《CuO(Cu2O)-ZnO-Ag納米線中的等離激元能量轉移增強光電轉換研究》是依託江蘇大學，由趙新宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CuO(Cu2O)-ZnO-Ag納米線中的等離激元能量轉移增強光電轉換研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙新宏
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光電轉換半導體材料與器件研究的核心任務是尋求更高效的電子-空穴對產生和分離的方法。等離激元能量轉移是不同於常規半導體中吸收光子實現電子-空穴對產生和分離的另一種很有前景的新途徑。本項目擬設計與製備CuO(Cu2O)-ZnO-Ag等金屬-半導體納米線結構。將等離激元共振能量轉移（PRET）引入到半導體的電子-空穴對產生和分離機制中，採用定量或半定量的實驗與理論分析，研究其中PRET的機制與規律，研究該結構基於PRET的非接觸光電轉換特性和規律。同時將PRET產生電子-空穴對與直接電子轉移和局域場增強兩種機制結合；並與CuO(Cu2O)-ZnO p-n結的電子-空穴對產生、輸運和分離有機結合起來，通過以上因素的共同作用以改進和提高其光電轉換性能。此項目的實施將為製備、設計和構建新型銅氧化物為基礎的光電轉換材料與器件提供新的途徑。
結題摘要
本項目重點研究潛在低成本、高效光吸收的CuO(Cu2O)-Au系列納米結構的等離激元能量轉移增強的光電轉換。測試其光吸收、光發射、螢光發射壽命等隨幾何參數、相互之間的取向和距離等的變化及影響。表征和分析各組分之間的相互作用及機理，以及研究等離激元共振能量轉移和熱電子轉移增強的光電轉換性能及其在太陽能電池、光探測器及光催化水分解等方面的套用。 1. 研究了CuO納米線陣列的穩態吸收和螢光光譜，不同於塊體CuO的發光特徵，CuO納米線在室溫下出現了幾個塊體材料通常只有在低溫下才會出現的缺陷和空位相關的發射帶。分別出現了峰位在403 nm、474nm和489 nm的藍綠髮光帶，以及在713 nm、735 nm和 758 nm的紅光及近紅外區域的發光帶，這些在相同條件下的塊體材料中很少見報導。CuO納米線的光吸收和發射表明其既有間接禁帶半導體（禁頻寬度為1.22 eV）特徵也有直接禁帶半導體（禁頻寬度為3.35 eV）特徵。 2. 開發出了Cu2O-Au各向異性納米線系列並分析和研究了其光譜特性，研究了結構參數對光譜、能量轉移效率等的調製，研究了等離激元熱電子轉移增強的載流子產生和光催化性能，螢光壽命研究表明，由於等離激元熱電子注入，Cu2O-Au納米線的螢光壽命比單獨Cu2O納米線提高了5倍。 3. 設計並構築了基於Cu2O-Au納米線的等離激元熱電子轉移增強光探測器件。金屬Au納米顆粒在光照下吸收入射光子能量產生的等離激元熱電子有足夠能量躍過Au-Cu2O之間的肖特基勢壘，在柵壓作用下在Cu2O溝道中加速形成漂移電流，顯著增強器件的光電導和其漏電流，顯著提高光器件的光探測靈敏度。同時，由於金屬等離激元熱電子直接注入Cu2O導帶的時間尺度在亞皮秒量級，所以Cu2O-Au納米線在相同條件的光回響速度亦明顯提高。 相比於單獨半導體材料，這種銅氧化物基金屬-半導體納米結構的等離激元和激子之間存在增強的相互作用，產生協同作用，既增強了光俘獲性能又增強了電子-空穴對的分離與輸運能力。在光催化、太陽能電池、光電子器件等領域具有潛在的套用價值。
