一种具有伞状塞的亚波长增透结构的太阳能电池栅极的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有伞状塞的亚波长增透结构的太阳能电池栅极，能够实现光的异常透射，从而增强光的透过效率，属于纳米科技领域。
【背景技术】
[0002]根据衍射理论，如果不透明屏幕上小孔的直径比光的波长小，光线将被衍射到各个方向上去。人们希望通过小孔不仅能够获得更多能量的亚波长光束，同时这些光束又不衍射到各个方向，即实现亚波长平行光束。
[0003]自1998年发现异常光传输(EOT)以来，通过金膜纳米孔或周期狭缝的光传输就吸引了很多学者的目光，成为研宄领域的热门话题。2002年，Lezec等人设计的所谓的牛眼结构，即以衍射小孔为圆心，在其周围加上一圈圈的凹槽结构，满足了以上的两个要求，这是因为出射光与金属表面凹槽的表面等离子耦合增强了小孔透射。由于该结构独特的光学性质引起了人们广大兴趣，所以基于该结构的各种变形研宄也随之而来。单个狭缝被周期凹槽包围的结构是其中之一，我们可以把这一结构看成是“牛眼”结构的变形，即由环形结构变成平行结构。另外特别设计的牛眼结构可以抑制明亮的背景用于暗场检测和成像的显微镜。如果把凹槽设计为布拉格反射器，牛眼结构形成等离激元微腔孔，其在光刻和数据存储有巨大的潜力等。2006年Lalanne根据SPP模式耦合和散射的微观理解对单个的凹槽和狭缝结构进行了研宄，其理论与数值计算基本一致。
[0004]孔阵列可以增强光透射，这是因为，当电磁波传输到金膜表面时，表面电荷重新分布，与外电场形成表面等离子激元(SPP)现象，增加了透射能量。孔阵列分为一维孔阵列和二维孔阵列，二维孔可以是圆形、三角形或矩形。有趣的是，一维周期孔阵列比二维孔阵列要复杂得多。表面等离子激元(SPP)共振分为三种.封闭锥形间隙，如金属V形凹槽，也是一个研宄热点。相关研宄发现，由于反方向传播的间隙电浆子的干扰，局部凹槽内部被共振增强。从理论上分析这种现象，研宄人员得到了共振条件的分析表达式，并预测能够共振增强550倍，继而他们通过TPL显微镜观察，证实V形凹槽可以实现100倍的强度增强。
[0005]亚微米的金属表面狭缝是用电子束或者聚焦离子束加工，通常其边缘并不锐利，往往形成锥形狭缝结构，研宄锥形狭缝金属结构的光学透射性质有更为实际的意义。当孔阵列的小孔两壁都是平行的时候(straight slits)，这样的透射增强效果可能不是那么让人满意。对此，我们考虑锥形狭缝对光透射的影响。这次我们的课题旨在研宄周期锥形金属狭缝的几何形状，即金属薄膜厚度h、倾斜角α、周期Λ和下底宽g对光透射的影响。
[0006]许多光学系统，如传感器、纳米光刻技术等，都有个共同的认识:如果一个小孔被一个不透明的金属覆盖的话，就会阻碍光的传播。人们认为，即使薄膜上有小孔，而小孔是被不透明的金属遮住了，这种情况下，光的传播也会受到阻碍。然而，有些学者发现，通过特定的结构，被遮挡的小孔不仅不会挡住光的传播，反而会极大的增强光的透过。通过模拟观察，可以发现，当小孔完全被金属片遮住时，用几何光学的角度看，已经没有任何光透过去的可能，但是，光透过率反而增加了，有人将这种现象归结于阻挡金属片的天线效应。
