石墨烯性质-表面等离子体

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石墨烯表面等离激元

石墨烯表面等离激元

石墨烯表面等离激元石墨烯是一种由碳原子形成的二维晶体结构材料,它具有许多独特的物理和化学性质。

在石墨烯表面上,可以发生一种特殊的现象,称为等离激元。

等离激元是光与电子在金属或半导体表面上共振耦合的一种现象。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域中具有广泛的应用前景。

石墨烯表面的等离激元可以通过激发表面等离子体来实现。

当光射入石墨烯表面时,它会与表面上的电子相互作用,激发出等离子体波。

这种等离子体波可以在石墨烯表面上传播,并与光场相互作用。

这种相互作用可以导致光的局域化和增强,从而增加光与物质的相互作用强度。

这对于光电子学、传感器、光学器件等领域具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于表面增强拉曼散射(SERS)技术。

SERS技术是一种能够增强物质的拉曼散射信号的技术,可以用来检测微量的物质。

石墨烯表面的等离激元可以增强拉曼散射信号,使得SERS技术更加灵敏和可靠。

这对于生物医学、环境监测和食品安全等领域的应用具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于太阳能电池。

等离激元可以将光能转化为电能,从而提高太阳能电池的效率。

石墨烯作为一种优良的电导体,可以用于制备高效的太阳能电池。

石墨烯表面的等离激元可以增强太阳能电池对光的吸收和转化效率,从而提高太阳能电池的性能。

除了上述应用外,石墨烯表面的等离激元还可以用于纳米光子学、光子晶体和光学超材料等领域。

石墨烯的二维结构和优异的电子输运性质为等离激元的研究和应用提供了良好的平台。

石墨烯表面的等离激元可以用于设计和制备新型的光学器件和纳米材料,具有潜在的突破性应用。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用前景。

它可以用于光电子学、传感器、光学器件、SERS技术、太阳能电池、纳米光子学和光学超材料等领域。

通过研究和应用石墨烯表面的等离激元,我们可以深入理解光与物质的相互作用,推动材料科学和光学技术的发展。

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用石墨烯是由碳原子构成的二维晶体材料,其具有独特的物理和化学性质,因此在科学研究和工业应用中引起了广泛的关注。

石墨烯的表面改性是指通过对石墨烯表面进行化学修饰或物理处理,改变其表面性质和功能。

石墨烯的表面改性主要包括化学修饰和物理处理两种方法。

化学修饰是利用化学反应将分子或原子与石墨烯表面进行连接或覆盖,改变其表面性质和功能。

常用的化学修饰方法有氧化、还原、硝化等。

通过氧化可以在石墨烯表面引入羟基或羧基,使其具有良好的亲水性,从而提高石墨烯在涂层材料中的分散性和润湿性。

化学修饰还可以引入活性基团,使石墨烯具有更多的官能团,进而与其他物质发生化学反应,实现多种功能的引入。

物理处理是通过物理手段改变石墨烯表面的形貌和结构,从而改变其表面性质和功能。

常用的物理处理方法有热处理、等离子体处理等。

通过高温热处理可以使石墨烯表面形成缺陷和杂质,从而增加石墨烯的化学反应活性和催化性能。

等离子体处理可以在石墨烯表面引入氨基、羟基等官能团,增加其在涂层中的粘附性和耐久性。

石墨烯的表面改性在涂层中具有广泛的应用前景。

石墨烯具有极高的比表面积和导电性,可以增加涂层的阻隔性能和导电性能。

石墨烯具有优异的机械性能和化学稳定性,可以提高涂层的硬度和耐腐蚀性。

石墨烯还具有良好的光学性质和热导性能,可以改善涂层的透明性和导热性能。

石墨烯在涂层中的应用主要涉及领域包括电子器件、太阳能电池、防腐涂料等。

石墨烯可以作为电子器件的导电层,提高电子器件的导电性能和稳定性。

石墨烯可以作为太阳能电池的透明导电层,提高太阳能电池的能量转化效率。

石墨烯还可以用于制备具有优异防腐性能的涂料,提高金属材料的耐腐蚀性和保护性。

石墨烯的表面改性可以通过化学修饰和物理处理两种方法实现,其在涂层材料中具有广泛的应用潜力。

随着对石墨烯材料性质的深入研究和技术的不断突破,石墨烯涂层材料将会有更广泛的应用前景。

利用等离子体热处理方法在Zr金属表面直接制备Zr3O-ZrC石墨烯表面强化层

利用等离子体热处理方法在Zr金属表面直接制备Zr3O-ZrC石墨烯表面强化层

利用等离子体热处理方法在Zr 金属表面直接制备Zr 3O-ZrC/石墨烯表面强化层成亦飞, 罗 飞, 刘大博, 周海涛, 田 野, 罗炳威(中国航发北京航空材料研究院,钢与稀贵金属研究所,北京 100095)摘要:采用等离子体热处理方法,在Zr 金属表面直接制备Zr 3O-ZrC/石墨烯表面强化层。

利用X-射线衍射仪(XRD )、扫描电镜(SEM )、拉曼光谱(Raman )对Zr/Zr 3O-ZrC/石墨烯样品进行结构表征和成分的表征。

利用硬度计和纳米压痕对Zr/Zr 3O-ZrC/石墨烯样品进行表面硬度的表征。

研究结果表明:表面的复合增强层均匀的分布在Zr 金属表面,纯Zr 金属和Zr/Zr 3O-ZrC/石墨烯表面的硬度值分别为195HV 和639HV ,表面硬度在热处理后提高3.2倍。

