表面等離子體聚焦調(diào)制及增強(qiáng)太陽能電池吸收研究

【摘要】：金屬表面等離子體(surface plasmon),是目前納米光子學(xué)中最引人注目的應(yīng)用研究方向;借助于金屬界面,或者金屬納米結(jié)構(gòu),它可以將電磁場高度局限在納米尺度的范圍之內(nèi),使得光近場區(qū)域場強(qiáng)得到大幅度的提高;表面等離子體激元(SPPs)和局域表面等離子體(LSP)分別是其中的兩個(gè)組成部分。理論上,利用SPPs的傳播特性,可以開發(fā)出亞波長尺寸的光子器件;而利用LSP的場局限作用,可以將發(fā)散的電磁能量高度匯聚在金屬納米結(jié)構(gòu)的近場區(qū)域?；谶@兩方面的特性,本論文分別進(jìn)行了兩種應(yīng)用研究: 1.為了研究遠(yuǎn)場超聚焦的可能,本論文研究了基于納米孔結(jié)構(gòu)的銀薄膜等離子體透鏡聚焦模型;調(diào)查了銀薄膜的厚度對這種透鏡聚焦效果的調(diào)制作用。利用時(shí)域有限差分法(FDTD),論文中分別計(jì)算和分析了一系列厚度的銀薄膜透鏡的光聚焦特性。仿真結(jié)果表明:一方面,由于SPPs的作用,該平板結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)光聚焦,而且聚焦強(qiáng)度很高;另一方面,不同的銀薄膜厚度,會得到不同的聚焦效果;增加銀薄膜的厚度,會使得該透鏡的焦距從近場,逐漸推移到遠(yuǎn)場;近場焦斑尺寸可以達(dá)到波長以下,而遠(yuǎn)場焦斑的大小略大于一個(gè)波長。 2.為了提高有機(jī)物薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率,論文中考察了一種內(nèi)嵌有金屬納米粒子的復(fù)合型有機(jī)物太陽能電池材料。借助三維的電磁波仿真軟件,文中建立了金屬-有機(jī)物混合薄膜結(jié)構(gòu);并且通過仿真計(jì)算,對比分析了金屬粒子陣列對太陽能電池的光子吸收效率的影響。數(shù)據(jù)表明,由于LSP的共振效應(yīng),金屬納米粒子可以起到光子吸收的增強(qiáng)作用;在材料中,改變金屬納米粒子的位置,大小,形狀,陣列周期,會得到不一樣的場分布,增強(qiáng)光子吸收的效果也有較大的差別。最后,通過一系列的對比分析,論文總結(jié)出了金屬納米粒子陣列的最優(yōu)布局,為設(shè)計(jì)混合型有機(jī)物薄膜太陽能電池提供了很好的依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：表面等離子體 等離子體透鏡 金屬納米粒子 薄膜太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 金屬表面等離子體發(fā)展概述10-12
• 1.3 金屬表面等離子體聚焦成像研究進(jìn)展12-13
• 1.4 金屬表面等離子體在太陽能電池中的應(yīng)用13-14
• 1.5 論文選題和研究內(nèi)容14-16
• 第二章 金屬表面等離子體相關(guān)原理16-32
• 2.1 光波中的金屬模型16-18
• 2.2 金屬與介質(zhì)分界面上的表面等離子體激元（SPPs）18-25
• 2.2.1 單層分界面上的表面等離子體18-23
• 2.2.2 多層分界面上的表面等離子體23-25
• 2.3 納米金屬粒子的局域表面等離子體(LSP)25-29
• 2.3.1 亞波長尺寸金屬粒子的準(zhǔn)靜態(tài)近似模型26-28
• 2.3.2 納米金屬粒子陣列中的LSP28-29
• 2.4 納米孔陣列增強(qiáng)電磁透射原理29-31
• 2.5 金屬納米粒子增強(qiáng)太陽能電池吸收原理簡介31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 金屬表面等離子體聚焦調(diào)制研究32-43
• 3.1 納米孔等離子體透鏡模型介紹33-34
• 3.2 納米孔等離子體透鏡的聚焦原理分析34-36
• 3.3 納米孔等離子體透鏡的聚焦調(diào)制仿真36-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 金屬納米粒子增強(qiáng)薄膜太陽能電池吸收研究43-59
• 4.1 金屬-有機(jī)物納米薄膜太陽能電池模型44-45
• 4.2 納米復(fù)合薄膜增強(qiáng)光子吸收的仿真與分析45-56
• 4.2.1 金屬納米圓柱陣列位置變化對光子吸收的影響45-49
• 4.2.2 不同排列周期下的光子吸收情況49-50
• 4.2.3 圓柱體的直徑對光子吸收的影響50-52
• 4.2.4 圓柱體的高度對光子吸收的影響52-53
• 4.2.5 其它形狀納米粒子的光子吸收譜53-56
• 4.3 光子吸收計(jì)算修正56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻碩期間取得的研究成果66-67

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