色散效应对钝化硅太阳电池减反射膜系设计的影响

在考虑折射率色散效应基础上,以加权平均反射率作为评价函数,通过智能优化算法对空间硅太阳电池减反射膜进行优化设计,得到了最佳的膜厚参数,并与不考虑色散下设计的减反射膜进行了比较。对MgF2/TiO2,SiO2/TiO2双层减反射膜,与不考虑色散情形相比,考虑色散下优化后的最小加权平均反射率分别减小了36.6%和37.6%;对具有厚度为15 nm的SiO2钝化层的硅太阳电池的MgF2/TiO2,SiO2/TiO2减反射膜重新优化设计,与不考虑色散情形相比,考虑色散下优化后的最小加权平均反射率分别减小了43.9%和33.7%;对具有不同厚度钝化层的空间硅太阳电池,在考虑色散下进行了减反射膜的优化设计。结果发现,随着钝化层厚度的增加,所得减反射膜的最小加权平均反射率也随之增大,减反射效果越来越弱。最后,在考虑与未考虑色散情形下,将钝化层膜厚也作为反演参量后重新设计。结果表明:在色散情形下所设计的减反射膜更佳,对于MgF2/TiO2/SiO2（钝化层）膜系,最佳膜厚参量为d1（MgF2）=97.6 nm,d2（TiO2）=40.2 nm,d3（SiO2）=4.9 nm;对于SiO2/TiO2/SiO2（钝化层）,最佳膜厚参量为d1（SiO2）=85.1 nm,d2（TiO2）=43.4 nm,d3（SiO2）=1.8 nm。     

色散效应对GaAs太阳电池双层减反射膜的影响

考虑双层减反射膜材料的折射率色散效应,采用光学干涉矩阵法计算了SiO2/ZnSe和SiO2/ZnS两种GaAs太阳电池双层减反射膜的反射率与波长的函数曲线,以及加权平均反射率随着顶层减反射膜SiO2厚度变化的函数曲线,并与未考虑色散效应的情况进行了对比.计算结果表明,色散效应对双层减反射膜的反射率有较大的影响,特别是对300～500nm波长范围的影响更大,且对不同材料的减反射膜的影响也是不同的.与未考虑色散效应的情况相比,考虑色散效应后,SiO2/ZnSe双层减反射膜的最小加权平均反射率从1.14%增加到1.55%,而SiO2/ZnS双层减反射膜的最小加权平均反射率却从1.49%减小到1.46%.     

色散效应对GaAs太阳电池双层减反射膜的影响

考虑双层减反射膜材料的折射率色散效应,采用光学干涉矩阵法计算了SiO2/ZnSe和SiO2/ZnS两种GaAs太阳电池双层减反射膜的反射率与波长的函数曲线,以及加权平均反射率随着顶层减反射膜SiO2厚度变化的函数曲线,并与未考虑色散效应的情况进行了对比.计算结果表明,色散效应对双层减反射膜的反射率有较大的影响,特别是对300～500nm波长范围的影响更大,且对不同材料的减反射膜的影响也是不同的.与未考虑色散效应的情况相比,考虑色散效应后,SiO2/ZnSe双层减反射膜的最小加权平均反射率从1.14%增加到1.55%,而SiO2/ZnS双层减反射膜的最小加权平均反射率却从1.49%减小到1.46%.     

空间高效硅太阳电池减反射膜设计与数值分析

结合AM0太阳光谱特性对空间硅太阳电池的减反射膜进行了设计分析,得到了最小反射时的最佳膜厚.分别讨论了单、双、三层减反射膜厚度变化对反射率的影响,并对有钝化层的SiO2(94nm)/TiO2(60nm)双层减反射膜进行了优化设计,优化后硅太阳电池的短路电流和效率分别提高了2.1%和1.4%.     

空间高效硅太阳电池减反射膜设计与数值分析

结合AM0太阳光谱特性对空间硅太阳电池的减反射膜进行了设计分析,得到了最小反射时的最佳膜厚.分别讨论了单、双、三层减反射膜厚度变化对反射率的影响,并对有钝化层的Si O2 (94 nm) / Ti O2 (6 0 nm)双层减反射膜进行了优化设计,优化后硅太阳电池的短路电流和效率分别提高了2 .1%和1.4 % .     

Wollaston棱镜宽带减反射膜的研制及测试

针对Wollaston棱镜中o、e光对应的基底折射率相差较大以及制作该晶体的冰洲石和许多薄膜材料间附着力较差的特点,为了提高镀膜材料和冰洲石基底的附着力以及提高棱镜的透过比,拓宽有效使用带宽,借助于计算机辅助设计方法,设计了高性能多层减反射膜系。选用合适的光学薄膜材料,利用电子束蒸镀,借助于离子源辅助蒸镀,制作了高性能的宽带减反射膜。测试结果表明：o光的平均剩余反射率小于1．0％,e光的平均剩余反射率小于0．5％,有效使用带宽在近红外大于200nm;薄膜和基底结合牢固,达到了设计要求,提升了棱镜的品质。     

LBO晶体上1064 nm,532 nm二倍频增透膜的设计及误差分析

采用矢量合成法设计了LiB3O5(LBO)晶体上1064 nm,532 nm二倍频增透膜,在1064 nm处的反射率为0.0014%,532 nm处的反射率为0.0004%。根据误差分析,薄膜制备时沉积速率精度控制在 6.5%时,1064 nm处的反射率增加至0.22%,532 nm处增加至0.87%。材料折射率的变化控制在 3%时,1064 nm处的反射率达0.24%,532 nm处达0.22%。沉积速率和折射率控制的负变化不增大特定波长处的剩余反射率。与膜层折射率相比,薄膜物理厚度对剩余反射率的影响小。低折射率膜层的厚度变化对特定波长处的剩余反射率影响最明显,即为该膜系的敏感层。为改善膜基之间的附着力,选择Y2O3或SiO2作为过渡层,从过渡层的厚度匹配和膜层的折射率匹配两方面进行了相应的膜系匹配设计。     

纳米光栅的表面等离激元增强型GaN-LED

为提高传统GaN基LED的发光效率,提出了一种基于纳米光栅结构的透射式表面等离激元增强型GaN-LED。该增强型LED包含覆盖在p型GaN光栅槽内的低折射率SiO2膜、Ag膜以及槽表面的ITO薄膜。详细阐述了该结构增强LED发光特性的基本原理,利用基于有限元法的模拟软件COMSOLTM-RF Module对该结构进行参数优化和数值模拟分析。研究结果表明,在周期p=280 nm,占空比f=0.5,SiO2层的厚度dSiO2=25 nm,银层的厚度dAg=15 nm,ITO层的厚度dITO=30 nm时,该结构在可见光范围内具有较高的传输效率,其零阶透射率高达0.716,零阶反射率为0.224,-1阶透射率峰值0.183,且Purcell因子增强了近16.4倍。该结构可以同时提高GaN基LED的内量子效率、光萃取效率和SPP萃取效率。     

电极耦合层对GaN基蓝光LED出光特性的影响

光提取效率的提高对GaN基蓝光LED的广泛应用有重要的影响.计算了以Ni/Au基金属化方法形成的p型GaN电极的折射率,通过分析电极层中的能流传输情况在电极上设计高折射率的耦合层来减少电极层对光的吸收以及提高光的透射,耦合层通过采用圆台结构来减少光在空气/耦合层界面上的全反射以提高GaN基蓝光LED的光提取效率.应用传输矩阵法计算的结果表明,光学厚度为π/2,折射率为2.02的ITO耦合层能使450 nm的蓝光在膜系上的透射率提高到75%.     

磁控溅射法制备的PZT非晶薄膜光学性质研究

采用磁控溅射方法在石英玻璃上制备了PbZrxTi1-xO3(PZT)(x=0．52)非晶薄膜,并测量了200～1100nm的紫外．可见．近红外透射光谱．基于薄膜的结构和多层结构的透射关系,发展了仅有6个拟合参数的光学常数计算模型．利用该模型,可以同时获得薄膜在宽波段范围内的光学常数和厚度,得到折射率的最大值为2．68,消光系数的最大值为0．562,拟合薄膜厚度为318．1nm．根据Tauc′s法则,得到PZT非晶薄膜的直接禁带宽度为3．75eV．最后,利用单电子振荡模型成功地解释了薄膜的折射率色散关系．     

PECVD沉积双层SiNx对太阳电池性能的影响

提出了一种简单有效的制备双层SiNx薄膜的方法,其薄膜具有良好的减反射钝化特性。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法,通过控制SiH4和NH3气体流量比,在p型多晶硅衬底上生长单层及双层SiNx膜。随后使用薄膜测试分析仪测量了薄膜的厚度、折射率及反射率,并用Semilab WT-2000测量少数载流子寿命,通过测量量子效率,对单、双层膜电池进行了比较。实验结果表明:相比单层减反射钝化膜,采用双层SiNx膜,少数载流子寿命可以得到更好的改善,开路电压可提高约2 mV,短路电流可提高约40 mA,电池效率能提高0.15%。     

基于反射光谱的单层抗反射膜的非在位膜厚精确控制

提出一种基于反射光谱分析的非在位膜厚控制技术,首先利用椭圆偏振光谱仪确定波长300～1 700 nm范围内的薄膜折射率,由此确定对应于特定波长(如1 550 nm)的最佳抗反射(AR)镀膜沉积条件。然后计算最佳AR镀膜厚度所对应的反射谱,得到相应的CIE标准色谱坐标。通过对比实测镀膜颜色和计算得到的最佳颜色,可以实现小尺寸器件端面上AR镀膜厚度的优化控制。利用这一方法,由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备的SiNx单层AR镀膜,获得了4.4×10-4的反射率。     

Real-time in situ monitoring of antireflection coatings forsemiconductor laser amplifiers by ellipsometry

Very strict requirements need to be met for producing a high-quality single-layer antireflection coating on a traveling-wave laser amplifier facet. In order to obtain a facet reflectivity of 10^-4 or less, the index of refraction and the layer thickness of single-layer coatings have to be controlled to better than 0.03 and 30 Å, respectively. An innovative approach to highly controlled antireflection layer deposition based on in situ real-time ellipsometry is presented. Index control within ±0.01 and a facet reflectivity on the order of 10^-4 are reproducibly obtained     

增透膜的遗传算法设计

用遗传算法设计了多层光学膜.设计时只要事先确定最大层数,算法就可自动优化选择合适的层数,同样每层的镀膜材料及厚度也由算法自动优化选择.设计中采用了不同以往的评价函数.在LBO(LiB3O5)晶体上用两种评价函数设计了1064 nm,532 nm二倍频增透膜.前一种评价函数设计的增透膜在1064 nm和532 nm处的透射率分别达到99.98%和99.99%,后一种评价函数设计的增透膜在两处的透射率均达到100.00%.在K9玻璃上设计了可见光宽带增透膜,450~650 nm范围的宽带增透膜的透射率均超过99.91%,390~780 nm范围的宽带增透膜的透射率均超过99.30%.采用的评价函数对膜系结构的变化敏感时,用遗传算法设计才有效.     

用于高功率激光放大器的单层宽谱增透膜

为了获得用于高功率激光放大器的单层宽带增透膜,采用有机聚合物聚乙烯吡咯烷酮掺杂调控二氧化硅胶体生长制备了粒度分布更宽广的稳定胶体体系,通过提拉镀膜工艺,制备了单层增透膜。采用粒度仪和粘度仪监测胶体的性质,用分光光度计测量了膜层透过率,并用X射线能谱分析了膜层结构。结果表明,聚乙烯吡咯烷酮引入胶体中使得胶体粒度分布更宽,所得膜层具有折射率渐变特性,因而膜层具有宽带增透的效果;膜层在550nm~950nm连续波段内透射率不低于99%。单层宽谱增透膜层不需后处理就可投入使用,膜层性能稳定,满足了激光装置片状放大器的运行要求。     

PET复合衬底上梯度介质薄膜厚度的椭偏表征

为了监控3维玻璃上聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)复合衬底介质膜膜厚, 采用将PET复合衬底等效为单层基底材料的建模分析方法, 通过椭偏测量技术实现了复杂衬底上TiO₂梯度折射率材料薄膜厚度的检测。结果表明, 采用该方法测量的PET复合衬底上TiO₂梯度折射率薄膜厚度为212.48nm, 扫描电子显微镜的测量结果为211nm, 结果非常准确。以TiO₂为例验证了等效衬底方法, 该方法也同样适用于其它介质膜。等效衬底法可实现PET复合衬底上的TiO₂薄膜厚度的高精度测量表征, 对镀膜工艺过程监控具有重要意义。     

可见近红外波段碲镉汞材料光学常数测定与宽谱增透设计

将碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)红外焦平面器件衬底去除后,其响应波段可拓展到可见光波段,在高光谱成像应用中可显著减小系统的尺寸和重量,对光电探测系统的小型化和微型化具有重要实用价值.而明确碲镉汞材料在可见近红外波段的光学常数,对碲镉汞器件在这一响应波段的性能研究具有重要意义.分别测量了不同组分碲镉汞材料的椭圆偏振光谱,拟合得到了其在400~1 600 nm波段范围内的光学常数值,并利用反射光谱对获得的光学常数进行了验证.采用这些碲镉汞外延材料光学常数测量值,并选用Zn S和YF3分别作为高低折射率的增透膜材料,针对不同响应波段的背入射可见近红外碲镉汞焦平面器件,设计了不同的宽谱增透膜系,响应波段范围内的平均透过率高于90%.