analisis karena beberapa kendala seperti pencocokan impedansi, integrasi antara sel unit dan sel PV, pemasukan energi yang dikonversi dari sel unit ke unit PV, efisiensi konversi foton, kehilangan transportasi, dll. Selain itu, sel PV kemungkinan akan menurunkan performa dengan parameter lingkungan dan bandwidth serapan yang sempit dalam spektrum visibel. Meskipun demikian, antena atau penyerab nano sedang dieksplorasi dengan mengadopsi teknik desain dan fabrikasi canggih seperti penyerab plasmonik omnidireksional [23] dengan efisiensi pemanen sekitar 38%, kolektor elektromagnetik nantenna substrate fleksibel (NEC) [24] menunjukkan serapan 90% dengan mengatasi perilaku optik material dan kendala fabrikasi. Properti optik dan listrik unik struktur nano [25,26,27,28,29] mengungkapkan berbagai persentase serapan dengan karakteristik material yang dinamis. Meskipun sebagian besar struktur canggih yang dilaporkan masih sulit diterapkan dalam pemanen energi matahari, beberapa penyerab metamaterial digunakan untuk aplikasi yang dimaksud pada dasar eksperimental [30, 31]. Dengan antena yang mengonversi gelombang EM insiden menjadi sinyal AC, dioda dapat merektifikasi menjadi tegangan DC yang dapat digunakan. Lebih dari 90% efisiensi konversi dapat diperoleh dalam frekuensi radio. Namun, sangat sulit untuk memperluas rectenna ke regime optik karena proses yang rumit dan respons yang terlalu lambat dari retifikasi berbasis dioda. Suatu pekerjaan yang jarang diperhatikan tentang konversi fotoelektrik langsung tanpa dioda, dikenal sebagai efek Hall dinamis (DHE), dilaporkan oleh H. Barlow pada 1954. Ia diusulkan untuk menghasilkan tegangan DC melalui aksi bersama medan listrik dan magnet dinamis dari radiasi yang datang secara miring. Efek ini secara teori ditunjukkan oleh semua material konduktif dan berlaku untuk seluruh spektrum EM dari mikrogelombang hingga frekuensi visibel dengan respons yang cepat [32]. Jadi, bidang potensial dari sistem pemanen energi matahari yang meningkatkan efisiensi menggunakan metamaterial belum dieksplorasi, dianalisis, dan diterapkan ulang semua teknik yang tersedia untuk mempercepat efisiensi sel surya typikal pada tingkat aplikasi.

Dalam paper ini, kami mengusulkan penyerab metamaterial SHPA pada material tri-nanolayer dengan karakteristik DNG yang disimulasikan baik dalam regime visibel dan UV untuk pemanen energi matahari. Metode analisis domain waktu perbedaan hingga (FDTD) diikuti untuk pembentukan, analisis struktur, dan CST Microwave Studio (MWS) 2017 yang tersedia secara komersial digunakan untuk simulasi. Oleh karena itu, kondisi batas standar diterapkan untuk analisis propagasi gelombang serta polarisasi bidang TE, TM juga dimodelkan untuk absorpsi sudut lebar. Untuk penyerab metamaterial nano yang dioptimalkan rentang nano, algoritma genetika (GA) telah berhasil diterapkan dalam banyak desain yang berbeda untuk mendapatkan hasil positif [33, 34]. Oleh karena itu, penyerab yang diusulkan mengadopsi algoritma serupa [33] untuk menemukan karakteristik material indeks negatif (NIM). Gambar 1c mengilustrasikan domain desain sel unit SHPA yang dioptimalkan GA di mana bentuk heksa nano terbelah dan dibagi grid 10 × 7. Di dalam grid, grid 3 × 3 yang terbagi menggambar bentuk heksagonal. Mekanisme aktualnya adalah interpolasi data untuk mendapatkan penyerapan yang ditingkatkan dengan mengubah dimensi geometri sambil mempertahankan bentuk struktur nano. Tujuan GA ini adalah untuk mengekstrak SHPA metamaterial untuk frekuensi visibel dengan karakteristik NIM yang mungkin maksimum. Parameter scattering dievaluasi selama simulasi lanjut ke program MATLAB untuk mengekstrak karakterisasi dan analisis properti yang relevan. Investigasi numerik menunjukkan lebih dari 95% serapan dalam kedua rentang frekuensi dengan karakteristik metamaterial tangan kiri yang signifikan. Jadi, SHPA yang diusulkan dengan validasi fabrikasi lebih lanjut dapat membuktikan potensi bidang aplikasinya seperti pemanen energi matahari, proses akuumulasi foton untuk sel surya, atau amplifikasi fotonik.

