为了优化器件的结构参量, 把光栅结构的周期、高度、占空比作为优化的粒子, 采用粒子群优化算法和严格耦合波分析算法, 对粒子群中粒子的适应值进行了比较, 对金属-介质光栅滤光片结构进行了理论分析和仿真优化, 在一定范围内找到最优参量。结果表明, 根据MATLAB仿真结果进行优化, 得到周期为0.300μm, 金属光栅厚度为0.035μm, 介质光栅厚度为0.400μm, 光栅占空比为0.77; 在TM光垂直入射时, 该结构对波长为0.65μm的红光透射率达到80.27%, 旁带透射效率不超过15%; 该结构实现了特定波长光的高效透射, 从而实现了滤光。该结构为亚波长光栅的设计、制备研究和实际应用提供了参考。

基于扭臂式静电驱动结构的基本模型, 在忽略和考虑空气阻尼作用的两种情况下, 分别采用能量法和力电耦合分析方法得到扭臂式静电驱动器的pull-in电压。通过对比两种情况下的pull-in电压, 得出了驱动结构参数变化时空气阻尼作用对pull-in电压的影响。结果表明, 在一定范围内, 随着上电极长度、上电极宽度的增加以及上下电极之间间距的减小, 空气阻尼作用对pull-in电压的影响逐步增大; 并且当上电极宽度增大或者上下电极之间间距减小到一定程度时, 空气阻尼作用力甚至可以与驱动的静电力达到同一数量级, 此时必须考虑空气阻尼作用的影响。

将CdSe/ZnSe/ZnS量子点掺入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中, 研究了量子点的发光下转移特性。将420 nm长波滤光片盖在单晶电池上, 使电池对300～420 nm波段光谱响应几乎为零, 同时排除下转移层抗反射效应的影响, 再在滤光片表面制备下转移层, 观察到了外量子效率(EQE)值的提升, 说明所用量子点可以应用于对300～420 nm波段光谱响应几乎为零的电池上实现频率的下转移, 提高EQE。对量子点在太阳能电池中应用的可能性进行了分析, 并根据本实验中测得电池的EQE数据, 计算了该电池获得提升所需量子点最低的整体荧光量子效率值为87.8%。

研究了一种紧密型半球凹坑阵列光子晶体玻璃基, 并将其运用在非晶硅薄膜太阳电池结构。用FDTD方法对玻璃基进行了透射衍射场分布计算, 用RCWA方法对基于此基底的非晶硅薄膜结构进行仿真优化, 得到了0.6μm周期、最小基底厚度0.6μm的优化结构, 与平板结构相比较0.3~0.8μm波段平均反射率降低了51.5%, 平均吸收率增加了18.6%。薄膜电池结构随入射角度的增大, 反射率峰值发生蓝移且明显降低, 在50°~65°入射角范围内全波段具有约6%的平均反射率。

研究了一种新颖的具有紧密型半球凹坑阵列表面结构的玻璃基片。运用严格耦合波分析(RCWA)方法研究了此玻璃基模型在光垂直入射条件下的透射衍射，数值结果表明此类玻璃基片可以有效地衍射光线。当结构周期在2.6 μm附近时，玻璃基片在长波段（0.6~0.8 μm）具有较高的雾度。为了改善薄膜电池的陷光效果，考虑将此玻璃基片运用到非晶硅薄膜太阳能电池结构中，数值结果表明与平板结构薄膜太阳能电池相比，当结构周期为2.6 μm时，光垂直入射条件下非晶硅薄膜结构在0.3~0.8 μm波段平均吸收率提高18.7%，在0.6~0.8 μm波段吸收率提高17.9%~77.7%。

在硅薄膜太阳电池中，灵活的光学设计可以实现表层的零反射损耗，增大吸收层中光的透射率，从而提高薄膜太阳电池的光收集能力。在薄膜太阳电池吸收层表面设计了矩形介质光栅。利用严格耦合波理论和模态传输理论研究了光栅结构参数对反射率的影响。考虑到AM1.5G太阳能光谱和a-Si的吸收光谱，光栅参数进一步优化。由于微加工的误差，使得矩形光栅变成梯形光栅，必然会影响硅薄膜太阳电池表面反射率。研究结果表明，长周期光栅同样可以实现低反射率，在工艺上也容易实现。采用梯形光栅可进一步降低表面反射率，并且在太阳光入射角为-40°~+40°的范围内保持在6%以下。

研究了超陷光黑硅表面圆锥阵列结构的设计。将圆锥结构分为五层，利用等效媒质理论进行了参数设计。考虑了硅材料折射率随波长的变化，用严格耦合波理论对不同入射角，圆锥阵列结构高度以及占空比时的反射率进行了计算分析。发现，圆锥阵列超陷光结构的周期为135 nm,高度为480 nm时，在0°~60°入射角范围内，对波长为300~1200 nm的入射光的反射率都小于5%。

利用光子晶体(PC)的光子禁带和光栅衍射效应可以提高发光二极管(LED)的出光效率,扩大LED的应用范围。在GaN基蓝光LED的GaN层上引入二维正方排列圆柱形PC,采用时域有限差分方法研究光子晶体的几何参数的随机扰动对LED出光效率的影响,利用禁带理论分析了其机理。

设计了一种新型叠层光栅结构的晶体硅薄膜太阳能电池底部反射器,它由分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflectors,DBR)和衍射光栅两部分组成。利用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)方法和模式传输线理论(Modal Transmission Line,MTL),对DBR和光栅进行优化设计,使该叠层光栅结构在800—1 100 nm波长范围内能高效反射入射光并得到大倾斜角的反射光,有效延长光子在电池体区的传播路径,使其被充分吸收。结果表明,四层Si/SiO2 DBR的反射率可达99.95%,零级衍射序被有效抑制,并得到具有较大倾斜角的±1级衍射序,太阳能电池的捕光能力大大提高。

利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理,研究了一种参数设计方法。采用FDTD方法计算了表面覆盖ITO层的六角排列圆形光子晶体出光效率。计算该结构参数的光子晶体的LED出光效率,结果表明加入ITO层的光子晶体能提高GaN基蓝光LED出光效率2倍,该参数设计思路也为光子晶体设计提供了参考依据。