基于FDTD的微纳结构表面的抗反射特性研究

摘要

微纳结构表面能够实现良好的抗反射功能。将微纳结构表面应用于太阳能电池，能提高其光吸收率，从而提高其光电转换效率。本论文利用时域有限差分法（FDTD）研究了五种常见的亚波长结构的抗反射特性，并用等效介质理论加以分析。同时对单晶硅太阳能电池金字塔结构表面的抗反射特性进行了实验研究。本文的主要工作有：
　　 1．利用FDTD模拟了五种常见的亚波长结构（方柱型、圆柱型、金字塔型、圆锥型和半球型二维光栅结构）的反射特性；在波长为300～1200nm的范围内，得到了反射率随结构参数（周期、高度和占空比）以及入射角的变化规律。并以等效介质理论和薄膜理论进一步分析了方柱型和金字塔型二维光栅结构的反射特性，与FDTD的分析结果具有一致性。
　　 2．对单晶硅太阳能电池金字塔结构表面的反射特性进行分析。模拟了单晶硅金字塔结构表面的反射特性，得到了结构参数面密度和金字塔大小对反射率的影响规律。利用湿法刻蚀获得了单晶硅和多晶硅绒面，并测量了其反射特性。FDTD模拟与实验结果具有很好的一致性。
　　 通过以上工作，得到FDTD能有效的模拟微纳结构表面的反射特性，从而能够优化设计微纳结构的抗反射表面，并为太阳能电池抗反射表面的设计和制作提供坚实的基础。

目录

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摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 微纳结构表面反射特性的分析方法

1.3 微纳加工技术

1.4 本论文的结构安排

第2章 微纳结构表面的反射特性分析

2.1 微纳结构反射特性的等效介质理论分析

2.1.1 等效介质理论概述

2.1.2 抗反射薄膜光学理论基本原理

2.2 时域有限差分法的基本原理

2.2.1 麦克斯韦方程及其FDTD形式

2.2.2 FDTD数值稳定性条件

2.3 亚波长结构反射特性的模拟研究

2.3.1 等截面微纳米结构的模拟计算

2.3.2 梯度截面微纳米结构的模拟计算

第3章 单晶硅金字塔结构表面的反射特性分析

3.1 单晶硅金字塔结构表面的制作

3.1.1 硅基微纳结构表面的湿法刻蚀制作原理

3.1.2 单晶硅金字塔结构表面的制作原理

3.1.3 单晶硅金字塔结构表面的制备

3.2 单晶硅金字塔结构表面的反射特性分析

3.2.1 单晶硅金字塔结构表面的建模分析

3.2.2 单晶硅金字塔结构表面的反射特性计算

3.2.3 单晶硅金字塔结构表面的反射特性实验测量

第4章 总结和展望

4.1 本文内容总结

4.2 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果