包括由超材料制成的组件的光学二极管制造技术

提供了一种光学二极管，包括圆偏振分束器、第一圆偏振器和第二圆偏振器。该圆偏振分束器被布置成接收至少部分非偏振光以及输出沿着第一光路的右旋圆偏振光和沿着第二光路的左旋圆偏振光。该第一圆偏振器被布置在第一光路上并且透射右旋圆偏振光以及反射左旋圆偏振光。该第二圆偏振器被布置在第二光路上并且透射左旋圆偏振光以及反射右旋圆偏振光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】包括由超材料制成的组件的光学二极管 领域 本公开涉及光学二极管和光伏器件。本公开还涉及超材料，更具体而言，涉及光学 超材料。本公开还涉及液晶，更具体而言，涉及胆留型液晶。各实施例涉及圆偏振器和圆偏 振分束器。本公开的进一步的实施例涉及用于提高光伏器件的效率的超材料组件或层，或 超材料层的组合。 背景 全球光伏（PV)发电能力在2007年和2010年间增长了五倍，达到35万千瓦，其中 75%的发电能力可在欧洲获得。今天大多数的PV技术基于晶体硅（Si)晶片，其中有机的 PV主要被视为遥远未来的选项。尽管硅有效地吸收大部分的可见光范围（350-600纳米） 内的太阳光，但它在600-1100纳米之间表现较差。为了补偿这种弱吸收，大多数PV电池单 元（cell)具有在200-300nm之间的Si晶片厚度，并且通常被称为"光学厚"吸收器。另外， 通常利用锥体表面纹理以在宽的角度范围内散射入射光，从而增加了光电池单元的有效路 径长度。 然而，因为需要更多的材料和处理，这些方法都对PV电池单元的基本成本有显著 影响。此外，对于厚太阳能电池单元而言，光载扩散长度相对较短，且因此从半导体结产生 出的电荷载流子没有被有效地收集。这就阻碍了 PV技术替代传统化石燃料技术用于发电。 可以使PV电池单元的成本降低至少两倍的任何技术发展将是该行业的一场直接的革命。 这样的发展可以通过增加太阳能电池单元的吸收效率，从而使得随着光载电流收集一起发 生几乎完全的光吸收来实现。 为了增加的效率迄今已经研究了利用等离子体光子学（plasmonics)的一些 技术，其目标在于创建具有1-2微米（μπι)厚度的薄膜太阳能电池单元。例如，通过用 20-100nm直径的金属纳米颗粒来掺杂半导体材料，该颗粒可充当入射太阳辐射的亚波长散 射元件或近场耦合器，从而增加有效散射截面。 另一种方法涉及将入射太阳辐射耦合到表面等离子体激元（SPP)，表面等离子体 激元是沿金属和电介质的界面行进的电磁波。这种SPP耦合例如可以通过使太阳能电池单 元的金属背表面起皱来实现。在所有这些情况下，半导体材料中的吸收需要比金属中的等 离子体损失更高仍然是主要挑战之一。然而，对于超过SOOnm波长的太阳能而言这些损失 变得显著。 应当强调的是，增强弱有损型材料的吸收效率提供双重优势，因为不仅可以使用 较少量的吸收材料而且吸收材料也可以是低质量的，从而在两种情况下降低器件的总成 本。 本公开的一些实施例涉及使用超材料和基于超材料的配置来解决这些问题。 超材料是人造材料，其可以实现自然界不存在的电磁属性，比如负的折射率或电 磁隐身。虽然超材料的理论特性是在I960年代首次描述的，但是在过去的15年里对于这 些材料的设计、加工和制造已经有显著的发展。超材料通常由大量的单位电池单元，即多个 单独的元素（有时被称为"超原子"（meta-atom))构成，其各自具有比操作波长小的尺寸。 这些单位电池单元在微观上由诸如金属和电介质之类的常规材料构成。然而，它们的确切 形状、几何形状、尺寸、取向和布置可以在宏观上以一种非常规的方式影响光，诸如产生谐 振或不寻常的针对宏观介电常数和导磁率的值。 可用超材料的例子有负折射率超材料、手征性超材料、等离子体超材料、光子超材 料，等等。由于它们的亚波长性质，在微波频率下操作的超材料具有几毫米的典型单位电池 单元大小，而在光谱的可见光部分中操作的超材料具有几纳米的典型单位电池单元大小。 