基于納光子結(jié)構(gòu)的完美光吸收研究.pdf

1、隨著化石燃料等不可再生資源的日漸消耗和持續(xù)加劇的環(huán)境污染，可持續(xù)發(fā)展，再生能源的開發(fā)已經(jīng)受到人們的關(guān)注。太陽能作為眾多可再生能源的一種逐漸得到人們的青睞，科研人員在光伏產(chǎn)業(yè)做出很多努力，已成功開發(fā)出諸多材料結(jié)構(gòu)的太陽能電池。太陽能電池能夠吸收太陽能，然后再將其轉(zhuǎn)化成電能從而得到源源不斷的清潔可再生能量。光伏太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽能的第一步是光的吸收。現(xiàn)在世界光伏市場上傳統(tǒng)的硅光伏電池占據(jù)了80％的份額，但是光電轉(zhuǎn)化效率不是很高。硅光伏電池的

2、優(yōu)勢在于硅具有較低的吸收波長，可以有效的提高光的吸收效率。但是即便如此，硅的吸收光的效率仍不盡人意，要達到足夠的吸收，需要硅膜達到100微米。納米光伏結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為同時增加光的吸收效率并且減少太陽能電池的成本帶來了希望。在材料選擇中，金屬和非金屬材料都展現(xiàn)出了很強的光吸收能力，而他們不同的材料特性使得它們在光伏市場有著不同的表現(xiàn)和應(yīng)用。
　　本文主要是介紹三種納米光吸收結(jié)構(gòu)：納米四棱臺陣列、納米四棱錐陣列和納米多層圓筒陣列。作者采用

3、有限時域差分法，解麥克斯韋方程組的方法計算它們的光吸收效率。展示它們在光吸收的超強表現(xiàn)：在正入射情況下的超強吸收；寬波段高吸收；入射光角度的變化對光吸收效率的影響較小甚至是免疫角度變化；光的偏振角對光吸收效率沒有影響。采用控制變量法優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，以達到光的最強吸收。并且引用慢光效應(yīng)，漏模共振等效應(yīng)解釋光吸收的某些現(xiàn)象。
　　為了驗證仿真結(jié)果的可靠性和正確性，通過實驗對其中的納米四棱錐陣列結(jié)構(gòu)進行驗證光吸收。本文選用聚焦離子束加工技

4、術(shù)制作納米四棱錐陣列結(jié)構(gòu)，首先介紹了聚焦離子束的構(gòu)成和工作方式。接著刻蝕樣品，將一微米厚的鍺膜做成納米四棱錐結(jié)構(gòu)。由于加工的是三維立體結(jié)構(gòu)，具有極高的加工難度。然后我們采用光纖光譜儀測量無結(jié)構(gòu)平滑鍺膜和納米四棱錐結(jié)構(gòu)在光垂直入射情況下的光吸收效率，并與仿真結(jié)果相比較。最后，介紹近場掃描光學(xué)顯微鏡，包括工作原理和工作方式。并采用共聚焦模式和探針掃描模式對納米四棱錐陣列結(jié)構(gòu)進行近場光學(xué)表征。為了便于比較，分別測量了鍺納米四棱錐結(jié)構(gòu)和無結(jié)構(gòu)的