半導體納米材料的多激子產生研究

《半導體納米材料的多激子產生研究》是依託南京大學，由王曉勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：半導體納米材料的多激子產生研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王曉勇
• 依託單位：南京大學

項目摘要

發展基於太陽能全光譜利用的低成本太陽能電池，探索大幅度提高其光電轉換效率的新結構、新材料、新方法，已經成為當前最為前沿的基礎和套用研究領域之一。半導體納米材料體系中的多激子產生過程能夠充分利用太陽光光譜中的紫外波段，解除一個吸收的單光子最多只能產生一個電子-空穴對的限制，從而革命性地提高太陽能電池的光電轉換效率，對於解決能源危機和減少環境污染具有戰略性的意義。本項目計畫結合單分子光譜和超快光譜技術，通過泵浦-探測、受激拉曼、共振能量轉移和穩態光譜測量等方法系統地研究各種半導體納米材料體系中的多激子產生過程和物理機制。項目的主要研究目標包括：探索半導體納米材料多激子產生測量的新方法，澄清膠體量子點體系中多激子產生效率的爭議，展現自組裝量子點和碳納米結構等新體系中的多激子產生過程，並提出利用多激子產生效應最佳化光伏器件的套用方案。

結題摘要

單個半導體納米結構在吸收兩個以上低能光子時由於帶填充效應會形成多個電子-空穴對，而這個多激子態也可能在吸收一個高能光子後通過載流子倍增效應而產生。研究半導體納米結構的多激子產生過程對其在雷射、光探測器、發光二極體、太陽電池和量子信息處理方面的套用具有極大的指導意義。在本項目中，我們首先表征了外延生長自組織量子點、膠體金屬硫化物納米晶、石墨烯納米片和單壁碳納米管的基本光學特性，從中篩選出膠體金屬硫化物CdSe納米晶作為適合多激子產生研究的量子受限材料體系。之後，我們首次在單個CdSe納米晶中實現了單激子和雙激子能量轉移過程的測量，並利用所掌握的技術首次將該過程用於探測系綜CdSe納米晶中由於載流子倍增效應所產生的雙激子工作中。接下來，我們首次實現了紫外激發下對單個CdSe納米晶的螢光特性測量，並在單粒子的精度確認了載流子倍增效應的存在並對其雙激子產生效率進行了精確評估。最後，我們首次在膠體鈣鈦礦納米晶中觀察到單光子發射現象並揭示了其不同於傳統膠體CdSe納米晶的新奇光學特性，從而為下一步研究該新型納米材料體系的多激子產生過程提供了堅實的基礎。基於上述工作共發表13篇項目標註文章，包擴Nature Communications 1篇、Physical Review Letters 1篇、Nano Letters 2篇、ACS Nano 3篇、Scientific Reports 2篇、Applied Physics Letters 2篇、ACS Photonics 1篇和Optics Express 1篇。