[發(fā)明專利]三維光柵抗反射結(jié)構(gòu)和元器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310233914.8
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103353626A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖登;蘇光耀;劉傳鴻;張昭宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G02B1/11
• 分類號: G02B1/11
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕;彭家恩

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及微納抗反射結(jié)構(gòu)，具體涉及一種三維光柵抗反射結(jié)構(gòu)和元器件。

背景技術(shù)

目前，微納抗反射結(jié)構(gòu)的研究已成為一個嶄新的重要課題，在近十年得到了迅速發(fā)展。微納抗反射結(jié)構(gòu)在諸多領(lǐng)域，包括日常透鏡應(yīng)用、薄膜太陽能電池、微納傳感器等方面都有很強(qiáng)的潛在應(yīng)用價值。例如，結(jié)晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為18%，但其中硅對于太陽光有高達(dá)37.5%的反射率，此高反射率是造成太陽能電池效率低的主要原因之一。有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)面臨的高反射率問題，抗反射技術(shù)的研究顯得極為重要。微納抗反射結(jié)構(gòu)可減少元器件表面對外界光源反射所造成的炫光或鬼影現(xiàn)象，并提高光能的利用效率。

目前，主要的抗反射技術(shù)是在元器件表面形成多層不同折射率的薄膜來降低光的反射率，這種多層膜結(jié)構(gòu)是由基于金屬氧化物等透明材料組成的高折射率層和低折射率層的重復(fù)結(jié)構(gòu)而得到的。然而，由于傳統(tǒng)多層膜的抗反射結(jié)構(gòu)具有使用波長范圍窄、對入射方向敏感以及對偏振敏感的問題，未能達(dá)到良好的抗反射效果。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N提高特定波長范圍的入射光透射率的三維光柵抗反射結(jié)構(gòu)和元器件。

根據(jù)本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┮环N三維光柵抗反射結(jié)構(gòu)，包括：

基底，所述基底具有第一側(cè)面；

緊密排列成微納結(jié)構(gòu)陣列的多個光柵基本單元，每個單元至少包括第一部分，光柵的第一部分形成于基底的第一側(cè)面上且露出在外界環(huán)境中，第二部分從基底的第一側(cè)面埋入基底，光柵的第一部分的平行于第一側(cè)面的截面的面積隨截面到第一側(cè)面的距離的逐漸增加而逐漸減小，所述光柵材料的折射率介于外界環(huán)境和基底材料的折射率之間或等于基底材料的折射率。

在一種實(shí)施例中，每個光柵基本單元還包括從第一部分與基底第一側(cè)面接觸的底部向基底內(nèi)部延伸的第二部分，第二部分的平行于第一側(cè)面的截面的面積也隨截面到第一側(cè)面的距離的逐漸增加而逐漸減小。

所述基底的第一側(cè)面上制作有開口大、然后逐漸收小的凹槽，所述凹槽緊密排列成微納結(jié)構(gòu)陣列，所述光柵的第二部分緊密嵌入第一側(cè)面的凹槽內(nèi)。

所述基底是半導(dǎo)體材料，所述光柵的材料是折射率在1～5之間的非色散電介質(zhì)材料。

所述光柵為底部對接的雙棱錐體或雙棱臺體。

所述光柵第一部分和第二部分的對接面為正方形，光柵第一部分和第二部分的尺寸與入射光的波長的關(guān)系為：d＜λ＜2.5h，其中，λ為入射光的波長，d為對接面的邊長，h為光柵第一部分和第二部分的高度。

所述光柵的第一部分和第二部分材料相同且沿兩者的對接面對稱。

根據(jù)本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┮环N抗光反射元器件，包括：

光照層，所述光照層具有用于接收光入射的第一側(cè)面；

由光柵基本單元緊密排列成微納結(jié)構(gòu)陣列形成的光柵，每個單元至少包括第一部分，光柵的第一部分形成于基底的第一側(cè)面上且露出在外界環(huán)境中，第二部分從基底的第一側(cè)面埋入基底，光柵的第一部分的平行于第一側(cè)面的截面的面積隨截面到第一側(cè)面的距離的逐漸增加而逐漸減小，所述光柵材料的折射率介于外界環(huán)境和光照層材料的折射率之間或等于光照層材料的折射率。

在一種實(shí)施例中，每個光柵基本單元還包括從第一部分與光照層第一側(cè)面接觸的底部向光照層內(nèi)部延伸的第二部分，所述光照層的第一側(cè)面上制作有開口大、然后逐漸收小的凹槽，所述凹槽緊密排列成微納結(jié)構(gòu)陣列，所述光柵的第二部分緊密嵌入第一側(cè)面的凹槽內(nèi)，光柵第二部分的平行于第一側(cè)面的截面的面積隨截面到第一側(cè)面的距離的逐漸增加而逐漸減小。

本申請通過在微納光電元器件的光照層表面埋入緊密排列成微納結(jié)構(gòu)陣列的三維光柵，形成三維光柵抗反射結(jié)構(gòu)功能涂層，可提高微納光電元器件對特定波長范圍入射光的透射率。

附圖說明

圖1為本申請一種實(shí)施例中半埋雙金字塔光柵抗反射結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為圖1的剖面圖；

圖3為本申請一種實(shí)施例中從外界環(huán)境到基底層漸變折射率的曲線圖；

圖4為本申請一種實(shí)施例中入射光在有無抗反射結(jié)構(gòu)的透射率對比圖。

具體實(shí)施方式

為了使本申請揭示的內(nèi)容更加詳盡與完備，下面通過具體實(shí)施方式并結(jié)合附圖對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這并非實(shí)施或運(yùn)用本申請的唯一形式，而是僅僅用以解釋本申請，并不用以限制本申請的保護(hù)范圍。