基于阻抗匹配理论与组合谐振结构特性，设计了一种超宽带超材料太阳能吸收器。该吸收器由栅格结构与金属/介质/金属堆叠结构组合而成，组合结构有效拓展了吸收带宽。采用时域有限差分法分析了吸收器的吸收特性，结果表明：该吸收器在300～4000 nm波段内的平均吸收率可达94.9%，吸收带宽为3700 nm，可有效覆盖可见光与红外光波段。该吸收器在整个吸收波段范围内具有一定的偏振独立特性，以60°广角斜入射时，平均吸收率仍可达到93%。谐振频点处的电磁场分布表明，该吸收器的超宽带高吸收特性主要归因于表面等离子体共振、局域表面等离子体共振、慢波效应、法布里-珀罗共振，以及共振模式间的杂化耦合作用。所提超宽带高吸收太阳能吸收器在许多超材料领域具有潜在的应用价值。

提出了一种顶锥壳阵列超宽带全向超材料吸收器, 研究了圆顶锥壳的几何参数、顶部的几何形状以及不同密排方式对宽带吸收的影响。研究了包覆金属薄膜的圆顶锥壳阵列在太阳辐射能谱区的超宽带吸收特性, 结果显示在250~2500nm范围内的平均吸收率达到95.39%。在0°~65°的大角度入射下, 对于TE和TM偏振的平均吸收率分别为92.7%和94.59%, 表明所提出的结构具有偏振无关和入射角不敏感性。空气质量1.5加权平均吸收率为95.24%, 证明能够有效地吸收地球上的太阳辐射。通过结合胶体球光刻技术和表面镀膜成功制备了所提出的吸收器, 初步测试结果表明, 其吸收性能存在提升空间。

具有宽带高吸收特性的吸收器是太阳能利用的关键。设计了一种含有抗反射层的基于二维光子晶体结构的太阳能吸收器,其中砷化镓(GaAs)作为吸收介质,被填充到具有四方晶格结构的二维光子晶体的钨(W)基底圆形空腔中。采用有限元法进行了模拟计算分析,结果表明,在300~2500 nm的波长范围内,吸收器的平均吸收率为92.5%,有效吸收率高达94.9%,入射仰角为50°时,有效吸收率仍有90.13%。该结构具有全太阳光谱高吸收、偏振不敏感和广角吸收等特点。研究结果为高性能太阳能吸收器的设计提供了参考。