超隔热材料理论探究

为新型超隔热材料研究提供理论依据,给出一种超材料简单结构模型,根据原子振动波传播的基本理论,用转移矩阵理论和不同区间边界上应力,以及振幅连续关系推导出超材料中声子的本征方程。它清楚表明了声子频率与原子层结构参数及特性参数的非线性关系。讨论了不同条件下声子的模数与频率,给出了两种特定条件下的初步解。初步解表明:不同的原子层结构设计,声子频率不同,声子振动模数也不同。只要选择合适的原子层结构,就能降低声子振动模数和调节声子振动频率,从而降低材料热传导系数。对某些特定设计的超级材料,有不存在声子振动模的可能,这样的材料不能传播热声子,也就不能有效传递热量,这对新型隔热材料研究是非常有意义的。     

表面势垒与表面能级的关系和实验探究

对半导体表面势垒与表面能级的关系进行了理论研究。用薛定谔方程和矩阵理论推导出表面电子波函数能量的本征方程,给出表面势垒与表面能级间的非线性关系。用计算机给出了不同表面势垒下表面能级解集的模拟曲线。模拟结果表明:不同的表面势垒,表面能级的数量和对应的分布不同,表面势能较低时,表面能级及对应的表面态主要集中于低能量区;表面势能较高时,表面能级或表面态均匀分布于较大的能量范围。实验探测了不同绒面的半导体光生载流子寿命,发现绒面结构不同的半导体光生载流子寿命不同;为提高光电器件的转换效率,应避免绒面上出现尖锐的微结构,尽量使尖锐处适度钝化。理论研究和相关的物理解释对提高半导体器件光电转换效率有一定的参考意义。     

空间太阳能电池金属栅线极限尺寸的理论研究

对空间太阳能电池金属栅线空间尺寸对电子平均自由程和电导率的影响进行了理论研究。考虑金属栅线空间尺寸小于100nm和大于电子自由程两种情况,建立了栅线空间尺寸对其平均自由程影响的物理模型,推导出栅线中电子平均自由程和电导率计算公式。计算机模拟表明:当栅线空间尺寸较小(小于2倍自由程)时,其对应的电子自由程和电导率随栅线空间尺寸的增加而快速增大,反之则快速减小;当栅线空间尺寸大于100nm时,栅线的边界对电子自由程和电导率有影响,其对应的自由程和电导率随栅线高度和宽度增加而增大,空间尺寸不同影响程度亦不同;当栅线高度和宽度达到800nm时,电子自由程和电导率达到最大值。理论上,太阳能电池栅线高度和宽度可做到800nm,可作为将来太阳能电池栅线制备的一个方向。