一种增强宽谱光吸收的二维光子晶体复合结构的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由吸收层和反射层构成的复合结构，特别是一种含二维光子晶体 结构和随机金属棱锥槽反射结构，以提高宽谱光吸收效率的复合结构。
【背景技术】
[0002] 高效的宽带光吸收器在太阳能电池、光电检测等领域的应用引起了很大的关注。 1982年，Yablonovitch提出了在均勾半导体薄膜内的光吸收极限。然而，Yablonovitch 极限仅适用于几何光学，对于亚波长结构，通过合理地设计结构，其吸收效率会远远超过 Yablonovitch 极限。
[0003] 目前，科学家们已经提出了很多含贵金属材料的光耦合结构来实现宽谱光吸 收的增强，这些耦合结构分周期性和非周期性结构。2009年，Hu等人在结构上层引入 周期性排列的方形金属块结构，提高了近红外波段内（Iym~5.5ym)多个窄带高吸 收（文南犬 1，Boyang Zhang, Joshua Hendrickson and Junpeng Guo, Multi-Spectral Near Perfect Metamaterial Absorbers Using Spatially Multiplexed Plasmon Resonance Metal Square Structures, JOURANL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B-OPTICAL PHYSICS, 2013, 30(3) :656) ;2011年，Liu等人在结构上层引入周期性排列 的金属半球壳结构，实现了近红外波段内（Iym~2.6 ym)双窄带高吸收（文献2， Zhengqi Liu, Peng Zhan, Jing Chen,Chaojun Tang, Zhendong Yan, Zhuo Chen, and Zhenlin Wang, Dual broadband near-infrared perfect absorber based on a hybrid plasmonic-photonic，Optics Express, 2013, 21 (3) :3021-3030) ;2012 年，：S:0n,(le；rgaarel 等人在结构上层引入周期性排列的尖金属凸槽结构，实现了可见光范围内（450nm~ 850nm)的高吸收（文献 3，T. S0ndergaar(i，S. M. Novikov, T. Holmgaard, R. L. Eriksen，J. Beermann,Z. Han, K. Pedersen, and S. I.Bozhevolnyi, Plasmonic black gold by adiabatic nanofocusing and absorption of light in ultra-sharp convex Grooves, Nature Commun.，2012. 3 :969)。但由于周期性结构只能实现在共振模处的窄带高吸收， 所以为了实现宽带吸收，非周期性结构也受到科学家们很大的关注。2004年，Joachim等 人设计了由Si、TCO和金属银反射板构成的耦合结构，且Si的上表面、下表面以及底部 金属银表面都具有随机排列的三角槽结构，实现了在可见光范围内（400nm~700nm)高 效吸收（文献 4，Joachim Muller, Bernd Rech, Jiri Springer, Milan Vanecek, TCO and light trapping in silicon thin film solar cells,2004. 77:917-930) ；2009 年， Rahul Dewan等人提出了类似的结构，由透明导电氧化物、Si以及金属反射板构成的親 合结构，且Si的上表面和下表面都具有随机排列的三角槽结构，而底部金属为平板结 构，实现了在波长范围300nm~IlOOnm内的较高的量子效率（文献5, Rahul Dewan and Dietmar Knipp, Light trapping in thin-film silicon solar cells with integrated diffraction grating, Journal Of Applied Physics, 2009, 106(7) :074901)。但这些非周 期结构依然存在吸收带宽窄或吸收效率低等问题，而在太阳能捕获、宽带光电检测等领域， 同时提高紫外至红外波段，甚至更宽波段的宽带、高效的光吸收是很重要的。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明是在现有技术的基础上，通过对现有技术的结构改进，同时实现在p偏振 与s偏振宽波段的高效光吸收，其目的是提供一种增强宽谱光吸收的二维光子晶体复合结 构。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供一种增强宽谱光吸收的二维光子晶体复合结构，包 括金属材料和非金属材料，其特征在于：
