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基于自组装单层纳米粒子构筑抗反射结构

徐洪波  
【摘要】:降低材料表面的菲涅耳反射是提高入射光利用率的重要手段,对于提高太阳能电池的光电转化效率和光学传感器的灵敏度具有非常重要的意义。菲涅耳反射是指由于入射光在两种介质中的折射系数不同,导致折射系数在两种介质的界面处不连续,从而引起的入射光的反射。菲涅耳反射的存在严重影响光电器件和光学系统的性能。如由于菲涅耳反射的存在,使得被广泛用于太阳能电池工业的单晶硅表面35%以上的入射光被反射掉,严重影响其太阳能电池的光电转化效率。 为了降低界面反射,科研工作者们做出了很多有意义的工作。工业生产中最常用的一种方法是四分之一光波长法,但这种方法由于不同材料之间热膨胀系数不匹配及黏附力差等问题,降低了其稳定性。所以现在科研工作者都在致力于研究表面微结构抗反射材料。为了寻找快速、低价、大面积的构筑抗反射微结构的方法,本论文主要围绕以下三个方面展开讨论: (1)我们详细讨论了不同刻蚀条件对刻蚀结构形貌的影响(纳米柱、纳米锥和纳米盘结构)。首先在硅基底上组装单层PS纳米球阵列,之后通过调节刻蚀条件控制所构筑结构的形貌。通过调节自组装PS纳米球的粒径,实现对纳米锥结构周期的控制,并详细的研究抗反射结构的周期对抗反射性能的影响。 (2)在本论文中我们详细的研究透光基底和吸光基底对抗反射性能的影响。由于A+R+T=1(A吸收率、R反射率、T透过率),对于透光基底抗反射结构的作用是增加光学透过,而对于吸光基底抗反射结构的作用主要是增加光学吸收。 (3)研究含有荧光染料基底的抗反射结构及其能量释放的过程。在石英基底上旋涂含有染料分子的聚合物(PMMA),利用先前制备的抗反射结构为模板进行压印,获得含有染料分子的抗反射聚合物结构。研究该结构的吸收光谱与反射光谱的关系,进而给出荧光发射光谱与吸收光谱的对应关系。我们可以得到一个结论,抗反射结构可以增加荧光分子吸收、增加其荧光发射强度,而自身的荧光量子效率不变。 综上所述,本文利用自组装与反应离子束刻蚀技术(RIE)相结合的方式在不同的基底材料上制备不同周期的抗反射结构,研究其抗反射的性能与结构周期和基底材料的关系。进一步研究抗反射结构所捕获光能的释放形式,为我们课题组做光学传感器提供了理论基础。


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