微纳阵列复合表面结构的制备及其在光电子器件中应用研究

Micro/nano array surface structure has some distinct features such as increasing transmittance, reducing reflectance, hydrophobicity and self-cleaning effect, which have been widely applied in photovoltaic device, light-emitting diode (LED), night vision imaging, and so on and thus become a research hotspot at home and abroad. In this project, micro/nano array surface structures are designed and fabricated, which can improve electro-optical performances of LEDs and photo-electrical performances of photovoltaic devices. The main studying contents are summarized as follows: 1.Micro/nano array surface structures are designed using the finite-difference time-domain (FDTD) method and experimentally and theoretically analyzed the effect of their structural parameters (morphology, height, period and packed density of micro-array structure and morphology, period and aspect ratio of nano-array structure) on its transmittance, reflection, hydrophobicity and self-cleaning effect. 2.Preparation process of the surface structure based on self-wrinkled technique and its pattern transfer using the soft-mold-imprint method are explored; 3.The fabricated surface structures are used to improve the light extraction efficiency and antifogging performance of LED; 4.The fabricated surface structures are used to reduce the front-side reflection loss and improve self-cleaning performance of photovoltaic device. In summary, this project has an important scientific significance and application value.

微纳表面结构具有增透、减反、疏水和自清洁性能，在太阳能电池、发光二极管(LED)、夜视成像等许多方面有广泛的应用。因此，微纳表面结构是目前国内外的一个研究热点。本项目设计和制备微米阵列和纳米阵列复合的表面结构，并探索研究这些结构在发光二极管和太阳能电池中的应用，提高这些器件的电光或者光电转换特性。项目主要研究：1.利用时域有限差分(FDTD)方法设计微纳阵列复合结构，研究结构参数(包括微米阵列的形貌、纳米阵列的形貌、排列和密度)对于薄膜的增透、减反、疏水和防雾等特性的影响。2.基于硅胶(PDMS)自褶皱方法研究制备微纳阵列复合表面结构的工艺和图案转移技术。3.使用所制备的表面结构提高LED的光萃取效率和防雾性能。4.使用所制备的表面结构提高太阳电池的减反射性能和自清洁性能。项目研究不仅具有重要的科学意义，而且有广泛的应用价值。

微纳表面结构已经广泛地应用于各个领域，其特定结构特征决定了其应用范围与应用场景。因此，高光俘获性能的微结构的设计与制备对于光电子器件尤为重要。很多研究工作都集中在设计和制备高光俘获性能的微纳表面结构，进而提高光电子器件的光电性能。本项目主要研究微纳表面结构的光俘获原理，提高光电子器件的光俘获性能，进而提高光电子器件光电性能。具体体现在以下几个方面：.1. 微结构的设计与制备及其在太阳能电池方面的应用.利用时域有限差分方法模拟了六边形分布的纳米刺结构、二维复合光栅几何结构参数对它们光俘获性能影响，设计出优异光俘获性能的纳米刺结构、和二维复合光栅模型，为实验制备奠定基础。纳米刺抗反和二维复合光栅抗反涂层作为附加层粘接在硅太阳能电池表面，减小太阳能电池界面的反射损失，提高太阳能电池的光电转换效率，并提高电池的自清洁能力。.2.3D复眼的制备工艺、及其光学性能.生物复眼具有光学成像性能和光俘获性能。受生物启发，提出了一种新的人造复眼制备工艺，该工艺能有效缩减制备工艺流程，提高复眼的制备效率。并且检查了该工艺下的复眼光学成像性能。把复眼增加到溴化铅铯量子点发光薄膜表面，测试了溴化铅铯量子点发光的稳定性以及复眼对其发光的影响。并把弯曲复眼增加到光电探测器表面，测试了弯曲复眼的宽场光接收能力以及弯曲复眼光电探测器对散射光的探测能力。.3.利用柔性PDMS提高光栅线密度 .分辨率是光刻设备一项重要的参数，也是光刻设备成本重要指标。通常分辨率增加其价格成指数被增加。对于普通实验室而言，高分辨率的光刻设备是渴望而不可及的。为此，提出了一个应用柔性拉伸转印提高光栅线密度方法。该方法能提高光栅线密度40%以上。.4.柔性可调表面波导谐振.表面波导模式/共振（SWR）是一种很有前途且相对较新的研究途径，可用于从光谱学、传感到通信的先进光子应用。提出并演示了一种新的圆柱波导金属波导（WMW）结构，研究分析了表面波导模式的激发、可调色散特点、场分布以及可调的表面波导谐振以及它们之间的关系。这项工作为开发具有巨大潜在应用价值的新型健壮的基于SWRBA的光纤设备提供了新的前景和通用指南。