研究目的
利用超材料镜提高上转换薄层的吸收率和自发发射率，从而增强其在光伏应用中的转换效率。
研究成果
具有凹槽银表面的超材料镜通过等离子体共振和珀塞尔效应，将吸收效率提升5.3倍、自发辐射效率提升65倍，从而使上转换过程的总效率相比平面镜提高了65倍。该方法可应用于其他波长转换过程。
研究不足
深沟结构（例如d=300纳米）难以制造，且该研究仅依赖模拟而缺乏实验验证。这种增强效果仅针对所选波长和材料，可能不适用于其他系统。
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利用超材料镜增强亚波长薄上转换层中的转换过程
DOI：10.1007/s11468-019-00911-2
期刊：Plasmonics
出版年份：2019
更新时间：2025-09-23 05:17:14
摘要：
由于带隙有限，半导体在光伏应用中的有效光谱范围受到限制。上转换（UC）过程通过将长波长光子转换为短波长光子，是扩展有效光谱范围的替代方案之一。例如，共掺杂Yb3?/Er3?的NaYF?能将近红外光（970纳米）转换为可见光（660纳米）。然而，在平金属镜表面形成的薄层结构（这是将上转换层加入光伏器件的典型结构）中，由于吸收和转换效率较低，上转换材料在光学器件中表现不佳。本文采用由沟槽银表面构成的超材料镜，大幅增强了上转换过程。由于金属表面附近的上转换层中电场高度集中，光与物质相互作用增强，上转换材料的吸收率提高了5.3倍。与平镜上的薄上转换层相比，偶极发射体在金属沟槽表面诱导的表面等离激元极化子（SPP）模式，使上转换材料发射波长的自发辐射（SE）速率提高了65倍。最终，得益于超材料镜的磁镜特性和SPP模式，上转换过程的总效率比参考结构提升了400倍。
作者：
Young Jin Lee，Kihwan Moon，Soon-Hong Kwon
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