[0007]基于天线效应的研宄，近年来又涌现出很多新的增透结构。如直接在孔阵列上方(不直径接触小孔)加上尺寸大于孔直径的金属圆盘，在金属圆盘边缘加上到下方金膜的金属媒介，将金属圆盘做成半椭球形状等，最高光透过率可达到64%。但是这并不是光透射的极限，通过某种改良，可以进一步提高光透过率。如何更有效地提高光透过率成了这一领域的关键课题。
【发明内容】
[0008]本发明提出一种能够进一步提高光透过率的太阳能电池栅极，是一种利用具有伞状塞的亚波长增透结构增加透过光的太阳能电池栅极，具有伞状塞遮孔的、完美对称的、高光透射率的、周期性二维结构。
[0009]本发明的技术方案是:
一种具有伞状塞的亚波长增透结构的太阳能电池栅极，太阳能电池栅极上设有金属伞状塞的亚波长增透结构；太阳能电池栅极的上部为二氧化硅基底，在所述的二氧化硅基底上设有二氧化硅凸起，所述的二氧化硅凸起是空心圆柱形，内部为圆柱形空腔；除了二氧化硅凸起部位，二氧化硅基底的其他位置的上表面都附着有金属膜；金属伞状塞的亚波长增透结构包括伞柄和伞盖，所述的伞柄位于二氧化硅凸起的圆柱形空腔内。
太阳能电池栅极上分布有多个金属伞状塞，俯视时为200nm*200nm的周期性二维阵结构。
所述的金属膜的厚度小于二氧化硅凸起的高度。
[0010]优选的，所述的伞柄半径为圆柱形空腔的半径的一半。
[0011]优选的，所述的金属膜的厚度为30nm。
优选的，所述的二氧化娃凸起的高度为40nm，所述的圆柱形空腔的半径为35nm。
[0012]优选的，所述的伞柄高40nm，半径25nm。
[0013]优选的，所述的伞盖高40nm，底面为半径为70nm的圆形。
[0014]所述的具有伞状塞的亚波长增透结构的太阳能电池栅极的最大透射率可达87%。
[0015]本发明还提供具有伞状塞的亚波长增透结构的太阳能电池栅极的制作方法，采用纳米压印技术，用计算机程序控制的电子束直接写入纳米压设备，制备所设计图案的压印版，先制备除二氧化硅凸起和伞状塞以外的金属膜部分的模板，后制备二氧化硅凸起的模板，再制备单独的伞状塞模板，然后将图形转印到涂在基底上的光刻胶上，最后通过离子铣削刻蚀到衬底上，形成一种具有伞状住的亚波长伞状增透太阳能电池栅极结构。
[0016]另一种方法是，首先通过计算机控制的电子束曝光技术制作具有设计图案的掩膜版，利用光刻技术通过掩膜曝光将图形转印到涂在基片上的光刻胶上，再通过离子束刻蚀将光刻蚀胶图案逐层转移，形成一种具有伞状塞的亚波长周期增透结构。
当伞状塞的亚波长增透结构的结构参数改变时，光的透过率也会随之发生变化。
通过调节伞柄的半径与圆柱形空腔半径的大小，光的透过率会发生变化，当伞柄的半径的大小是圆柱形空腔的半径的一半时，透过率最大，即空腔内占空比为1:1。增大圆柱形空腔的半径可以明显地提高光的透过率，但是，圆柱形空腔的大小并不是越大越好，考虑到作为太阳能栅极的导电性，如果一味扩大圆柱形空腔的大小，减小金属伞柄的面积，则会增大电阻，对太阳能电池起到副作用，因此，需要综合考虑，选取合适的大小的二氧化硅凸起制作栅极，确定圆柱形空腔的半径后，再确定伞状塞的伞柄的半径的大小。
[0017]同样，通过改变金属膜的厚，光的透过率发生变化，厚度越小，透过率越大，但仍然考虑到太阳能电池栅极的导电性问题，不是越薄越好，应当选取合适的厚度。
本发明一个显著特点是:表面上是减少了透过面积，实际上提高了透过率。伞状塞的伞