一些超材料也固有谐振，即，它们可以在某窄频率范围内强烈吸收光。 对于常规材料，诸如磁导率和介电常数之类的电磁参数产生于构成该材料的原子 或分子对穿过其的电磁波的响应。在超材料的情况下，不在原子或分子级确定这些电磁属 性。相反，这些属性是由对构成超材料的更小物体的集合的选择和配置来确定的。虽然物体 的这种集合以及其结构在原子级"看上去"不像常规材料，但是超材料还是能够被设计成使 得电磁波如同其通过常规材料那样通过。此外，因为可从这种小（纳米级）的物体的成分 和结构确定超材料的属性，故而可以在非常小的尺度上准确地调谐超材料的电磁属性（诸 如介电常数和导磁率）。 超材料的一个特定分支是等离子体材料，其支持电荷在金属的表面以光学频率振 荡。例如，金属（诸如银或金）自然表现出这些振荡，从而导致在这个频率范围内的负介电 常数，这可以被用来生产新型器件，诸如纳米级分辨率的显微镜、纳米透镜、纳米天线和隐 身涂料。 本公开的各方面在所附的独立权利要求中被限定。 本公开详述了使用由圆偏振实现的效果的光学二极管的设计。更具体而言，本公 开涉及超材料和液晶，且尤其涉及胆留型液晶。值得注意的是，本公开的各实施例可以形成 为层，并且可以容易地并入常规器件（诸如光伏器件）以增强性能。 附图简沐 现在将参照附图描述本公开的各实施例，其中： 图1示出了根据本公开的光学二极管和光伏器件的示意性布局； 图2是根据各实施例的包括光学二极管的平面光伏器件的示意图； 图3示出了当右旋圆偏振光入射时平面光伏器件中的模拟场分布； 图4示出针对有和没有根据本公开的光学二极管的图2的模拟结构的耗散功率的 比较；以及 图5示出了根据各实施例的圆柱形光伏器件。 在各附图中，相同的标号指示相同的部分。 本公开的各实施例涉及由光学辐射实现的效果。术语"光学"和"光"在本文中用 于指可见光、近红外和中红外波长。即，350nm至8微米范围内的电磁福射。 各实施例还涉及光伏器件，但从下面的详细描述中可以理解的是根据本公开的光 学二极管可以适用于其中光的单向透射和/或光的单向反射是有利的全范围的应用。 各实施例还涉及超材料或液晶，但从下面的详细描述中还可以理解的是根据本公 开的光学二极管可以由其它非超材料或液晶组分形成，诸如有所述的功能的可商购偏振器 和偏振分束器。 附图的详细描沐 概括而言，提供了一种光学二极管，其透射一个圆偏振但反射相对的圆偏振。即， 光学二极管透射一个圆偏振，但反射另一个圆偏振。各实施例利用圆偏振光在反射之际反 转其偏振的现象的优势。即，例如，反射使得右旋圆偏振光变成左旋圆偏振光。有利的实施 例通过利用允许光的非可逆传输的超材料结构来实现光在光伏材料中的增强吸收。在进一 步的有利的实施例中，超材料结构由胆留型液晶（CLCS)形成。 CLC由在空间中沿某方向形成螺旋及周期性结构的液晶分子构成。CLC螺旋的螺 距可以被调整以反射沿着其轴线传播的在某频率范围内的圆偏振光，该螺距通常是几百纳 米的量级。可以利用CLC的这一有趣属性来制造可调谐光学二极管。专利技术者利用这一概念 来实现显著的增强。 图1示出了包括根据本公开的光学二极管的器件。当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学二极管，包括：圆偏振分束器，所述圆偏振分束器被布置成接收至少部分非偏振光以及输出沿着第一光路的右旋圆偏振光和沿着第二光路的左旋圆偏振光；布置在所述第一光路上的第一圆偏振器，其中所述第一偏振器被布置成透射右旋圆偏振光以及反射左旋圆偏振光；以及布置在所述第二光路上的第二圆偏振器，其中所述第二偏振器被布置成透射左旋圆偏振光以及反射右旋圆偏振光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·帕里卡拉斯，T·卡洛斯，
申请(专利权)人：兰布达防护技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB