硅薄膜太阳电池抗反射微纳结构研究

在硅薄膜太阳电池中,灵活的光学设计可以实现表层的零反射损耗,增大吸收层中光的透射率,从而提高薄膜太阳电池的光收集能力。在薄膜太阳电池吸收层表面设计了矩形介质光栅。利用严格耦合波理论和模态传输理论研究了光栅结构参数对反射率的影响。考虑到AM1.5 G太阳能光谱和a-Si的吸收光谱,光栅参数进一步优化。由于微加工的误差,使得矩形光栅变成梯形光栅,必然会影响硅薄膜太阳电池表面反射率。研究结果表明,长周期光栅同样可以实现低反射率,在工艺上也容易实现。采用梯形光栅可进一步降低表面反射率,并且在太阳光入射角为-40°~+40°的范围内保持在6%以下。     

宽离子束刻蚀微透镜阵列研究

本文对宽束离子束刻蚀技术进行了研究，并运用宽离子束对微透镜阵列进行了刻蚀，表明宽离子束可进行微米、亚微米刻蚀。     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作.扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到3861.70μm,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过200μm的相同尺寸的微透镜阵列.微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性.     

圆锥形仿生蛾眼抗反射微纳结构的研制

采用时域有限差分（FDTD）法对中红外波段（3~5 m）硅基底的圆锥形仿生蛾眼微纳结构进行了仿真模拟。通过对微纳结构占空比、周期和刻蚀深度等参数的分析,获得了具有良好抗反射特性的微纳结构的组合参数。为了更好地指导实际加工,对不同参数进行了公差分析。制作中应用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在硅基底上制备得到该圆锥形仿生蛾眼微结构,并且使用热场发射扫描电子显微镜得到了该微结构的表面形貌图。采用红外成像光谱仪对单面微结构的测试结果表明,仿生蛾眼微结构的反射率在中红外波段约为5%。     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作。扫描电子显微镜 ( SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列 ,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到 3 861.70 μm,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过 2 0 0μm的相同尺寸的微透镜阵列。微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合 ,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性     

128×128凹型GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种制作 12 8× 12 8球冠型GaAs凹折射微透镜阵列新的方法———曲率倒易法。扫描电子显微镜(SEM )显示微透镜阵列为表面轮廓清晰的凹球冠面阵列 ,表面探针测试结果显示阵列表面光滑、单元重复性好 ,其凹深为 1 2 6 8μm ,焦距为 - 35 2 0 4μm。     

线列混合型石英微透镜/红外探测器阵列的研究

阐述了利用离子束刻蚀技术制作线列长方状拱面石英微透镜阵列的工艺方法，对所制微光学元件的光学性能进行了测试和讨论，所制成的石英微透镜阵列器件在线列ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ高Ｔｃ超导薄膜红外探测器上得到了应用。实验结果表明，混合型的石英微透镜／红外探测器结构显著改善了线列ＹＢＣＯ高温超导薄膜红外探测器的光响应特性。     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作。扫描电子显微镜（SEM）显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到3861．70um,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过200um的相同尺寸的微透镜阵列。微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性。     

凹型Si微透镜阵列的制作

提出了一种新的曲率倒易法首次成功地在Si衬底上制作出64×256凹柱面折射微透镜阵列,扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面轮廓清晰的凹柱面阵列,表面探针测试结果显示凹微透镜阵列表面光滑、单元重复性好,其平均凹深为2.643μm,凹深非均匀性为8.45%,平均焦距为-47.08μm.     

大F数硅微透镜阵列的制作及光学性能测试研究

提出了一种补偿刻蚀法 :在经过常规光刻热熔成形和离子束刻蚀技术制成的硅微透镜阵列上再涂敷几层光刻胶 ,以降低各单元微透镜的曲率 ,然后再次进行加热固化和离子束刻蚀。扫描电子显微镜 ( SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的球冠形阵列 ,表面探针测试结果显示用补偿刻蚀法制作的微透镜的 F数和 F′数分别可达到 31.62和 35.88,而常规光刻热熔法很难制作出 F数和 F′数分别超过 1.0 0和 4 .0 0的微透镜阵列。光学填充因子也由常规方法的 64.3%提高至78.5% ,并且微透镜的点扩散函数也更接近理想值     

红外焦平面用面阵微透镜的氩离子束刻蚀制作

讨论了制作大面阵矩底拱面状微透镜阵列的工艺条件，给出了氩离子束刻蚀制作红外焦平面用面阵微透镜的离子束刻蚀速率的经验关系式，通过实验获得了光电材料几种常用的氩离子束刻蚀速率与氩离子束能量之间的关系曲线，用扫描电子显微镜测量了所制微透镜阵列的微结构形貌特征。     

三维紧凑型半球凹坑阵列玻璃基在非晶硅薄膜电池中的应用

研究了一种紧密型半球凹坑阵列光子晶体玻璃基,并将其运用在非晶硅薄膜太阳电池结构.用FDTD方法对玻璃基进行了透射衍射场分布计算,用RCWA方法对基于此基底的非晶硅薄膜结构进行仿真优化,得到了0.6μm周期、最小基底厚度0.6μm的优化结构,与平板结构相比较0.3～0.8μm波段平均反射率降低了51.5％,平均吸收率增加了18.6％.薄膜电池结构随入射角度的增大,反射率峰值发生蓝移且明显降低,在50°～65°入射角范围内全波段具有约6％的平均反射率.     

