一维和双层二维光子晶体太阳能电池背反射器

利用a-Si∶H和SiO2等介质,设计了一种由一维光子晶体和双层二维光子晶体组成的非晶硅薄膜太阳能电池背反射器.利用时域有限差分法对该背反射器在入射光波长范围为300~1 100nm波段的反射率和透射率进行仿真,计算不同结构参量下非晶硅太阳能电池短路电流密度并进行比较分析,最终得到了最佳背反射器结构.结果表明:设计的太阳能电池背反射器能够有效地延长入射光在太阳能电池吸收层的传播路径,有助于缓解太阳能电池吸收层厚度对电池吸收效率的影响,提高了电池吸收层对入射光的吸收效率.一维光子晶体和双层二维光子晶体结构的背反射器可以大幅度提高电池的光捕获能力,将非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高到31.96mA/cm2,较常用的Ag/ZnO背反射器结构非晶硅薄膜太阳能电池提高了51.0%.     

硅基薄膜太阳电池一维光子晶体背反射器的模拟设计与制备

从模拟和实验两个方面研究了一种适用于硅基薄膜太阳电池的一维光子晶体新型背反射器.首先采用时域有限差分方法,模拟研究了组成一维光子晶体的两种介质的折射率比、厚度比以及周期厚度对光子禁带的影响.基于模拟结果,制备出一种由低折射率SiOx层与高折射率非晶硅a-Si层周期性交叠构成的禁带可调式一维光子晶体背反射器.通过改变a-Si层的厚度,使得禁带范围由500—750 nm波长范围红移至650—1100 nm,反射率分别达到96.4%和99%.将上述结构的一维光子晶体作为背反射器分别应用于非晶硅单结太阳电池和非晶硅/微晶硅双结叠层太阳电池,与没有背反射结构电池相比,短路电流密度分别提升了18.3%和15.2%.同时模拟研究了在不同入射角度下自然光、TE波和TM波对光子晶体反射特性的影响.研究结果表明,在太阳电池中,光线倾斜入射对一维光子晶体反射率的影响有限.     

硅薄膜太阳能电池背部反射结构设计

设计了一种新型叠层光栅结构的晶体硅薄膜太阳能电池底部反射器,它由分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflectors,DBR)和衍射光栅两部分组成.利用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)方法和模式传输线理论(Modal Transmission Line,MTL),对DBR和光栅进行优化设计,使该叠层光栅结构在800～1 100 nm波长范围内能高效反射入射光并得到大倾斜角的反射光,有效延长光子在电池体区的传播路径,使其被充分吸收.结果表明,四层Si/SiO_2 DBR的反射率可达99.95%,零级衍射序被有效抑制,并得到具有较大倾斜角的±1级衍射序,太阳能电池的捕光能力大大提高.     

基于一维光子晶体的新型背反射器及其在非晶硅薄膜太阳电池中的应用

本文研究制备一种由低折射率的SiOx层与高折射率的a-Si层周期性交叠构成的新型一维光子晶体(1D PC)背反射器.研究结果表明,随着SiOx/a-Si交叠周期数的增加,一维光子晶体的反射率逐步提高.当周期数大于3时,在空气中500—750 nm波长范围的平均反射率达到96%.将该一维光子晶体作为背反射器应用于NIP型非晶硅电池(电池结构为玻璃/1D PC/AZO/NIP a-Si:H/ITO),当光子晶体周期为4时,效率达到7.9%,略优于传统的AZO/Ag背反射电极结构电池(7.7%),明显高于不锈钢衬底电池(6.9%),相对效率提升14.5%.     

