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열 태양광 발전을 위한 원형 홀 패턴의 Metal-Dielectric-Metal 선택형 방사체
윤보람(Boram Yoon),이남규(Namkyu Lee),배지열(Ji-Yeul Bae),Fakadu Tolessa,조형희(Hyung Hee Cho) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.5
본 연구에서는 열 태양광 발전을 위한 원형 홀 패턴의 Metal-Dielectric-Metal 선택형 방사체를 제안한다. 텅스텐과 산화 알루미늄을 구조체 전체적으로 사용하여 내열성을 확보하였다. 설계 변수의 변화에 따른 흡수/방사 특성을 분석하였고, 이를 통해 InGaAs 셀의 높은 변환 효율을 갖는 파장 대역에서 선택적으로 높은 방사율을 갖는 구조체를 형성하였다. 높은 흡수/방사의 파장 대역에서 텅스텐 원형 홀패턴의 가장자리 주변에서 국부적으로 발생하는 표면 플라즈몬 공명이 발생하였다. 이러한 공명은 루프형태의 유도 전류를 형성함으로써 자기장을 유전체 층에 가두는 효과가 있다. 본 연구에서 제안하는 선택형 방사체의 스펙트럼 효율은 1000K에서 41.0%, 1300K에서 63.7 %였다. 이는 동일한 온도의 흑체보다 각각 5배, 3배 높은 효율을 보였다. In this study, we propose a thermophotovoltaic circular hole pattern Metal-Dielectric-Metal selective emitter. Tungsten and aluminum oxides are used to ensure heat resistance. By analyzing the absorption/emission characteristics per the change of design parameters, we obtain optimal design values that secure selectively high emissivity. Localized surface plasmon resonance occurs at the edge of the tungsten circular hole pattern in the high absorption/emission band. This resonance has the effect of confining the magnetic field to the dielectric layer by forming induced loop-like currents. The spectral efficiency of the proposed emitter is 41.0% at 1,000K and 63.7% at 1,300K. It showed five- and three-times higher efficiency, respectively, than the black-body of the same temperature.
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