《用於高效光能收集的超薄納米器件及其光電性能調控》是依託復旦大學，由江素華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用於高效光能收集的超薄納米器件及其光電性能調控
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：江素華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當薄膜厚度小到有限原子層時,光與薄膜的相互作用,如光吸收,能量轉化效率,非線性光回響等就明顯減弱。因此對光能收集和能量轉換的功能器件而言,減小半導體薄膜厚度和提高光吸收率之間存在矛盾。本項目致力於研究在不改變薄膜材料厚度的條件下大幅增強超薄材料的光吸收的器件結構,提出在5nm以下的Ge、Si或其合金膜和高反射金屬層(Au,Ag,Al,Cu)之間加入相位補償層(SiO2,Al2O3,HfO2,TiO2),形成三層器件結構;研究其吸收增強和波峰調控效應,系統探討超薄吸收材料強幹涉效應的形成和器件套用的條件;揭示納米腔結構的尺度,材料組分,晶態結構,外部入射光的角度和偏振態與光吸收及光生載流子傳輸收集之間的關係;闡明材料界面問題作用於光吸收和載流子輸運的物理機制;建立超薄半導體光吸收結構的可控制備和表征手段,為超薄膜(包括單原子層厚度)器件的能效提升提供思路和實證，具有理論和實際套用價值.
結題摘要
金屬納米材料，由於有著特殊的物理、化學性質，在光學領域有著很好的套用前景，得到了廣泛的關注。金屬納米顆粒材料，在光學檢測、納米塗料、光電催化、光學成像、感測等領域有很大的套用價值。薄膜材料在各種光學儀器中幾乎是不可分離的部分。隨著人類科技水平的提高，金屬納米顆粒材料、薄膜材料的工藝控制、結構設計等方面得到了巨大的提升。通過結構設計，來提高納米腔超薄膜的光吸收性能是目前的一個研究的熱點，這種特殊光電性能的器件在光電檢測、光能收集器件領域有著重要的套用空間。本項目利用一種低成本的製備方法，將金屬納米顆粒作為一層材料，並融合到傳統的薄膜干涉結構中，利用這兩種結構相結合來調控整個體系的光學性質。通過調節MIM三層結構薄膜的中間介質層厚度以及表面顆粒的形貌、尺寸及材質，來改變整個結構的光吸收能力，從而使薄膜實現不同的結構色。在調製結構色的基礎上，利用二次退火的方法，在三層結構薄膜體系中引入金銀混合顆粒表面，提高體系光吸收能力並作為表面增強拉曼（SERS）的襯底。由於表面存在混合金屬顆粒以及結合了MIM三層結構的設計最佳化，使得這種SERS襯底有比較理想的增強因子、均勻性、使用壽命等性質，在環境檢測、食品安全、毒品檢測等領域有著很好的實際套用價值。