一种增加光吸收的非晶硅薄膜太阳能电池的设计

分别设计与优化了非晶薄膜太阳能电池的上表层和电池底部结构,采用严格耦合波方法(RCWA)数值计算了电池的光吸收。计算结果表明:在仅考虑TM偏振的情况下,优化后的增透膜与无增透膜相比,300～840 nm波长范围内的吸收平均提高了35%左右;优化后的背反射器与无背反射器相比,700～840 nm波长范围内的吸收平均提高了23%左右。该非晶硅薄膜太阳能电池结构在全角宽频范围内有较高吸收,可以提高太阳能电池的转化效率。     

顶发射聚合物发光二极管的出光率分析

采用传输矩阵法及Matlab软件模拟以聚合物MEH-PPV为发光材料的顶发射聚合物发光二极管(TEPLED)出光率,探讨了阳极材料、阴极材料、折射率匹配层以及发光角度等对器件出光率的影响.从仿真结果可知以传统分布布拉格反射器(DBR)为衬底的器件与以Ag膜为反射阳极的器件相比,表现出更高的出光率,达到47.43%.针对...     

包含布拉格反射器的空间用GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池性能

利用光学膜系设计软件(TFCalc),设计出空间用GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池的分布式布拉格反射器(DBR)。实验结果表明由15对Al0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1As组成的DBR在中心波长850nm处的反射率高达96%,使800~900nm波段内红外光被有效反射后又被二次吸收,提高了GaInAs中间电池的抗辐照能力。基于细致平衡原理,结合p-n结形成机理,对原电池结构和包含DBR的新电池结构进行厚度优化。通过对比中电池厚度为2.93μm的原电池结构和中电池厚度为1.2,1.6,2.0μm的新电池结构的辐照前外量子效率(EQE),发现新电池结构基本弥补了基区减薄对短路电流的影响。通过分析两种结构电池辐照前后的电学性能,发现DBR结构的存在明显改善了辐照后电池电流的衰减,并且中电池厚度为1.6μm的新电池结构辐照后效率高达24.87%,较原电池结构提升了近2%,基本接近中电池厚度为2.0μm的新电池结构,且明显高于1.2μm中电池厚度的新电池结构。     

温度对Al0.5Ga0.5As/AlAs分布布喇格反射器的反射谱影响

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了－10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明：随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出：该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.     

温度对Al_(0.5)Ga_(0.5)As/AlAs分布布喇格反射器的反射谱影响

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了-10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明:随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出:该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.     

绿色磷光微腔有机电致发光器件研究

使用典型绿色磷光材料Ir(ppy)3作为发光层,DBR和金属Al作为微腔的一对反射镜,制备了结构为Glass/DBR/ITO/Mo O3(1 nm)/Tc Ta(40 nm)/CBP:Ir(ppy)3(40 nm,6%)/TPBI(47 nm)/Li F(1 nm)/Al(80 nm)的绿色磷光微腔有机电致发光器件(MOLED),同时制作了无腔对比OLED器件,研究微腔结构对器件发光性能的影响。发现OLED的电致发光谱(EL)的峰值是510 nm,半峰全宽(FWHM)为70 nm,MOLED的峰值是514 nm,FWHM为35 nm,比OLED窄化了1/2,MOLED的最大亮度、最大电流效率分别为143000 cd/m2和64.4 cd/A,OLED的最大亮度、最大电流效率分别为103000 cd/m2和41.6 cd/A;测试并计算了器件的外量子效率(EQE),MOLED和OLED的最大EQE分别为18.6%和14.3%。结果表明,微腔器件发光性能比无腔器件得到了很大的改善。     

SiOx∶H(0＜x＜2)薄膜光致发光的退火行为研究

采用退火后处理的方法，使SiO_x∶H(0＜x＜2)形成纳米硅与二氧化硅的镶嵌结构.利用红外透射谱、Raman谱和光致发光谱，系统地研究了不同退火温度对薄膜微结构及室温光致发光谱的影响.发现发光谱均由两个Gauss线组成，其中主峰随着退火温度的升高而红移，而位于835nm的伴峰不变.指出退火前在720—610nm的波长范围内强的主峰可能来源于膜中的非晶硅原子团，随退火温度的升高主峰的红移是由于非晶硅原子团的长大.而伴峰可能来自硅过剩或氧欠缺引入的某种发光缺陷.1170℃退火后在850n 关键词：     

