《高壓條件下納米晶矽的多激子產生特性研究》是依託河北大學，由叢日東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高壓條件下納米晶矽的多激子產生特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：叢日東
- 依託單位：河北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米晶矽 III相（nc-Si III）因其低帶隙和高多激子產生特性，具有重要的科學意義和潛在套用前景，成為第三代太陽能電池的優選材料。但受限於製備工藝，常規條件下難以獲得適用於多激子產生（MEG）效應研究的nc-Si III結構，目前僅集中於理論探討，尚缺少實驗驗證。本項目擬採用電漿增強化學氣相沉積技術結合退火技術製備多種晶粒尺寸、密度可控的nc-Si薄膜，利用成熟的原位金剛石壓砧高壓實驗技術，研究該類材料在高壓極端條件下的相變行為規律並探索其相變機制，尋找獲得適用於MEG效應研究的nc-Si III結構的新方法。同時結合紫外可見吸收光譜和光致發光技術對高壓下獲得的nc-Si III相的能帶結構特性以及MEG特性進行研究，探索利用壓力對nc-Si薄膜物理性質進行調控的可行性，為nc-Si薄膜在高效光伏器件中的套用提供重要實驗依據。
結題摘要
納米晶矽（nc-Si）量子點的多重激子產生（MEG）過程研究倍受關注。儘管理論預言高壓亞穩相BC8結構的nc-Si III相將成為高效MEG太陽能電池最有希望的Si基候選材料，但國內外關於nc-Si III相中MEG效應的研究仍然處在理論初期階段，急需實驗結論的驗證。本項目利用金剛石壓砧高壓實驗技術對多種方法製備的nc-Si薄膜進行原位高壓同步輻射研究，揭示其高壓下的相變規律，並對高壓nc-Si III相的MEG特性進行了探索研究。 在nc-Si薄膜材料的製備方面，本課題分別採用電漿增強化學氣相沉積技術（PECVD）、甚高頻（VHF-）PECVD技術以及雙靶磁控濺射技術，在低溫條件下（200℃）進行了nc-Si薄膜的製備和特性調控研究工作。通過設計nc-Si/a-SiOx多層複合結構以及合理參量調整，實現了nc-Si薄膜微結構與光學性能調整，製備了具有不同晶粒尺寸、密度的、室溫發光的nc-Si薄膜。 在nc-Si薄膜的高壓研究方面，本課題分析了不同晶粒尺寸、密度的nc-Si薄膜在高壓下的相變行為規律，總結出其在高壓下不同於體材料的相變規律。尤其對其卸壓過程以及卸壓過程中出現的各高壓相結構進行詳細研究，結合高壓Raman光譜，初步確認了高壓nc-Si III相結構存在的壓力區間。對高壓nc-Si III相進行了發光特性的研究，發現其光致發光峰相比於常規nc-Si發生紅移的現象，分析了其能帶結構特徵。利用紅、藍雙光束激發實現了nc-Si III相結構中載流子的碰撞激發，並初步探索了與其帶隙相關的MEG特性行為。 本項目系統的研究了工藝參量以及引入勢壘層設計多層結構對薄膜微結構與性能進行調控的方法。結合高壓實驗技術手段，揭示了利用壓力對nc-Si薄膜物理性質進行調控的可行性。通過本項目的實施，為nc-Si III相薄膜的原位製備提供了新思路，為nc-Si薄膜在高效光伏器件中的套用提供重要實驗參考。
