微纳光电子器件在信息技术日趋集成化的今天,正向着低成本、高性能、低能耗等方向发展,成为了光电子领域的研究热点。而对于光电子集成器件或光电子材料的设计及传输特性研究是微纳光电子技术的重点研究方向,对现代微纳光电子器件的发展具有重要推动意义。本文以微纳光电子器件的设计及传输特性为研究目标,基于电磁学基本理论,采用数值仿真方法,重点对非对称传输器件、可调超构表面传输器件和薄膜太阳能电池进行结构设计和工作机理分析。主要工作和取得的成果如下:1.利用空间非对称结构正向模式匹配耦合、反向模式失配,以高单向比的非对称传输集成器件为设计目标,提出了三种创新性的结构设计方案:基于正方晶格介质柱形光子晶体W2波导/类H1腔/W2波导;基于三角晶格空气孔型光子晶体W1波导/类L1腔/类W1波导;基于三角晶格空气孔型光子晶体W1波导/类L3腔/类W1波导耦合结构的光二极管。经有限元法数值模拟,这三种结构分别可实现传输效率峰值90%、79%和73%,单向比接近35dB、46dB和37dB的非对称传输。然后通过调整腔的结构参数引入自由度,调节传输效率谱,实现选频特性。2.针对超构表面集成颜色滤波器,提出了一种结合介电常数可调导电氧化物的新型金属-绝缘体-金属(MIM)结构。利用透明导电氧化物(TCO)的半导体性质调控其介电常数,从而实现近零介电常数(ENZ)模式耦合,首次实现了针对透射光谱的电压调制。数值仿真结果表明,该结构对于透射光谱可实现超过20dB的高调制比。3.研究了不同材料的金属-绝缘体氧化物-TCO(MOT)模型在电压调控下的载流子分布特性。在此基础上,将所涉及的金属材料和TCO材料应用于超构表面周期性纳米天线阵列,系统地分析了天线在电压调控下的光谱特性。数值模拟结果表明,将氧化铟锡(ITO)材料应用在可控超构表面天线中可实现超过350°的反射相位变化。4.以增强硅基薄膜太阳能电池转换效率为目标,针对前端减反射层和背部电极提出了高陷光性能的设计方案。首先对于前端减反射层,分别研究了二维光栅结构以及三维半纺锤结构的反射特性;然后将二维光栅减反射层与三角函数光栅周期结构的背部电极相结合,提出了硅基薄膜太阳能电池陷光结构。由于介质波导模式耦合和表面等离激元(SPP)模式的激发,该结构可显著提升太阳能电池陷光性能。经数值仿真,相较于参考的平板太阳能电池结构,所设计的结构吸收效率和短路电流分别提高了～10%和～8.2mA/cm2。