新型全方位反射铝镓铟磷薄膜发光二极管

提出了一种新型全方位反射铝镓铟磷(AlGaInP)薄膜发光二极管(LED)的结构和制作工艺，在这个结构里应用了低折射率的介质和高反射率的金属联合作为反光镜.用金锡合金(80Au20Sn，重量比)作为焊料把带有反光镜的AlGaInP LED外延片倒装键合到GaAs基板上(RS-LED)，去掉外延片GaAs衬底，把被GaAS衬底吸收的光反射出去.通过与常规AlGaInP 吸收衬底LEDs(AS-LED)和带有DBR的AlGaInP 吸收衬底LEDs(AS-LED(DBR))电、光特性的比较，证明新型全方位反射AlGaInP薄膜LED结构能极大提高亮度和效率.正向电流20mA时，RS-LED的光输出功率和流明效率分别是AS-LED的3.2倍和2.2倍，是AS-LED(DBR)的2倍和1.5倍.RS-LED(20mA下峰值波长627nm)的轴向光强达到194.3mcd，是AS-LED(20mA下峰值波长624nm)轴向光强的2.8倍，是AS-LED(DBR)(20mA下峰值波长623nm)轴向光强的1.6倍. 关键词： 铝镓铟磷 薄膜发光管 全方位反射镜 发光强度     

不同微腔结构有机电致发光器件的电致发光光谱模拟

采用传输矩阵法对有机电致发光器件(OLED)、微腔有机电致发光器件(MOLED)和耦合微腔有机电致发光器件(CMC)的电致发光光谱(EL)进行了模拟计算。OLED、MOLED和CMC的结构分别为glass/ITO(134 nm)/NPB(74 nm)/Alq_3(62 nm)/Al、glass/DBR/ITO(134 nm)/NPB(74 nm)/Alq_3(62 nm)/Al和glass/DBR_1/filler/DBR_2/ITO(134 nm)/NPB(74 nm)/Alq_3(62 nm)/Al。通过模拟计算发现:OLED光谱呈宽带发射,主峰峰值位于561 nm,肩峰峰值位于495 nm;MOLED光谱呈单峰窄带发射,峰值位于534 nm;CMC光谱呈双峰窄带发射,峰值分别位于520 nm和556 nm。MOLED光谱的色纯度最高;OLED与MOLED的光谱积分面积基本相同;CMC的光谱积分面积是OLED或MOLED的1.1倍,发光效率最高。结果表明,采用双耦合微腔结构可有效提高OLED的发光效率,改善发光的色纯度。     

红色磷光微腔有机电致发光器件的发光性能

制备了结构为G/DBR/ITO/Mo O3(1 nm)/Tc Ta(55 nm)/CBP∶Ir(piq)2acac(44 nm,6%)/TPBI(55nm)/Li F(1 nm)/Al(80 nm)的红色磷光微腔有机电致发光器件(MOLED),同时制作了无腔对比器件OLED,研究微腔结构对磷光器件发光性能的影响。研究发现,OLED的电致发光(EL)峰值为626 nm,半高全宽(FWHM)为92 nm;MOLED的发光峰值为628 nm,FWHM为42 nm,窄化了1/2。MOLED的最大亮度、最大电流效率、最大外量子效率(EQE)分别为121 000 cd/m2、27.8 cd/A和28.4%,OLED的最大亮度、最大电流效率、最大EQE分别为54 500 cd/m2、13.1 cd/A和16.6%。结果表明,微腔器件的发光性能与无腔器件相比得到了较大幅度的提升。     

水平腔面发射DFB激光器光栅调控出光特性研究

以面发射分布反馈(SE-DFB)半导体激光器为研究对象，基于耦合模理论，通过耦合系数表征器件的出光特性，研究二阶光栅对器件出光特性的调控作用。使用时域有限差分法(FDTD)进行光栅的结构仿真和参数优化，在器件衬底部位引入分布布拉格反射镜(DBR)协同光栅调控出光特性，以980 nm波段半导体激光器为例，重点研究DFB光栅占空比、DFB光栅周期长度、DFB光栅刻蚀深度、DFB光栅倾角、DBR反射镜占空比、DBR反射镜材料折射率、DBR反射镜周期介质层数对光栅耦合系数的综合影响，得到优化的光栅参数，为后续器件设计与制备提供理论依据。     