Desain Komputasi dan Metodologi

Penyerab metamaterial SHPA dipelajari sebagai substrat ganda, arsenida galium (GaAs), dan nikel (optik), dan lapisan patch dirancang pada emas (Au). GaAs tebal 80 nm dengan permitivitas kerugian 12,94 dan Ni tebal 100 nm (Gambar 1a). Tabel 1 menunjukkan detail dimensi struktur sel unit. Ketebalan patch SHPA adalah 90 nm, dan film Au dianggap tipis untuk medan magnet lokal, konduktivitas isotropik 4,1 × 10⁷ S/m [35]. Menurut 'tensor konduktivitas Drude anisotropik' [36], hanya komponen Z dari medan magnet lokal yang dipertimbangkan. Karena komponen ortogonal dari dua sumbu lainnya jauh lebih lemah dari pada komponen Z. Selama simulasi kondisi batas periodik diterapkan pada arah X dan Y dengan PEC (konduktor elektrik sempurna) dan PMC (konduktor magnet sempurna) masing-masing pada lapisan atas dan bawah (Gambar 1b). Konduktivitas anisotropik pada sel unit dijamin dengan memasukkan medan magnet lokal. Parameter S-parameter SHPA disimulasikan, mulai dari 430 THz hingga 1000 THz dengan ukuran langkah 100 THz. Rentang refleksi (R), transmisi (T), dan serapan (A) diperoleh dengan A = 1-T-R di mana |S₁₁|² = R dan |S₂₁|² = T. Gelombang lapangan listrik didefinisikan olehE = E_xCos(ωt + kz) yang merambat ke arah sumbu Z di mana E_x adalah amplitudo medan listrik, ω adalah frekuensi sudut, t adalah waktu, dan k adalah nomor gelombang.

Pengembangan struktur geometri untuk metamaterial yang diusulkan oleh Pendry [37] yang banyak diterapkan untuk rentang mikrogelombang tetapi regime THz, yaitu frekuensi visibel dan optik menunjukkan kelemahan besar dalam permeabilitas negatif dan propagasi paralel substrat berlapis. Jadi, pendekatan alternatif [38] metal-dielektrik-metal menunjukkan respons yang baik sebagai dipol magnet resonansi untuk propagasi normal ke struktur yang menunjukkan permeabilitas negatif dan struktur berlapis yang sederhana relatif mudah difabrikasi pada skala nano. Selain itu, merancang penyerab metamaterial dengan properti DNG dalam tiga dimensi memerlukan beberapa karakteristik pada struktur seperti propagasi mundur, efek Doppler terbalik, amplifikasi gelambang ewanes, dll. Meskipun analisis teoretis dan kemampuan terkait spektrum frekuensi visibel sudah dijelaskan oleh para ahli [39,40,41]. Jadi, penyerab MA berbasis karakteristik DNG struktur nano tipis berhubungan dengan ε dan μ negatif dan umumnya digunakan sebagai array logam periodik tipis. Array patch logam tipis mencairkan plasma elektron bebas yang dijelaskan oleh model 'Drude' namun karena kami mempertimbangkan lapisan atas sebagai kerugian hence

di mana ω_p adalah frekuensi plasma yang dikurangi yang tergantung pada dimensi geometris lapisan tipis, ω_m adalah frekuensi resonansi magnet, γ_m kerugian, M_m menentukan kekuatan resonansi magnet.

Hasil, Analisis, dan Pembahasan

Properti Daya dan Dielektrik Sel Unit

Menurut metode kuantum foto, sejumlah daya tertentu diperlukan pada kondisi batas sel unit, terutama dalam arah propagasi, sudut polarisasi, aliran E-field dan H-field, dll. Jadi, mari kita analisis daya yang diperlukan untuk merambat dalam arah multi-kristal [42]. Persamaan (2) dan (3) didasarkan pada teorema vektor Poynting kompleks yang diinspirasi oleh [42, 43]. Fakta adalah daya yang diterima oleh sel unit adalah cahaya matahari, yang omnidireksional, dan aliran daya menggunakan penyerab harus pergi dalam arah untuk meningkatkan efisiensi. Jadi, daya gelombang yang merambat hanya proporsional dengan bagian nyata dari vektor yang terkait dengan parameter waktu-rata. Daya yang ditangkap pada satu atau kedua port akan merambat melalui sel unit. Sisa energi akan keluar melalui semua port (daya keluar). Daya yang diterima di sel unit dikonversi menjadi kerugian seperti properti material dielektrik, patch, atau elemen lump yang dipertimbangkan untuk lengan nano SHPA. Mempertimbangkan bagian nyata dari daya rata-rata kompleks dalam arah Z

