学术报告:Nano-Engineering Metamaterials for High-Efficiency Solar Energy Harvesting

发布者:webmaster发布时间:2015-05-13浏览次数:69

报告人 亚利桑那州立大学助理教授Liping Wang(王力平)博士
时间:2015年5月15日下午2点
地点:力学一楼504

报告内容:
Spectral control of thermal absorption and emission with engineered surface 
radiative properties plays a crucial role in harvesting solar energy. In 
this talk, I will discuss the exotic optical and radiative properties of 
nano-engineered materials, or called metamaterials, and how the novel 
metamaterials would greatly impact the performance of solar thermal, solar 
thermophotovoltaic (TPV), and solar photovoltaic energy conversion. By 
exciting magnetic polariton (MP), i.e., the coupling of electromagnetic 
waves to magnetic resonance inside nanostructures, film-coupled 
metamaterials made of tungsten gratings are successfully designed to achieve 
spectrally-selective absorption. The underlying physical mechanism and 
unique optical properties as a function of wavelength, direction, and 
polarization will be discussed in detail. An optimized metamaterial 
structure is numerically demonstrated as a perfect selective solar thermal 
absorber with >88% solar absorptance and <3% mid-IR emittance. The solar-to-
heat conversion efficiency is theoretically predicted at different working 
temperatures and optical concentrations, demonstrating the enhanced 
performance with this superior metamaterial selective absorber. Recent 
temperature-dependent optical characterization results of a fabricated 
metamaterial solar absorber sample at room temperature up to 350°C will be 
presented. Besides, such a metamaterial absorber could be readily used as a 
selective TPV emitter at high temperatures. By using the designed 
metamaterial as the selective solar absorber, which efficiently converts 
solar energy to heat, and as the selective TPV emitter, which gives photons 
with energy only above the bandgap of a photovoltaic cell, the performance 
of a solar TPV system could be greatly enhanced. Finally, a film-coupled 
metamaterial solar cell is proposed with an ultrathin active semiconductor 
layer with thickness less than 100 nm. Plasmonic light trapping due to 
excitation of MP, which strongly localizes light inside the active layer 
above the semiconductor bandgap, is achieved, leading to enhanced optical 
absorption in ultrathin solar cells and improved electric power generation. 

简历:
Dr. Liping Wang completed his undergraduate study at University of Science 
and Technology of China in 2004, followed by a Master degree at the Chinese 
Academy of Science in 2007. Dr. Wang received his Ph.D. in mechanical 
engineering with a focus on nanoscale radiative heat transfer in December 
2011 at Georgia Institute of Technology under the guidance of Professor 
Zhuomin Zhang. He started his academic career as an assistant professor at 
Arizona State University in July 2012 after a short stay in Prof. Zhang’s 
group as a postdoctoral fellow. Dr. Wang’s research aims to selectively 
control thermal radiation for energy and sensing applications by 
fundamentally understanding and exploring novel physical mechanisms in 
nanoscale radiative transport with nanoengineered materials or so-called 
metamaterials. Besides, he has been investigating near-field thermal 
radiation for energy harvesting and thermal management applications, in 
addition to the development of novel optical metrologies for thermal 
characterizations. Dr. Wang is currently the director of the Nano-Engineered 
Thermal Radiation Lab and the lead principal investigator for ASU’s 
participation in the US-Australia Solar Energy Collaboration on Micro Urban 
Solar Integrated Concentrator project, sponsored by Australian Renewable 
Energy Agency. His research findings have been published in more than 30 
peer-reviewed high-impact journal papers in applied physics, optics, and 
heat transfer. He is the recipient of the most prestigious 2015 CAREER award 
by the US National Science of Foundation for recognizing junior faculty who 
exemplify the role of teacher-scholars through the integration of 
outstanding research and excellent education, as well as 2011 ASME 
NanoEngineering Council Best Poster Award and 2010 Hartnett-Irvine Best 
Paper Award. Dr. Wang won 2013 Top 5% ASU Engineering Faculty Teaching Award 
for his teaching excellence. Besides, he has been actively contributing to 
the professional community by organizing technical conferences and reviewing 
scientific manuscripts.