光伏材料制成的納米點支持波導模式
光伏產業網訊
發布日期：2020-08-27
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光伏材料制成的納米點支持波導模式
近年來，對硫化銻或輝銻礦(Sb 2 S 3)進行了深入研究，作為無毒，環保的太陽能電池的有前途的材料。現在可以用包含輝石的納米顆粒的墨水制造光伏薄膜，并對幾乎任何形狀的2-D和3-D結構進行納米構圖。這種簡單，具有成本效益的生產方法滿足了可靠，廣泛使用的先決條件。
由于輝銻礦是一種有效的半導體(即，它具有高吸收系數和載流子遷移率)，因此其納米結構有望成為用于全光信號處理和計算的光開關材料。奧爾登堡大學物理研究所的研究員佩特拉·格羅斯(PetraGroß)解釋說：“用輝石在很大程度上透明的波長的近紅外光照明，可以導致其折射率的超快變化。這意味著在表面上圖案化的輝銻礦納米粒子可以通過紅外光脈沖來切換光學性能，例如顏色外觀的反射。”
如果將輝銻礦納米結構用于可切換的納米器件中，那么高光學質量至關重要。發表在Advanced Photonics上的最新研究調查了輝銻礦納米結構的光學性質。這項研究表明輝銻礦納米點可以充當高光學質量的波導。這一發現，加上簡便的2D和3D結構化能力以及令人感興趣的光學性能，表明輝銻礦納米結構作為可轉換材料在未來的應用中具有很大的潛力。
輝銻礦納米點
該研究的主要作者詹金欣目前是奧爾登堡大學克里斯托夫·利瑙教授的近場光子學實驗室的博士研究生。詹解釋說，輝石的電子顯微鏡圖像顯示表面相當不平坦。詹和她的團隊與康斯坦茨大學的研究人員合作，旨在通過研究輝石表面上的輝石納米點(直徑為400 nm)來估計輝石納米結構的光學性質。
詹說：“這樣的光學檢查很困難。納米結構的尺寸通常小于可見光的波長，因此光譜測量通常僅對多個納米結構的集合體進行。”
納米粒子聚焦
為了實現困難的光學檢查，Zhan和她的團隊開發了一種新型的近場光譜學，可以對單個納米粒子進行光學研究。它基于散射型掃描近場光學顯微鏡(SOM)，在該顯微鏡中，將具有約10 nm曲率半徑尖頭的金探針靠近納米結構的表面并對其進行掃描。被尖端散射離開結構的光被檢測器收集。
詹指出：“通常，存在大量的背景光，我們可以通過調制尖端采樣距離并將散射的光與寬帶參考激光混合來抑制這種情況。配備快速線攝像頭的單色儀使我們能夠測量在進行光柵掃描時，在每個位置都能完成光譜分析。” 光譜帶寬為200 nm，空間分辨率約為20 nm，因此該團隊可以研究單個納米點內的光學特性或光譜解析強度分布。
生成的輝銻礦納米粒子圖顯示，盡管它們在結構研究中明顯存在不規則表面，但它們仍可充當高折射率介質波導。詹進一步解釋說：“使用我們的新方法，我們看到納米點上的模式輪廓與光學玻璃纖維中導波的模式輪廓非常相似。計算表明，直徑為400 nm的輝石的圓柱形波導應支持四個這四種最低階模式的計算疊加非常符合我們的實驗觀察結果。這些模式在我們近場光譜測量的整個200 nm帶寬上得到支持。”
Lienau指出，這項新穎的技術提供了一種全新的“觀察”微量納米材料的方式，并為研究其在超快時間尺度上的光激發動力學打開了大門。他說：“詹金新和PetraGroß開發的光譜技術非常有前途。現在，該團隊已經展示了具有深亞波長分辨率和高靈敏度的局部光散射光譜。我們相信我們將能夠進一步改善空間分辨率迅速達到幾納米范圍。”