Planar metasurface-based concentrators for solar energy harvest: from theory to engineering

可再生能源 太阳能 光伏系统 太阳镜 太阳能 光学 工程物理 计算机科学 材料科学 环境科学 工程类 功率(物理) 电气工程 物理 量子力学
作者
Cheng Zhang,Yujie Zhan,Yongxue Qiu,Leilei Xu,Jianguo Guan
出处
期刊:PhotoniX [Springer Nature]
卷期号:3 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1186/s43074-022-00074-0
摘要

Abstract Solar energy is an inexhaustible renewable energy resource, which is a potential solution to global warming and aids sustainable development. The use of solar-thermal collectors to harness solar energy facilitates low-cost heat storage and can improve the stability of power grids based on renewable energy. In solar-thermal collectors, traditional concentrators, such as parabolic troughs and dishes, are typically used but inevitably require high-precise supports and complex tracking sun systems, which increase the cost of solar-thermal power stations and hinder their further applications. In contrast, planar meta-lenses (so-called metasurface-based concentrators) consisting of two-dimensional nanostructured arrays are allowed to engineer the frequency dispersion and angular dispersion of the incident light through delicately arranging the aperture phase distribution, thereby correcting their inherent aberrations. Accordingly, the novel meta-lenses offer tremendous potentials to effectively capture broadband, wide-angle sunlight without the extra tracking system. This review summarizes the research motivation, design principles, building materials, and large-area fabrication methods of meta-lens for solar energy harvesting in terms of focusing efficiency, operation bandwidth, and angular dependence. In addition, the main challenges and future goals are examined.

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