表面等离激元金属平板波导金属光栅薄膜太阳能电池硕士论文

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1、金属平板和光栅结构理论研究【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;【英文关键词】surfaceplamsons;metalslab;metalgrating;thin-filmsolercell;【中文摘要】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

2、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

3、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。【英文摘要】Basedonsurfaceplasmons,metalstructurespossesswideapplicationprospectsinthefieldsofsub-wavelengthopticsandphotonicintegratedcircuits,becauseofitsabilityofconfiningandcontrollinglightatthenanoscale.Inthisthesis,wetheoretic

4、allyinvestigatedtheeigenmodesofonedimensionalmetalslabandgrating,andproposedanewwaytoimprovethelightabsorptionofthin-filmsolercellbasedonthemetalslabandgratingstructures.Themainworksofthisthesisareasfollows:1...摘要10-11ABSTRACT11第一章绪论12-191.1等离激元光学简介12-161.2课题研究背景16

5、-171.3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19-242.1散射矩阵法19-202.2时域有限差分方法20-212.3有限元方法21-222.4本章小结22-24第三章金属平板结构的本征模式24-323.1表面等离激元的基本特性24-253.2IMI波导的本征模式25-273.3IMIMI波导的本征模式27-313.4本章小结31-32第四章金属平板光栅结构的本征模式32-384.1单层金属光栅结构的本征模式32-344.2双层金属光栅结构的本征模式34-374.3本章小结37-38第五章用于薄膜

6、太阳能电池的金属平板光栅结构设计38-515.1计算薄膜太阳能电池吸收效率所用数据和定义38-395.2算法与程序正确性验证39-415.3六种薄膜太阳能电池结构比较41-465.3.1以c-Si作为吸收材料41-455.3.2以α-Si作为吸收材料45-465.3.3薄膜太阳能电池设计的一般规律465.4介质光栅结合背板金属光栅结构46-505.5本章小结50-51第六章总结51-536.1本文工作总结516.2后续工作展望51-53致谢53-54参考文献