仿生纳米硅结构减反射及陷光性能模拟研究EI北大核心CSCD

仿造蝉翼凸起状结构,建立了硅纳米锥模型,在此基础上研究其减反射及陷光性能与其底部直径、高度的关系,确定直径150nm、高度500nm为其最优结构参数,该参数的纳米锥结构在300~1200nm波段平均反射率为1%.将优化的纳米锥结构与平板结构以及相同参数的纳米柱结构进行了比较,从反射曲线、电场强度分布、能量吸收密度分布、电子生成速度分布多个角度证实了纳米锥结构优异的减反射及陷光性能,为硅基光伏器件减反射陷光微结构设计提供了参考.     

计算波状表面半透明流体层光谱反射特性的光线分裂跟踪法

提出一种计算具有波状表面的半透明流体层光谱反射特性的光线分裂跟踪法.对平行入射和漫入射光谱分别采用正向和反向跟踪计算,实现了对光线的分裂跟踪.该方法计算思路简捷、速度快、需用内存小,对此类问题的求解有良好的适应性.算例结果表明,表面的波状弯曲降低了流体层对漫入射光谱的反射能力;但对平行入射光谱,呈现出两种相反的影响.     

表面钝化对多晶硅绒面形貌的影响

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理,提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响,用扫描电镜观察对应的绒面结构,用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明:加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀,并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽,样品表面反射率比较低,其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比,陷阱坑密度明显增加,这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.     

花岗岩表面双向反射分布函数实验研究

本文介绍了双向反射分布函数(BRDF)的概念及测量方法。首先对典型建筑材料中的某种花岗岩表面进行了表面粗糙度的测量,并在现有条件内通过转动样片和探测器,实现了空间BRDF的测量,测量波段分别为0.6328 μm和1.34 μm,分析了表面粗糙度对BRDF的影响。     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

 光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性,即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件,弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响,建立了斜入射猫眼效应反射模型,分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性,以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统,猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内,在此范围之内,猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切;基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性,即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件,弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响,建立了斜入射猫眼效应反射模型,分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性,以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统,猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内,在此范围之内,猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切;基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

基于条纹反射的光学表面疵病检测法

提出一种基于条纹反射的光学表面疵病检测方法,检测系统由液晶显示屏、CCD相机和计算机组成.检测时在显示屏上分别显示水平和垂直两个方向正交的正弦性条纹,用CCD相机记录经被测表面反射的正弦条纹像,通过相移技术得到两个方向正交的相位分布和对比度分布,通过对比度分布确定被测表面的疵病位置.被测面表面面形相关信息包含在相位分布中,其表面疵病细节信息包含在局部微观相位分布之中.对相位分布进行多项式拟合后相减得到疵病引起的微观相位分布,计算得到表面疵病的梯度分布,积分得其高度分布.实验验证了该方法的可行性.     

底部反射增强的GaAs纳米线径向p-i-n结阵列太阳能电池

提出了一种基于底部反射增强的GaAs纳米线径向p-i-n结阵列的太阳能电池,利用有限差分时域法和有限元方法对其光谱吸收和光伏性能进行了研究.结果 表明,将聚合物和衬底之问的SiO2替换为低折射率的MgF2介质层,不仅显著降低了衬底的吸收损耗,还显著提高了纳米线阵列在整个波长范围内对光的吸收率.此外,通过优化i区厚度和纳米线长度,可将太阳能电池的光电转换效率提升至13.9％.该研究为实现低成本、高性能的纳米太阳能电池提供了一条可行途径.     

表面反射对菲涅耳透镜的影响

使用薄膜沉积法制作16阶菲涅耳透镜,用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化,小型化,并增加系统设计的自由度,在标量衍射理论的基础上,应用菲涅耳公式和傅里叶变换分析SiO2薄膜和基底的表面反射对菲涅耳透镜－1级衍射效率的影响,结果表明表面反射对菲涅耳透镜的成像质量影响较大,可以通过蒸镀增透膜来减小这种影响。     

在介质内表面处柱面波的反射和减反射

应用转移矩阵法研究柱面介质内表面处柱面波的反射,发现在小半径内表面上的反射为全反射,当半径较大时,它只是部分反射.这种特性对于设计光源和小半径接收器有用.同时研究了柱面波的柱面多层减反射涂层,发现这些涂层不能应用通常的四分之一膜层设计,在此基础上叙述了新的设计原理.     

多晶硅表面陷阱坑形貌对表面光反射率的影响

利用光学傅里叶变换研究多晶硅绒面微结构形貌与反射率之间的关系。理论分析表明:多晶硅绒面反射率与表面微结构形貌、单位面积上陷阱坑数量有关。如绒面由V字型槽或坑构成,则绒面反射率比较高;如多晶硅表面上密集布满U字形坑或槽、内表面绒面化,这种结构构成的绒面反射率低。实验上用不同比例的酸液刻蚀多晶体表面,用扫描电镜(SEM)观察多晶硅表面SEM图,测量了其表面反射率,分析表面结构形貌与反射率的关系。实验结果与理论分析相吻合。     

太阳能电池陷光结构辐射特性研究

本文分析了不同微结构、电池厚度对太阳能电池光损失的影响,提出了一种新的电池陷光结构。运用时域有限差分法(FDTD)仿真了该类太阳能电池陷光结构中光传输过程,获得了不同波源入射下陷光结构电池的储能特性和光捕获特性,优化设计了最佳陷光结构并分析了其光捕获性能。     

