Surfaces micro/nano-structurées appliquées au solaire concentré
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Surfaces micro/nano‐structurées appliquées au solaire concentré Mathieu h Langlais l et Philippe hl Ben-Abdallah ll h Laboratoire Charles Fabry, Fabry Institut d d’Optique Optique, Palaiseau, Palaiseau France [email protected] “Rayonnement solaire concentré, Paris 13 juin 2012” Plan Pl ● Un système y interférentiel simple : l’écran p de Salisburyy ● Absorbeur b b mince à large bande i àl b d dans d l i ibl le visible ● Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique ● Conclusions 2 Ecran de Salisbury écran réflecteur /4 Winfield Salisbury 1952 3 Ecran de Salisbury d (nm) Réflection d Ti02 air Ti02 (40 nm) Al (massif) (nm) d=325nm d=200nm R R Absorption multispectrale Large épaisseur 4 Absorbeur mince large bande dans le visible N couches Acible ibl A=1‐R (loi de Kirchoff) ? L Al (massif)) A Ti0 02 (40 nm m) 1 Combinaison de matériaux : Ti02 Aluminium Molybdène Mg0 E i Epaisseur totale : l L LSalisbury 5 Absorbeur mince large bande dans le visible Entrée : cible Algorithme génétique : Acible() Trouver la structure telle que : 2 [ A ( ) A ( )] → min cible 0 Sortie : structure optimale 1 r r 0 6 Absorbeur mince large bande dans le visible Génération 1 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 7 Absorbeur mince large bande dans le visible Génération 45 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 8 Absorbeur mince large bande dans le visible Génération 80 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 9 Absorbeur mince large bande dans le visible Génération 120 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 10 Absorbeur mince large bande dans le visible Génération 215 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 11 Absorbeur mince large bande dans le visible Génération 251 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 12 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Ts=6000 K visible abs Ω, C IR émi Tc Loi de délacement m de Wien: Wien ( m) 2898 T (K ) L (T , ) 0 2hc 2 5 1 h hc exp( ) 1 K BT 13 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique /2 abs C. ( , 0) L0 (TS , )d 0 émi 2 ( , ) sin(2 ) L0 (Tc , )dd 0 0 Trouver la structure telle que : abs max et émi min Combinaison de matériaux : Ti02 Ti02 Aluminium Molybdène Mg0 avec Tc =700 K K, C=100 C=100, =6.10 =6 10-55 sr Nombre de strates <7 14 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Génération 1 Ti02 Mo Al A A Mg0 100 nm 15 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Génération 15 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 16 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Génération 49 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 17 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Génération 67 Ti02 Mo Al A Mg0 100 nm 18 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Ti02 40 nm Mo 11 nm MgO 22 nm Ti02 21 nm 21 nm Mo 27 nm MgO 121 nm Génération 336 Ti02 Mo Al A Mg0 Al 100 nm 19 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Sensibilité à l’épaisseur des couches de Mo: Ti02 Mo Al Mg0 A Structure optimale A 20 Absorbeur sélectif pour le solaire thermodynamique Rugosité de surface: Ti02 1 Mo Al Mg0 eff 2 1 2 eff ( 1 2 ) =2 nm =4 nm =6 6 nm nm A 2 21 Conclusions Les revêtements plans apériodiques nanostructurées sont : ‐très performants pour contrôler l’absorption et l’émission de matériaux du visible à l’IR ‐sensibles aux rugosités de surface des strates élémentaires bl é f élé La minimisation des pertes IR permet d’envisager des régimes de fonctionnement à hautes températures (T>1000K) Verrous: Dépendance en température des propriétés optiques Propriétés p optiques p q à nanoéchelle Physico chimie de l’interface (à haute température) 22