Yang juga berlaku untuk (arah Z_-ve) untuk menggambar aliran energi bersih pada port tertentu. Faktor ½ dalam Eq. (2) terkait dengan waktu-rata medan berputar searah jarum jam. Bagian imajiner dari daya dapat diabaikan karena energi reaktif atau tersimpan yang tidak merambat dan dapat menghitung daya yang ditransmisikan (P_T) mengamati daya waktu-rata sepanjang sumbu X dan Y masing-masing-

Demikian, daya yang diterima dan keluar dihitung menggunakan persamaan di [43] dan diplot dalam Gambar 2 di mana daya yang terkait (Gambar 2a) dan daya melalui sel unit (Gambar 2b) penyerab nano-meta diamati selama simulasi. Daya yang ditangkap terbatas pada 0,5 watt dalam seluruh spektrum, sementara daya yang diterima dan keluar di kedua port memiliki distribusi daya yang sebaliknya. Namun, aliran daya 3D menunjukkan karakteristik yang tidak biasa karena inersia momen dipol dengan rentang frekuensi operasi dan status penetrasi material yang tidak homogen. Mulai dari 430 THz, sebagian besar momen dipol tidak terorganisir karena operasi THz pada tahap awal memiliki efek polarisasi dan secara bertahap memiliki efek dipol yang tepat setelah 715 THz, yang berlanjut hingga 1000 THz. Selain itu, properti semiconductor material GaAs serta karakteristik ferromagnetis Ni bertanggung jawab untuk mencegah aliran daya namun untungnya tidak begitu dominan. Properti dielektrik (ε, μ, η) diekstrak dari parameter S untuk investigasi numerik untuk menilai properti metamaterial. Sel unit penyerab dengan tiga material yang berbeda memiliki karakteristik terisolasi dalam propagasi gelombang EM, namun dimensi struktural unik ini dengan kapasitansi dan induktansi berseri di atas patch memodifikasi properti dielektrik konvensional dari masing-masing material dan menggambarkan properti unik. Sekarang, mengekstrak properti dielektrik metode DRI [44] digunakan di mana koefisien transmisi (S₂₁) dan koefisien refleksi (S₁₁) adalah parameter kunci.

Gambar 3 menunjukkan semua hasil simulasi penyerab nano-meta SHPA yang diusulkan. Gambar 3a,b magnitudo S₁₁ dan S₂₁ hampir konsisten baik dalam bagian nyata maupun imajiner. Meskipun respons rentang inframerah memiliki tiga titik resonansi kecil berturut-turut karena efek kedalaman kulit (δ) struktur, untungnya, ini memainkan peran positif dalam mendapatkan permitivitas, permeabilitas, dan indeks refraksi negatif. Gambar 3c,d,e masing-masing menunjukkan nilai nyata dan imajiner dari properti ini dan memastikan keberadaan metamaterial pada SHPA yang diusulkan. Selain itu, medan ewanes termal elektromagnetik yang intens [45] perlu dipertimbangkan karena perspektif aplikasi pemanen energi matahari. Secara eksperimental disebutkan di [45, 46] bahwa, selama radiasi dekat, dua konduksi panas material berturut-turut secara bertahap meningkat. Selain itu, polariton permukaan juga mendominasi gelombang ewanes dan menurut model 'Drude,' permitivitas dan permeabilitas kompleks ditentukan oleh polarisasi gelombang di dalam sel unit. Gambar 3 c,d,e menunjukkan properti dielektrik di mana operasi panjang gelombang rendah dari permitivitas dan permeabilitas dipengaruhi oleh gelombang ewanes ini. Oleh karena itu, karakteristik negatif dari sel unit yang diusulkan terlihat secara signifikan dan memastikan serapan EM yang baik. Karakteristik garis transmisi dan VSWR (rasio gelombang standing tegangan) penyerab nano SHPA dalam Gambar 4 dengan jelas menunjukkan jumlah refleksi

VSWR pada 430 THz impedansi tinggi, dan setengah panjang gelombang garis tidak memiliki pencocokan yang baik dari sisi sumber ke beban. Oleh karena itu, jumlah serapan gelombang EM juga rendah pada frekuensi lebih rendah, namun secara bertahap, impedansi mencoba mencocokkan (dengan yang dinormalisasi) sebanyak mungkin menghasilkan serapan di atas 90% dalam spektrum inframerah (1000 THz). Karena sel unit mewakili elemen menyerap daripada elemen memancar, VSWR pada sisi beban tidak memiliki nilai yang lebih tinggi.