基于共振腔发光二极管的DBR温度特性研究

分布式布拉格反射镜（DBR）是共振腔发光二极管（RCLED）的主要组成部分,其温度特性对RCLED的性能有着重要影响。基于650 nm红光RCLED,设计出由Al0.5Ga0.5As和Al0.95Ga0.05As组成的DBR结构。首先通过AlxGa1-xAs材料折射率的色散关系分析温度对AlxGa1-xAs材料折射率的影响,进而模拟了DBR反射谱的温度特性,得到随着温度升高DBR反射谱红移的结论,温漂速率为0.048982 nm/℃。通过MOCVD制备出30对Al0.5Ga0.5As和Al0.95Ga0.05As组成的DBR外延结构,并对其进行反射谱测试,发现随着温度升高反射谱出现了红移现象,温漂速率为0.049277 nm/℃,与模拟结果相近,验证了温度升高导致反射谱红移结论的正确性。     

6H-SiC衬底上AlGaN基垂直结构紫外LED的制备

利用金属有机物化学气相沉积方法,在n型6H-SiC衬底上制备了15对Si掺杂Al_(0.19)Ga_(0.81)N/Al_(0.37)Ga_(0.63)N DBR,并采用低温AlN缓冲层有效抑制了DBR结构中裂纹的产生,得到了表面均方根粗糙度仅为0.4 nm且导电性能良好的n型DBR,其在369 nm处峰值反射率为68%,阻带宽度为10 nm。在获得导电DBR的基础上,进一步在n型6H-SiC衬底上构建了有、无DBR的垂直结构紫外LED。对比两者电致发光光谱,发现DBR结构的引入有效增强了LED紫外发光强度。     

基于塔姆等离激元的近红外热电子光电探测器

提出了一种实现高性能宽带近红外热电子光电探测器的多层薄膜器件结构,该结构基于TiN/TiO2肖特基势垒和TiN/分布式布拉格反射器形成的塔姆等离激元.通过光学传输矩阵和热电子发射理论模拟计算结果表明,高折射率比介质层构成的分布式布拉格反射器有效扩展了TiN薄膜吸收光谱和器件响应光谱,同时增强了TiN薄膜的吸收率和器件响...     

入射角对Al0.5Ga0.5As-AlAs分布布拉格反射器反射光谱的影响

采用传输矩阵法对Al0.5Ga0.5As-AlAs材料的发光二极管分布布拉格反射器进行入射角的反射光谱研究,计算发现反射偏振光p和s随入射角的增大呈“V”形变化,在49.8°处有最小反射值。不同入射介质[以空气和限制层(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P材料]下的反射光谱受入射角的影响差异很大,其中入射角对空气入射介质的反射谱影响较小,由0°入射的反射率88.13%降至45°的84.94%,反射峰值波长蓝移仅10 nm;但入射角对(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P入射介质的反射谱影响很大,仅从0°到45°入射,反射率降幅就超过45%,反射峰值波长蓝移超过127 nm。为了减缓这种影响,提出了多波长布拉格反射器结构设计。计算表明多波长分布布拉格反射器在0ο~45°的入射角内比传统的分布布拉格反射器有更好的光谱特性,这对提高发光二极管的出光效率有现实意义。     

一维衍射光栅和一维光子晶体组成的硅薄膜太阳能电池背反射器

设计了一种由一维衍射光栅和一维光子晶体组成的用于薄膜硅太阳能电池的背反射器,采用勒让德多项式展开法对一维光子晶体和三角形光栅结构进行了参数优化,并对400~1 200 nm入射电磁波的反射率进行了模拟计算。结果表明:在高反射率的一维光子晶体作用下,利用衍射光栅可以得到大倾角的反射光,有效地延长光子在电池吸收体的传播路径,使其得到充分吸收。衍射光栅加光子晶体结构的背反射器可以大幅提高电池的捕光能力,提高太阳能电池的转化效率。