石英玻璃刻蚀浅锥孔阵列的工艺研究

介绍了石英玻璃刻蚀浅锥孔的制备方法。通过紫外接触式光刻系统在石英玻璃上形成光刻胶浅锥孔阵列图案,用电感耦合反应离子刻蚀机(ICP-RIE)进行刻蚀。研究了光刻参数和蚀刻参数(气体流量、气体成分、腔压、ICP功率和偏置功率)对石英玻璃的刻蚀性能、表面轮廓、蚀刻速率和侧壁倾角的影响。结果表明:刻蚀气体种类对石英浅锥孔阵列刻蚀效果有显著影响,CF₄和Ar的组合气体所刻蚀的石英锥孔阵列的效果最佳,随着CF₄气体流量比的增加,石英刻蚀倾角先降低后又小幅增加,当刻蚀气体(CF₄∶Ar)流量比在5∶3时,石英刻蚀速率为0.154μm/min,光刻胶刻蚀速率为0.12μm/min,得到的石英浅锥孔倾角最倾斜。在其他刻蚀参数一定的情况下,ICP功率由600W升高至800W,石英刻蚀速率大幅降低,聚合物的沉积成为刻蚀工艺的主导;刻蚀石英的粗糙度R_q随着ICP功率的降低明显增加;RF功率升高时刻蚀石英的速率增加,R_q值增加后又降低,当RF功率升高至200W时,光刻胶发生碳化现象。可为石英玻璃微器件的制备提供工艺参考。     

金属纳米孔阵列透射增强的数值研究

纳米孔阵列的透射增强现象在许多领域都具有重要的应用和前景。采用时域有限差分(FDTD)方法对金属薄膜纳米孔阵列的透射增强特性进行了模拟研究。针对圆孔半径、薄膜厚度、阵列周期以及不同材料等因素进行了分析,讨论了不同参数条件下透射增强谱线的变化规律。研究表明大的圆孔半径和薄的薄膜厚度有利于提高透射性能,另外孔阵列周期较大时不利于增强透射。探讨了不同小孔形状对透射增强的影响,并采用矩形孔阵列进行了对比。最后通过改变薄膜材料计算了相应的透射性能。     

微纳BNT铁电薄膜阵列制备及性能研究

采用溶胶-凝胶和旋涂抽滤方法,在硅微通道(Si-MCP)衬底的内壁上涂敷前驱物,然后分别在600℃,650℃,700℃和750℃条件下制备Bi3.15Nd0.85Ti3O12/Si-MCP微纳薄膜阵列,并对其结构及铁电特性进行表征.研究结果显示,退火温度越高,Si-MCP内被局域化的微纳薄膜结晶颗粒尺寸越大,同时BNT/Si-MCP微纳薄膜阵列越趋向沿c轴取向,尤其在750℃下制备的薄膜具有表面形貌均匀和c轴取向程度高等优点,且剩余极化强度可达93.8μC/cm2.     

亚波长浮雕结构的红外抗反射研究

基于等效媒质理论,对周期性浮雕结构的抗反射特性进行了分析和研究。给出了二维对称的抗反射浮雕结构等效光学参数的估算方法。提出了基于最小特征尺寸考虑的脊基和隙空的设计概念。利用离子束刻蚀工艺技术,在Si片上制备了一种两维红外抗反射浮雕图案。测试结果表明,这种表面结构像单层抗反射膜一样,具有很好的增透效果,表面结构的等效折射率相当于镀层材料折射率,而刻蚀深度则相当于镀层的1／4波长厚度。     

微透镜阵列薄膜定向增强OLED耦合效率的研究

利用微透镜阵列(MLA)薄膜定向增强有机发光器件(OLED)耦合效率,采用光线追迹方法模拟了不同长短轴比的椭圆形MLA对OLED光的定向增强作用。采用数字微反射镜器件(DMD)并行光刻和热回流相结合的方法制作了MLA模版,经过电铸、压印得到MLA薄膜。理论模拟和实验结果表明,利用MLA可以定向提高OLED的出光效率,圆形MLA可提高垂直OLED基底表面方向的亮度42%;椭圆形MLA可实现OLED在长短轴方向上30°的半强度角度差,总的提取效率可提高30%以上。     

聚酰亚胺衬底柔性非晶硅薄膜电池集成串联组件的研究

研究了柔性Si基薄膜太阳电池集成串联组件的制备与关键技术。对导电栅线在柔性薄膜太阳电池集成串联组件中的重要性进行了模拟计算,对柔性薄膜太阳电池激光刻蚀进行了理论分析与实验优化,并对柔性Si基薄膜太阳电池集成串联组件进行了设计与研制。在聚酰亚胺(PI)衬底上,通过卷对卷磁控溅射与卷对卷等离子增强化学气相沉积(PECVD)依次沉积复合背反射层Ag/ZnO、Si基薄膜层和透明导电膜层,采用激光刻蚀与丝网印刷工艺相结合实现集成串联,制备了柔性非晶Si(a-Si)薄膜太阳电池集成串联组件。柔性单结集成串联组件有效面积转换效率达到了4.572%(AM0),开路电压Voc=5.065V,填充因子FF=0.552。     

压电薄膜自适应变形微反射镜阵列研究

介绍了自适应光学系统中的一种全新的基于Pb（ZrxTi1-xO3）（PZT）薄膜的微反射镜阵列。通过控制PZT薄膜两端电压实现微镜单元的微量形变,改变反射镜局部面形,校正畸变波面的波差,改善成像质量。该方案在重掺杂Si片基底上依次制备PbTiO3（PT）、PZT,最后镀Al作为反射面,形成Si／Pr／PZT／Al的膜层结构。对制备完全的试片在数字波面干涉仪上进行了形变测试,尽管受到了薄膜热形变作用的影响,仍实现了约1．2μm的可控形变,证明该方案用做自适应变形反射镜的可行性。