周期金属纳米结构表面等离子体共振现象分析及应用研究

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目前表面等离子体共振现象的研究是一个新兴热门的课题,它是由于重金属纳米粒子的特有光学性质,在一定条件下使得金属表面的自由电子集体震荡而产生的。近年来,随着表面等离子的研究与其他学科的交叉渗透,新的研究方向不断涌现,无论是基础研究还是应用研究都取得了长足的进展。   本文将时域有限差分(FDTD)方法与周期边界条件(PBC)相结合,以金属纳米颗粒组成的圆形纳米粒子阵列为例,分别分析了阵列周期长度变化,纳米粒子半径变化以及纳米粒子间距变化对圆形纳米粒子阵列的透射功率的影响,同时也分析了引入缺陷后金属纳米粒子阵列的透射谱。从计算结果来看,金属纳米粒子阵列存在一个光子禁带,且在禁带中存在由表面等离子体共振引起的超强透射峰。这种等离子体共振峰的峰值强烈依赖于纳米粒子的半径大小以及粒子之间的间距。同时缺陷的引入使得透射禁带的带宽有所拓宽,等离子体共振峰发生红移(观测波向长波方向频移)现象,且由于缺陷的存在而产生变化。   同时将表面等离子体共振现象应用于薄膜太阳能电池中,分析其对光吸收效率的影响。通过在薄膜太阳能电池结构中加入金属纳米颗粒来产生表面等离激元共振,使光进入薄膜吸收材料的光学路径大大增加,从而提高电池的光吸收效率。本文以周期结构的薄膜太阳能电池为模型,计算了加入方形、圆形、半圆形这三种形状的金属纳米颗粒后薄膜太阳能电池的光吸收功率,也讨论了不同形状下金属颗粒的尺寸大小对电池光吸收功率的影响。
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