图 4 以不同尺寸的图形化铝片为衬底的非晶硅薄膜太阳电池的反射光谱

　　由于硅薄膜对长波长光的吸收系数低，长波长光会穿过整个电池结构，因此电池结构的波导模式将会对长波长光的传播产生重要影响。波导模式通常和几何尺寸相关，我们改变了铝衬底的图形尺寸来研究其对光波导模式和光传播行为的影响。图4 显示了图形尺寸分别为375nm、437nm、500nm 和562nm 时的反射光谱。可以看到随着图形尺寸的变大，在1100nm左右出现的反射谷和反射峰均发生红移。这是因为波导的本征模式的波长与几何尺寸有关，尺寸越大，本征模的波长越大。因此图4 充分体现了波导模式对于提高长波长光吸收的作用。值得注意的是，不同几何尺寸下，除了反射峰的位置发生变化，反射峰的强度也有不同。500nm 的图形其反射率最低，这与非晶硅薄膜的响应波长范围有关。该尺寸对应的波导模式能最大限度地与硅薄膜的响应波长范围相匹配，达到最佳的吸收增强效果。这也为电池结构参数的优化提供了指导。

　　更进一步，长波长光能够传播到电池的底部，并和底层的Ag 薄膜发生相互作用，激发表面等离子体共振。一方面表面等离子体共振增加局部电磁场或者通过SPP 模式限制光横向传播可以提高硅薄膜的光吸收，另一方面表面等离子体共振也会在Ag 薄膜上增加额外的光吸收损耗。为了研究Ag 薄膜的表面等离子体共振对硅薄膜吸收的影响，必须将硅薄膜的吸收从电池总的吸收中分离出来。为此我们采用FDTD的数值计算方法，模拟了这种电池结构的光学性质，计算了以抛光铝片和图形化铝片为衬底的电池的总吸收和硅薄膜的吸收，示于图5。

　　图 5 （a）以抛光铝片为衬底的非晶硅薄膜太阳电池总吸收和硅薄膜的吸收；
                  （b）以图形化铝片为衬底的非晶硅薄膜太阳电池各层的吸收分布图