Analisis Efek Lapangan

Sifat EM cahaya adalah gelombang elektromagnetik melintang di daerah visibel. Cahaya yang datang dari matahari dibagi menjadi tiga spektrum: inframerah, visibel, dan ultraviolet (UV). Distribusi energi spektral cahaya matahari memiliki intensitas maksimum 1,5 eV pada rentang visibel yang serupa dengan sebagian besar material semiconductor sementara dua spektrum lainnya menghasilkan panas jika diserap. Jadi, mempertimbangkan propagasi EM cahaya visibel tipikal dan kondisi batas yang dinyatakan dalam Gambar 1b, kinerja numerik medan listrik (E-field) dan medan magnet (H-field) ditunjukkan dalam Gambar 4. Meskipun karakteristik frekuensi resonansi 445 THz hadir dalam gambar, seluruh bandwidth 430~650 THz memiliki distribusi medan yang sama. Sekarang, persamaan gelombang vektor seperti yang disebutkan di [47]

di mana operator diferensial vektor satu dimensi∇bervariasi sedikit dengan variasi fasa selama propagasi gelombang EM, komponen medan listrik dan magnet adalahE_mdan H_m masing-masing, konstanta propagasi \( \gamma =\sqrt{j\omega \mu \left(\sigma + j\omega \varepsilon \right)} \)adalah kuantitas kompleks yang terkait dengan attenuasi dan deviasi fasa gelombang. Karena gelombang cahaya visibel memiliki sifat gelombang dan partikel, propagasi gelombang melalui material sel unit menunjukkan variasi dalam hal karakteristik E-field dan H-field. Selain itu, γ memiliki hubungan non-linier dengan properti dielektrik seiring peningkatan frekuensi operasi. Gambar 5 menunjukkan setiap nano terbelah pada SHPA komponen E-field yang signifikan (2,31 × 10⁶ V/m dalam skala log) ada pada resonansi 550 THz. Meskipun di seluruh rentang frekuensi yang disimulasikan (visibel dan UV), E-field yang kuat diamati dengan sedikit variasi amplitudo. Batang patch horizontal dan vertikal (dengan empat belahan) juga berkontribusi komponen medan dengan variasi amplitudo (2,08 × 10⁵~2,31 × 10⁶ V/m skala log). Selama analisis transient sel unit SHPA (kaskad dua tahap) dengan nilai kapasitansi dan induktansi 1,37 × 10⁻¹⁷ nF dan 3,87 × 10⁻¹⁴ nH mempercepat operasi frekuensi resonansi medan. H-field (Gambar 5b) memiliki efek yang sama dari propagasi EM sepanjang arah Z, dan selama penetrasi medium yang tidak homogen, Eq. (5) menjadi fungsi dari Z dan dalam mana konstanta permeabilitas magnet. Kemudian persamaan gelombang dikurangi menjadi persamaan diferensial "Ricatti" [48]

di mana k adalah nomor gelombang, dan m(z) adalah indeks refraksi kompleks. Selain itu, penurunan fasa gelombang meningkat dengan rasio kecepatan fasa dalam ruang bebas dan medium, yang merupakan kontribusi signifikan lain dari sel unit SHPA yang diusulkan untuk refleksi yang lebih rendah dan menyerap lebih banyak energi dari gelombang.

