姜悦 王淑英 王治业 周华 卡马勒 赵颂 沈向前†

1) (新疆大学物理科学与技术学院,新疆固态物理与器件重点实验室,乌鲁木齐 830046)

2) (山东大学物理学院,济南 250100)

渔网超结构具有平面、近光学无损、特定光场中可以激发表面等离激元等特点,在增强光子器件的响应效率方面极具潜力.本文基于时域有限差分方法和严格耦合波分析,系统研究了渔网超结构的等离共振模式及其对晶硅薄膜电池的光波调控性能.研究结果表明,渔网结构对光波的吸收、散射和消光特性强烈依赖金属层的厚度、线宽、周期等特征参数.通过优化设计,使共振峰红移至770 nm,相对消光截面达到1.69,同时散射光在消光光谱中占据主导地位.以此构筑的响应层厚度为2 μm 的晶硅薄膜电池在波长大于800 mm 的波段吸收效率显著增强,电池最终的能量转换效率从6.67%提高到了8.25%.光强分布显示,共振导致的背向散射增强和光子传播方向的大角度偏转是实现电池响应增益的重要原因.

1 引言

微纳光学调控是提高光伏电池能量转换效率和降低原材料损耗的有效途径之一.通过光子优化管理,光伏电池能以较薄的响应材料(低成本)获取较高的光谱响应(高效率)[1-4].金属纳米结构的表面电子云在一定条件下可以与入射光波产生等离共振,激发表面等离激元.通过调整共振模式以及共振峰的强度和位置,入射光被金属结构散射、束缚或形成耦合波导[5-8].通过这些作用,光子在电池中的能量……