多晶硅不同晶面陷阱坑形貌与陷光效应的关系

提出了多晶硅表面陷阱坑内表面高次绒面的陷光模型。利用测不准原理,分析了光子散射方向与绒面上凸点大小的关系,利用光学傅里叶变换推导了光子逃逸陷阱坑概率与绒面陷阱坑形貌的关系。理论分析结果表明内表面布满凹凸点的U字形陷阱坑反射率比V字形的低;而内表面光滑的U字形陷阱坑的反射率比V字形的高。利用扫描电子显微镜拍摄了碱液刻蚀的多晶硅样品表面图像,分析了碱液刻蚀的不同晶面陷阱坑的形貌。[100]晶面呈峡谷状的陷阱坑,[111]晶面呈扭曲的U字形凹坑,[110]晶面则显示混合结构。实验测量了样品不同晶面的反射率曲线,证实了U字形陷阱坑的绒面具有相对低的反射率,与理论分析结果基本吻合。     

光学薄膜特性的锥角效应数值分析

建立非平行光入射多层膜的模型,给出了在圆形光束锥角入射时的薄膜特性表达式,对三类典型光学薄膜即多腔滤光片、非偏振分光薄膜和非偏振截止滤光薄膜的特性进行了数值实验。研究结果表明:随着光束入射锥角的增加,多腔滤光片的影响是中心波长向短波方向移动,透射率下降和通带形状退化;非偏振分光薄膜的s和p偏振透射率增加,宽带波纹度增加;非偏振截止滤光薄膜的通带透射率出现周期振荡,s偏振的通带波纹度大于p偏振,通带波纹度总体具有增加的趋势,过渡区的陡度具有变大的趋势。     

多曲面槽式太阳能集热器的光线追踪分析

介绍了一种新型多曲面槽式太阳能聚光集热系统的工作原理,在计算机上进行三维建模,利用光学分析软件对该聚光集热系统安装平面型接收器和圆柱型接收器进行光线追迹分析,考察了接收器上的接收光束随入射光束角度的变化情况。通过追迹模拟,直观地再现了聚焦光线的分布、焦线宽度、偏心量和光线传输效率随入射偏角的变化。并对两种接收器类型产生...     

光管理在晶体硅电池中的应用

光管理是提高晶体硅太阳能电池光吸收和短路电流（Jsc）进而提高转换效率的重要因素之一。本文回顾了最常见的光管理方式,包括表面抗反射、散射以及陷光等。为了降低晶体硅电池的表面反射损失,开发了多种表面抗反射结构。例如,仿生蛾眼结构利用渐变折射率实现了宽光谱低反射率,其表面反射率可达1％以下。随着晶体硅电池衬底减薄,光管理要求更加严格,除了在更宽波长范围内达到超低反射率外,还需要在更高的入射角范围内实现低反射率。此外,利用前表面散射以及背表面陷光结构提高红外光的吸收光程对于晶体硅电池特别是薄衬底晶体硅电池的有效光吸收具有重要意义。     

非弹性散射对水体遥感反射率影响的数值模拟

基于矩阵算法建立了一个可用于模拟水体非弹性散射过程的水体辐射传输数值模型.该模型采用单个均匀介质层中辐射能量随深度增大而呈指数衰减的假设,将非弹性散射作为源矩阵算子引入到矩阵算法当中进行解算.通过Mobley水体辐射传输标准问题7的验证以及与Hydrolight 5.0结果的比较,说明该模型对多次散射和非弹性散射的处理...     

结构光焊缝检测传感器设计理论的研究

对电弧光的干扰进行了深入的研究，建立了电弧干扰的光照模型，依据透视变换理论，给出了光源倾斜照射和摄像机斜接收情况下，被检测物体与摄像机这间的一般坐标变换数学模型，这两个模型对结构光传感器的设计具有非常重要的指导意义，基于这两个模型设计的结构光传感已在自动焊接实验中获得了成功的应用。     

马普-赫斯棱镜透射比随入射角变化的波动研究

为了研究马普-赫斯棱镜透射比的入射角效应,从实验上测出了其透射比随光的入射角波动的现象。将与棱镜有关的各个参量转化到三点共轴系统的数学模型中,采用了多光束干涉理论以及菲涅耳公式详细推导了由于空气隙的反射而产生的一级光束和其它级次光束的干涉作用对透射比的影响,得到了较为精确的光强透射比公式;对实验中光强透射比随平面入射角的连续变化而呈现出的一定的波动现象做了很好的理论解释;同时从理论上给出当平面入射角为定值时透射比随方位角变化的波动曲线,说明了光强透射比随方位角变化也是波动的,且波动频率和波动幅度均随平面入射角绝对值的增大而增大。     

发光窗口对MOS结构硅LED电光性能的影响

通过0.18μm标准CMOS工艺设计并制备了一种MOS结构的硅基发光器件。该光源器件在一个n阱中设计了两个相同的PMOS,分别利用p⁺源/漏区与n阱形成的p⁺n结进行反偏雪崩击穿而发射可见光。测试结果显示,该光源器件在正偏状态下的开启电压为0.8 V,在6 V的反偏电压下发生雪崩击穿,能够发出黄色的可见光,发光频谱范围为420～780 nm。本文对比了0.5μm和2μm两个不同发光窗口宽度的测试结果,发现该光源器件在更小发光窗口具有更高的发光强度和更好的发光均匀度,该特征与发光器件的反向电流密度分布和光在金属电极间的反射有关。研究成果在片上硅基光电集成回路中具有一定的应用价值。