Polarisasi gelombang cahaya dipelajari pada sel unit SHPA yang diusulkan untuk menjelaskan kelayakan sel unit untuk pemanen energi matahari karena gelombang yang terpolarisasi melalui permukaan kehilangan energi selama propagasi. Formulasi Hamilton [49] menyebutkan bahwa elemen matriks transisi dipol bervariasi untuk polarisasi TE dan TM pada sudut insiden yang berbeda dari gelombang pada material GaAs. Sudut polarisasi baik untuk mode TE maupun TM meningkat ukuran langkah 40 ° (Gambar 6), dan sudut polarisasi medan listrik memiliki efek yang sangat dominan dibandingkan orientasi medan magnet. Selama mode TE, pada rentang lebih rendah, sekitar 430–650 THz (690 nm hingga 460 nm) [50], untuk perbedaan yang diberikan dari kombinasi substrat Ni-GaAs, perbedaan antara inti dan lapisan pelapis membuat indeks refraksi yang bervariasi yang meningkat saat panjang gelombang visibel mendekati band gap. Oleh karena itu, fluktuasi jumlah serapan diamati pada spektrum tersebut (Gambar 6a), sedangkan polarisasi TM menunjukkan fluktuasi yang serupa meskipun sudut polarisasi berubah dari 0 ° hingga 120 °. Pada mode TM, ketidakcocokan fasa umumnya menjadi besar untuk panjang gelombang lebih lama. Selain itu, bentuk heksagonal memiliki efek yang signifikan pada serapan selama variasi celah belahan dan tinggi patch. Kapasitansi yang dibentuk oleh celah belahan patch bervariasi sementara kapasitansi berdekatan oleh posisi patch tetap. Gambar 6c perubahan celah belahan dari 5 nm hingga 25 nm dan menurunkan celah belahan memberikan serapan yang luar biasa karena kapasitansi yang besar. Meskipun perubahan celah, serapan hampir tetap di atas 90% untuk 5 nm, dan peningkatan bertahap celah belahan membuat penurunan serapan awal sekitar 430–500 THz namun secara keseluruhan serapan 95% diamati selama simulasi. Dalam hal tinggi SHPA (Gambar 6d), selama split patch tetap 10 nm, area propagasi sinyal EM secara kolektif meningkat baik untuk insiden normal maupun menyilang dan oleh karena itu tinggi split dioptimalkan dengan nilai yang lebih tinggi dengan serapan. Untuk tinggi atau ketebalan SHPA 60 nm hingga 90 nm serapan rata-rata 85% hingga 88%, yang secara langsung menyatakan dioptimalkan untuk 90 nm.

Namun, prototipe yang difabrikasi dan hasil pengukuran SHPA akan mendukung data simulasi, yang akan dilakukan pada fase berikutnya studi. Selain itu, gambar perbandingan dijelaskan dalam Tabel 2 untuk memahami kontribusi penyerab nano-meta yang diusulkan. Dalam Tabel 2, artikel yang dilaporkan [51] menunjukkan efisiensi yang baik, tetapi frekuensi operasi dan performa sempit membuatnya tidak dapat memenuhi operasi frekuensi visibel. Artikel lain [52, 53] klaim untuk aplikasi pemanen energi matahari, tetapi bandwidth dan rentang operasi membuatnya lebih rentan dibandingkan dengan yang lain.

Kesimpulan

Dalam paper ini, penyerab metamaterial heksagonal terbelah diusulkan menggunakan enam lengan nano Au berdasarkan substrat GaAs dan Ni untuk aplikasi pemanen energi matahari. Analisis kuantum foto dan distribusi aliran daya secara matematis menunjukkan bahwa sel unit yang diusulkan memiliki kemungkinan konversi foton yang signifikan untuk aplikasi fotovoltaik atau sel surya. Performa sel unit SHPA yang diusulkan dianalisis berdasarkan properti dielektrik, kinerja garis transmisi, distribusi medan dan daya, serapan dalam hal studi parametrik. Semua data diekstrak dari parameter S melalui simulasi CST MWS, yang menunjukkan bahwa karakteristik DNG ada dengan serapan EM ultrawideband (lebih dari 95%) baik dalam spektrum cahaya visibel maupun UV. Unit Hexa patch yang dioptimalkan adalah celah belahan 10 nm dan tinggi 90 nm untuk serapan yang dinyatakan. Validasi eksperimental penyerab yang diusulkan akan dilanjutkan untuk menjadi kandidat yang diinginkan dalam aplikasi pemanen energi rentang THz.

Ketersediaan Data dan Material

Semua data sepenuhnya tersedia tanpa pembatasan.

Singkatan

CDN:

Dipol nano antena klasik

DRI:

Indeks refraksi langsung

DNG:

Double negative

EM:

Elektromagnetik

FDTD:

Finite-difference time-domain

GA:

Algoritma genetika

PV:

Fotovoltaik

SHPA:

Array patch heksagonal terbelah

UV:

Ultraviolet