光伏材料制成的纳米点支持波导模式
光伏产业网讯
发布日期：2020-08-27
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光伏材料制成的纳米点支持波导模式
近年来，对硫化锑或辉锑矿(Sb 2 S 3)进行了深入研究，作为无毒，环保的太阳能电池的有前途的材料。现在可以用包含辉石的纳米颗粒的墨水制造光伏薄膜，并对几乎任何形状的2-D和3-D结构进行纳米构图。这种简单，具有成本效益的生产方法满足了可靠，广泛使用的先决条件。
由于辉锑矿是一种有效的半导体(即，它具有高吸收系数和载流子迁移率)，因此其纳米结构有望成为用于全光信号处理和计算的光开关材料。奥尔登堡大学物理研究所的研究员佩特拉·格罗斯(PetraGroß)解释说：“用辉石在很大程度上透明的波长的近红外光照明，可以导致其折射率的超快变化。这意味着在表面上图案化的辉锑矿纳米粒子可以通过红外光脉冲来切换光学性能，例如颜色外观的反射。”
如果将辉锑矿纳米结构用于可切换的纳米器件中，那么高光学质量至关重要。发表在Advanced Photonics上的最新研究调查了辉锑矿纳米结构的光学性质。这项研究表明辉锑矿纳米点可以充当高光学质量的波导。这一发现，加上简便的2D和3D结构化能力以及令人感兴趣的光学性能，表明辉锑矿纳米结构作为可转换材料在未来的应用中具有很大的潜力。
辉锑矿纳米点
该研究的主要作者詹金欣目前是奥尔登堡大学克里斯托夫·利瑙教授的近场光子学实验室的博士研究生。詹解释说，辉石的电子显微镜图像显示表面相当不平坦。詹和她的团队与康斯坦茨大学的研究人员合作，旨在通过研究辉石表面上的辉石纳米点(直径为400 nm)来估计辉石纳米结构的光学性质。
詹说：“这样的光学检查很困难。纳米结构的尺寸通常小于可见光的波长，因此光谱测量通常仅对多个纳米结构的集合体进行。”
纳米粒子聚焦
为了实现困难的光学检查，Zhan和她的团队开发了一种新型的近场光谱学，可以对单个纳米粒子进行光学研究。它基于散射型扫描近场光学显微镜(SOM)，在该显微镜中，将具有约10 nm曲率半径尖头的金探针靠近纳米结构的表面并对其进行扫描。被尖端散射离开结构的光被检测器收集。
詹指出：“通常，存在大量的背景光，我们可以通过调制尖端采样距离并将散射的光与宽带参考激光混合来抑制这种情况。配备快速线摄像头的单色仪使我们能够测量在进行光栅扫描时，在每个位置都能完成光谱分析。” 光谱带宽为200 nm，空间分辨率约为20 nm，因此该团队可以研究单个纳米点内的光学特性或光谱解析强度分布。
生成的辉锑矿纳米粒子图显示，尽管它们在结构研究中明显存在不规则表面，但它们仍可充当高折射率介质波导。詹进一步解释说：“使用我们的新方法，我们看到纳米点上的模式轮廓与光学玻璃纤维中导波的模式轮廓非常相似。计算表明，直径为400 nm的辉石的圆柱形波导应支持四个这四种最低阶模式的计算叠加非常符合我们的实验观察结果。这些模式在我们近场光谱测量的整个200 nm带宽上得到支持。”
Lienau指出，这项新颖的技术提供了一种全新的“观察”微量纳米材料的方式，并为研究其在超快时间尺度上的光激发动力学打开了大门。他说：“詹金新和PetraGroß开发的光谱技术非常有前途。现在，该团队已经展示了具有深亚波长分辨率和高灵敏度的局部光散射光谱。我们相信我们将能够进一步改善空间分辨率迅速达到几纳米范围。”