《超快雷射構造黑矽材料的光電性能最佳化及微觀機理研究》是依託南開大學，由姚江宏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超快雷射構造黑矽材料的光電性能最佳化及微觀機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚江宏
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對當前黑矽材料與器件研究中存在的關鍵性問題和技術難點，利用超快脈衝雷射誘導的化學腐蝕技術製備出表面晶錐陣列、且非平衡過飽和摻雜的黑矽材料，採用超快泵浦探測和時間分辨螢光顯微成像等技術揭示超快脈衝雷射和矽表面作用的非線性動力學過程以及黑矽表面圖形演變的微觀機理，建立超快脈衝雷射微構造矽表面的動力學與熱力學模型。利用CO2雷射高溫快速退火技術，有效修復黑矽的結構、缺陷和複合中心，系統研究黑矽的結構、雜質、缺陷對其廣譜光吸收及光電轉換效率的影響，探索黑矽材料中光生載流子微觀輸運機制以及光電作用機理，從理論和實驗上建立和完善黑矽載流子可控輸運機制，為研製和最佳化新型微納結構矽基光電材料與器件提供實驗依據和理論指導。
結題摘要
本項目針對當前黑矽材料與器件研究中存在的關鍵性問題和技術難點，利用超快脈衝雷射誘導的化學腐蝕技術製備出高質量黑矽材料。研究雷射參數（雷射波長、脈寬、頻率、峰值功率、光偏振態、脈衝數目以及氣氛環境等）對矽表面微納結構形成的影響；揭示超快脈衝雷射和矽表面作用的非線性動力學過程和矽表面圖形演變的微觀機理；利用時間分辨瞬態光譜技術，首次研究了飛秒雷射與矽材料相互作用時電漿產生及演化的瞬態過程；利用雙溫模型、Drude模型等與表面等離激元模型有機結合，模擬分析了飛秒雷射誘導表面微結構的形成機理，建立並完善了超快脈衝雷射微構造矽表面的動力學與熱力學模型；研究不同退火工藝條件對黑矽材料微納結構、形貌、摻雜濃度以及光電性質的影響規律；利用時間分辨光致發光譜，研究了飛秒雷射微構造矽材料的光生載流子動力學過程，分析了其光致發光機理並研究了溫度及缺陷對載流子複合過程的影響。同時開展黑矽光電探測器、黑矽錐狀微納結構套用於表面拉曼增強(SERS)襯底、硫摻雜矽納米顆粒套用於納米太陽電池等黑矽套用工作，為研製和最佳化新型微納結構矽基光電材料與器件提供實驗依據和理論指導。
