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金属平板和光栅结构理论研究

作　者: 徐威
导　师: 叶卫民
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 表面等离激元金属平板波导金属光栅薄膜太阳能电池
分类号: O436.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
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内容摘要

利用表面等离激元,金属纳米结构具有在纳米尺度范围内局域和控制光的优良特性,在光电器件小型化、集成化等领域具有广阔的应用前景。本文从理论上研究了金属平板和光栅结构的本征模式特性,提出了一种结合金属和介质光栅增强薄膜太阳能电池光吸收效率的结构。本文主要工作如下:1、研究了IMI和IMIMI两类金属/介质平板波导的本征模式特性,计算了两类波导的色散曲线和本征电磁场分布。结果显示,IMI波导的长程等离激元波导模式通常存在于金属层厚度小于60nm时,且随着金属层厚度的减少该模式电场分布面积变大。IMIMI波导一般存在四类等离激元模式,在其透反射谱中存在泄露模共振引起的增强峰。2、研究了多层金属平板光栅的本征模式特性,尤其是电场被局域在金属条间介质层的本征模式与光栅结构参数之间的关系。3、针对金属平板光栅结构在薄膜太阳能电池上的应用,分析了6种不同结构增强薄膜太阳能电池光吸收效率的机理。提出了一种结合硅光栅和金属平板光栅增强太阳能电池吸收效率的新结构,数值模拟表明该结构能有效提高薄膜太阳能电池的短路电流。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-19
  1.1 等离激元光学简介  12-16
  1.2 课题研究背景  16-17
  1.3 本文组织结构  17-19
第二章金属平板和光栅结构的理论模拟方法  19-24
  2.1 散射矩阵法  19-20
  2.2 时域有限差分方法  20-21
  2.3 有限元方法  21-22
  2.4 本章小结  22-24
第三章金属平板结构的本征模式  24-32
  3.1 表面等离激元的基本特性  24-25
  3.2 IMI波导的本征模式  25-27
  3.3 IMIMI波导的本征模式  27-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章金属平板光栅结构的本征模式  32-38
  4.1 单层金属光栅结构的本征模式  32-34
  4.2 双层金属光栅结构的本征模式  34-37
  4.3 本章小结  37-38
第五章用于薄膜太阳能电池的金属平板光栅结构设计  38-51
  5.1 计算薄膜太阳能电池吸收效率所用数据和定义  38-39
  5.2 算法与程序正确性验证  39-41
  5.3 六种薄膜太阳能电池结构比较  41-46
    5.3.1 以c-Si 作为吸收材料  41-45
    5.3.2 以α- Si 作为吸收材料  45-46
    5.3.3 薄膜太阳能电池设计的一般规律  46
  5.4 介质光栅结合背板金属光栅结构  46-50
  5.5 本章小结  50-51
第六章总结  51-53
  6.1 本文工作总结  51
  6.2 后续工作展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-58
作者在学期间取得的学术成果  58

金属平板和光栅结构理论研究

内容摘要

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