本發明涉及微納米結構陣列及太陽能吸收領域，特別是涉及一種基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器及其制備方法和應用。
背景技術：
1、化石燃料成本的增加和全球變暖的影響增加了尋找高效可再生能源的緊迫性。太陽能作為一種可再生能源，已經引起了人們的廣泛關注。由于太陽能的豐富性、可持續性和清潔性，太陽能可以用于供暖、制冷和發電生成和熱化學過程，因此，太陽能熱光伏系統由于其將太陽能轉換為電能的有效方法而備受關注。cu2znsns4(czts)材料由于其可調直接帶隙、無毒性、豐富性等特點，在光催化、光檢測和薄膜太陽能電池等領域具有廣泛的應用前景。然而，與其理論預測值相比，czts基材料的實際光電轉換效率往往較低，這主要是由于體內晶體缺陷、缺陷團簇和表面缺陷較多，這些缺陷會限制太陽能光的收集和光生電子的傳輸。雖然，元素替代，即用其他元素原子替換原吸收材料中的原子，以調整其缺陷密度并提高應用性能。但實際光電轉換效率還是遠低于理論值。其中一個重要原因是czts基系列材料在整個可見光波段的平均吸收率不到0.7。這嚴重限制了czts系列材料基器件的性能。
2、超表面(metasurface)是一種具有特殊電磁特性的人工微納光學天線按照一定方式進行排列，形成準二維平面結構，能夠實現對入射光相位、吸收、偏振、及振幅等的靈活調控，在光學透鏡、超分辨成像及光譜增強等方面有重要應用。超表面包括金屬陣列結構和介質陣列結構兩大類，金屬陣列結構能夠通過與金屬自由電子集體振蕩的表面等離激元共振效應實現光學的選擇性吸收和散射，介質陣列結構除了存在與介質電磁共振模式相關的入射光選擇性吸收和散射，還存在腔體共振模式(類似駐波)，可以近一步增加吸光材料對入射光的吸收程度。此外，當入射光入射到搞折射率材料表面時，會由于折射率變化梯度過大，導致與自由空間的光學阻抗失配，因此可以在吸光材料表面覆蓋一層過渡層介質膜，用以實現阻抗匹配。
3、因此，將金屬結構超表面、介質結構超表面、阻抗匹配層及傳統太陽能吸收材料相結合，是實現太陽光高效吸收，進一步提高太陽能利用率的有效方法。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本發明提供了一種基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器及其制備方法和應用，本發明提供的超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器具有可見光吸收率高的優點。
2、為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
3、本發明提供了一種基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，從下往上依次為金屬襯底層、cu2znsns4基薄膜光吸收層和自由空間阻抗匹配層；
4、所述cu2znsns4基薄膜光吸收層上設置有金屬鋁納米盤陣列和al2o3介質納米六面體陣列；
5、在距離所述金屬襯底層65nm高度處設置金屬鋁納米盤陣列；
6、在所述金屬鋁納米盤陣列中心的頂部設置al2o3介質納米六面體陣列。
7、優選的，所述金屬襯底層包括銀薄膜，所述金屬襯底層的厚度為100nm。
8、優選的，所述cu2znsns4基薄膜光吸收層包括czts、cztse、cztsse、aczts、cztgs等所有i2-ii-iv-vi4型化合物半導體薄膜，所述cu2znsns4基薄膜光吸收層的厚度為500nm。
9、優選的，所述自由空間阻抗匹配層為折射率為1.7的al2o3介質薄膜，所述自由空間阻抗匹配層的厚度為40nm。
10、優選的，所述金屬鋁納米盤陣列的厚度為50nm，直徑為160nm，陣列周期為200～300nm。
11、優選的，所述al2o3介質納米六面體陣列的折射率為1.7，厚度為220nm，長度為200nm，寬度為200nm。
12、本發明還提供了一種上述技術方案所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器的制備方法，包括以下步驟：
13、s1.以所述金屬襯底層作為吸收器支撐層和入射光反射層；
14、s2.以cu2znsns4基薄膜光吸收層作為可見光吸收層，并在其中距離所述金屬襯底層上表面面高度為65nm的位置嵌入金屬鋁納米盤陣列；
15、s3.在所述cu2znsns4基薄膜光吸收層表面且金屬納米盤陣列中心的頂部嵌入介質納米六面體陣列；
16、s4.在所述cu2znsns4基薄膜光吸收層上覆蓋自由空間阻抗匹配層，得到基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器。
17、本發明還提供了上述技術方案所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器在提高可見光吸收率中的應用。
18、本發明還提供了上述技術方案所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器在降低可見光反射率中的應用。
19、優選的，在380～820nm范圍內降低可見光反射率和提高可見光吸收率。
20、本發明利用超表面的入射光調控能力來提升czts基系列材料的太陽能可見光波段吸收效率。通過金屬鋁納米盤陣列的表面等離激元共振來增加入射光的光學吸收截面；通過al2o3介質納米六面體陣列的腔體共振來增加入射光與czts系列材料的作用次數；通過自由空間阻抗匹配層來降低入射光在czts基系列材料表面折射率躍變梯度，從而實現阻抗匹配條件。三者結合形成能夠高吸收效率的可見光吸收器。
21、本發明的有益效果：
22、1、本發明基于金屬鋁納米盤陣列超表面的表面等離激元共振，極大增加了長波段太陽光的吸收截面。
23、2、本發明基于al2o3介質納米六面體陣列超表面的腔體共振，極大增加了太陽光與傳統吸收材料的相互作用次數。
24、3、本發明所述的自由空間阻抗匹配層能夠將減小太陽光吸收材料上表面對入射光的反射，最大限度的實現入射可見光的吸收。
1.一種基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，其特征在于，從下往上依次為金屬襯底層、cu2znsns4基薄膜光吸收層和自由空間阻抗匹配層；
2.根據權利要求1所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，其特征在于，所述金屬襯底層包括銀薄膜，所述金屬襯底層的厚度為100nm。
3.根據權利要求1所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，其特征在于，所述cu2znsns4基薄膜光吸收層包括czts、cztse、cztsse、aczts、cztgs等所有i2-ii-iv-vi4型化合物半導體薄膜，所述cu2znsns4基薄膜光吸收層的厚度為500nm。
4.根據權利要求1所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，其特征在于，所述自由空間阻抗匹配層為折射率為1.7的al2o3介質薄膜，所述自由空間阻抗匹配層的厚度為40nm。
5.根據權利要求1所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，其特征在于，所述金屬鋁納米盤陣列的厚度為50nm，直徑為160nm，陣列周期為200～300nm。
6.根據權利要求1所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器，其特征在于，所述al2o3介質納米六面體陣列的折射率為1.7，厚度為220nm，長度為200nm，寬度為200nm。
7.一種權利要求1所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.權利要求1～6任一項所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器在提高可見光吸收率中的應用。
9.權利要求1～6任一項所述的基于超表面的cu2znsns4基可見光高效吸收器在降低可見光反射率中的應用。
10.根據權利要求8或9所述的應用，其特征在于，在380～820nm范圍內降低可見光反射率和提高可見光吸收率。