Design and optimization of a nano-antenna hybrid structure for solar energy harvesting application

来源 :中国物理B(英文版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ppasu
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A novel hybrid structure with high responsivity and efficiency is proposed based on an L-shaped frame nano-antenna(LSFNA) array for solar energy harvesting application.So,two types of LSFNAs are designed and optimized to enhance the harvesting characteristics of traditional simple electric dipole nano-antenna (SEDNA).The LSFNA geometrical dimensions are optimized to have the best values for the required input impedance at three resonance wavelengths of λres =10 μtm,15 μm,and 20 μm.Then the LSFNAs with three different sizes are modeled like a planar spiral-shaped array (PSSA).Also,a fractal bowtie nano-antenna is connected with the PSSA in the array gap.This proposed hybrid structure consists of two main elements:(Ⅰ) Three different sizes of the LSFNAs with two different material types are designed based on the thin-film metal-insulator-metal diodes that are a proper method for infrared energy harvesting.(Ⅱ) The PSSA gap is designed based on the electron field emission proposed by the Fowler-Nordheim theory for the array rectification.Finally,the proposed device is analyzed.The results show that the PSSA not only has an averaged 3-time enhancement in the harvesting characteristics (such as retum loss,harvesting efficiency,etc.) than the previously proposed structures but also is a multi-resonance wide-band device.Furthermore,the proposed antenna takes up less space in the electronic circuit and has an easy implementation process.
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