Двухслойные структуры из поглощающего и отражающего слоев, представляющие собой покрытия с высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения (т. е. черные, но прозрачные для длинноволнового излучения покрытия), формируются на высокоотражающей в ИК-области металлической подложке (например, из алюминия, меди, серебра и т.п.). Следовательно, эта система обладает высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения благодаря внешнему черному покрытию и низкой степенью черноты благодаря отражающей металлической подложке. Высокая поглощательная способность внешнего поглощающего покрытия может быть обусловлена особенностями электронной структуры или микрорельефом поверхности, а также сочетанием этих двух факторов. Обычно такие черные покрытия являются полупроводниками, и их высокая поглощательная способность обусловлена взаимодействием с веществом фотонов, энергия которых превосходит ширину запрещенной зоны. Таким образом, покрытие поглощает фотоны в результате перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, и фотоны с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны, проходят через вещество без изменения.
Серафин [83, 206] сформулировал основные требования к двухслойным структурам из поглощающего и отражающего слоев.
Рис. 5.3.1. Поглощательная способность а двухслойной структуры из поглощающего и отражающего слоев в зависимости от произведения Kd при различных значениях показателя преломления η [83]
Он предположил, что поглощающий слой толщиной d с оптическими константами п и k нанесен на зеркальную поверхность с отражательной способностью R, что отражение от обеих границ раздела описывается уравнением Френеля и что интерференции между двумя отраженными лучами не происходит. Используя уравнения Френеля, Серафин [85] построил зависимость поглощательной способности от произведения коэффициента поглощения покрытия К на его толщину d. Расчеты были выполнены при двух значениях показателя преломления (n= 2; 4) поглощающего покрытия. Полученные кривые представлены на рис. 5.3.1, где
Очевидно, что для получения высокой поглощательной способности относительно солнечного излучения показатель преломления должен быть не более 2, а произведение Kd во всем интервале длин волн солнечного спектра не менее 1. Низкую степень черноты в ИК-области спектра может обеспечить подложка, для которой произведение Kd близко к нулю при высокой отражательной способности базы.
Кратко требования к таким двухслойным структурам можно сформулировать следующим образом:
Следовательно, чтобы материал обладал высокой поглощательной способностью относительно солнечного излучения, его показатель преломления должен иметь возможно более низкое значение. Этому требованию удовлетворяют полупроводниковые материалы, край основной полосы поглощения которых расположен в спектральном диапазоне собственного излучения.