[0007] 所述复合结构是由吸收层和反射层复合而构成；
[0008] 所述吸收层是在非金属材料Si的上端面开设有二维周期性倒金字塔型槽光子晶 体结构，并在倒金字塔型槽内填充有胶体量子点薄膜；所述反射层是在非金属材料Si底端 面X方向和y方向开设有随机棱锥槽，并在底端面表面涂覆金属材料Au。
[0009] 进一步地，附加技术方案如下：
[0010] 所述复合结构的厚度d是：d>T/2。
[0011] 所述复合结构的周期T是：T>0。
[0012] 所述倒金字塔型槽结构的高度是T/2。
[0013] 所述倒金字塔型槽的X方向和y方向是分别对应于反射层表面X方向和y方向的 多个随机棱锥槽。
[0014] 所述倒金字塔的高度和底端面最大棱锥槽的高度之和小于d。
[0015] 所述金属材料Au的厚度t是：t彡100nm。
[0016] 所述填充有聚合物薄膜或者胶体量子点薄膜的折射率是1. 3-1. 77。
[0017] 实现上述本发明所提供一种增强宽谱光吸收的二维光子晶体复合结构，其直接带 来的和必然产生的优点与积极效果如下。
[0018] 本复合结构增加了光学路径，从而增强光衍射和散射，实现了最大程度的光吸收 增强。根据数值模拟的结果，通过调整T的大小，对于p偏振、s偏振的入射光，可以实现高 效的、宽带的、宽角度电磁波吸收；随着T的增加，高吸收波段也随之变宽，平均吸收效率高 达80%以上，在红外波段光吸收超过了Yablonovitch极限，且入射角度的变化对p偏振、s 偏振入射光的吸收影响不大。
[0019] 本复合结构具有明显的场强增强效果，在较短波长范围，电场增强主要集中在吸 收层表面的倒金字塔形槽内，在较长波长范围，电场在吸收层表面的倒金字塔内和由吸收 层表面的倒金字塔和反射层构成的腔内都有增强，在场强增强的位置添加胶体量子点薄膜 可进一步增强吸收。
[0020] 本发明所提供的一种增强宽谱光吸收的二维光子晶体复合结构，在设计太阳能电 池、光电检测、军事隐身等方面有很大的应用前景。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明结构a的一个周期的三维结构图。
[0022] 图2是本发明结构a的X方向侧视图。
[0023] 图3是本发明结构a的y方向侧视图。
[0024] 图4是本发明结构a表面单个倒金字塔的三维结构图。
[0025] 图5是本发明结构a的底部在随机棱锥槽内涂覆的金属薄膜的三维结构图。
[0026] 图6是与本发明结构a对比的结构b的一个周期的三维结构图。
[0027] 图7是与本发明结构a对比的结构c的一个周期的三维结构图。
[0028] 图8是本发明在0. 3~2. 0 y m波长范围内，Au和Si的折射率。
[0029] 图9是本发明结构a在T从0. 5 y m变化到5. 0 y m时，垂直入射条件下p偏振在 0. 3~2. 0 y m波长范围内的吸收效率。
[0030] 图10是本发明结构a在T从0. 5 y m变化到5. 0 y m时，垂直入射条件下s偏振在 0. 3~2. 0 y m波长范围内的吸收效率。
[0031] 图11是本发明结构a在T = I. 8 ym，入射角度从0度变化到80度时，p偏振在 0. 3~2. 0 y m波长范围内的吸收效率。
[0032] 图12是本发明结构a在T = I. 8 ym，入射角度从0度变化到80度时，s偏振在 0. 3~2. 0 y m波长范围内的吸收效率。
[0033] 图13是本发明T = I. 8 y m时，结构（a-c)在0. 3~2. 0 y m波长范围内的吸收对 比。图13(a)为结构（a-c)在p偏振下的吸收效率与Yablonovitch极限对比；图13(b)为 结构（a-c)在s偏振下的吸收效率与Yablonovitch极限对比。
[0034] 图14是本发明T和d分别同时为3 y m，6 y m和10 y m时，结构（a)在0. 3~9. 9 y m 波长范围内P偏振的吸收效率对比。
[0035] 图15是本发明在T = I. 8 ym，p偏振下，Si的厚度d对本发明结构吸收效率的影 响。
[0036] 图16是本发明在T = I. 8 y m，s偏振下，Si的厚度d对本发明结构吸收效率的影 响。
[0037] 图17是本发明在T = 10 y m，p偏振下，Si的厚度d对本发明结构吸收效率的影 响。