纳米压痕结果表明,Zr 3O-ZrC 表面增强层是引起表面硬度提高的主要原因。

关键词:Zr 金属;表面增强;等离子体;ZrC ;石墨烯doi :10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000188中图分类号:O472 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2020)04-0019-06Zr 是一种难熔活性金属元素,金属Zr 及化合物因其具有高熔点、耐腐蚀、易加工等特点展现出优异的物理化学性能,成为核工业、化学工业和航空工业中重要部件的关键材料[1-3]。

然而,Zr 金属还存在这些缺点,即低表面硬度、低模量和高的摩擦因数。

因此,在特殊领域的应用中,还需要进一步优化其表面状态[4]。

在金属Zr 上进行表面改性的方法主要为沉积一层高硬度的表面涂层,如ZrC [5]。

目前,ZrC 涂层的主要制备方法有溅射沉积法、金属有机物化学气相沉积法、脉冲激光沉积法和化学气相沉积法(CVD )等[6-9]。

在这些方法中CVD 法制得的ZrC 涂层具有光滑致密,结构均匀性好,厚度可控的优点。

在核工业中,主要应用CVD 法来制备ZrC 涂层。

等离子蚀刻石墨烯功率

等离子蚀刻石墨烯功率

等离子蚀刻石墨烯功率等离子蚀刻是一种常用的加工技术,可以用于制备多种材料的微结构和纳米结构。

石墨烯作为一种新兴的二维材料,具有优异的电子传输性能、热导率以及力学性能,因此在微电子、光电子、传感器等领域有着广泛的应用潜力。

在石墨烯的制备过程中,等离子蚀刻技术被广泛应用,可以控制石墨烯材料的形貌和尺寸,调控其性能。

等离子蚀刻是一种利用等离子体对材料表面进行加工的技术。

等离子体是一种气体在高频电磁场中激发而形成的带电粒子的集合体,其中带正电荷的粒子称为正离子,带负电荷的粒子称为电子。

等离子蚀刻的过程涉及到等离子的生成、催化剂的作用和材料表面的反应等多个环节。

在等离子蚀刻石墨烯的过程中,需要选择合适数量和功率的等离子体源。

常见的等离子体源包括自然气体(如氩气、氧气等)和金属衬底(如金属网、金属盐等)。

通过控制等离子体的流量和功率,可以实现对石墨烯材料表面的选择性蚀刻。

首先,等离子蚀刻可以用于改善石墨烯材料的表面特性。

由于石墨烯是一种单层的碳材料,其表面容易受到杂质和缺陷的影响,从而导致其电子传输性能的下降。

通过等离子蚀刻,可以去除石墨烯表面的杂质和缺陷,提高其导电性能和光学特性。

其次,等离子蚀刻还可以实现对石墨烯材料形貌的调控。

石墨烯的形貌对其性能具有重要影响。

通过调控等离子体的流量和功率,可以实现对石墨烯的形貌的精确控制,如石墨烯的厚度、孔隙率等。

最后,等离子蚀刻还可以用于制备复杂的纳米结构。

石墨烯具有单层结构的特点,可以与其他材料进行界面结合,从而制备出具有特殊功能的纳米结构。

通过等离子蚀刻,可以实现对石墨烯材料和其它材料界面的形貌和性能的控制。

总体而言,等离子蚀刻对石墨烯材料的制备和调控具有重要意义。

通过控制等离子体源的功率和流量,可以实现对石墨烯材料的表面特性、形貌以及界面的调控,从而提高石墨烯材料的性能和应用前景。

此外,等离子蚀刻还具有加工速度快、效率高、对环境的影响小等优点,因此在制备石墨烯及相关材料的过程中备受青睐。

基于石墨烯和碳纳米管所设计的表面等离子体激元纳米激光器

基于石墨烯和碳纳米管所设计的表面等离子体激元纳米激光器

题目基于石墨烯和碳纳米管所设计的表面等离子体激元纳米激光器摘要表面等离子体激元纳米激光器(Spaser)是通过等离子体谐振器和增益介质来补充能量损失的表面等离子体激元的纳米尺度光源。

这里我们设计了一种碳基spaser,其中的石墨烯纳米片(GNF)谐振器被耦合到碳纳米管(CNT)增益元件上。

我们从理论上证明了,由于这种模式与CNT激子之间的近场的相互作用,所以光激发CNT可以零辐射地将能量转移到GNF的定域等离子体激元模式。

通过计算等离子体激元模式的定域场和等离子体激元激子的相互作用的矩阵元,我们发现了等离子激元的生成速率最高的spaser的最优几何参数和材料参数。

得到的结果可以证明,对等离子体纳米电路设计强大的和超级紧密连贯的的表面等离子体激元光源,将会非常有用。

关键词表面等离子体激元纳米激光器;石墨烯;碳纳米管;量子等离子体;光学器件正文纳米等离子体提供了超快制造超速纳米电路的巨大新机遇,因为它可以突破常规的光波衍射极限而微型化。

可以利用表面等离子体激元(SPs)在金属-电介质界面的电子集体振荡去携带处于纳米尺度的信息。

利用SP去激励电路,需要一个类似于电子晶体管或光学激光的激活装置。

通过辐射的受激发射放大表面等离子体激元,在活性等离子体装置中可被用于产生SP,这种现象被称为spaser。

spaser的运作,要求增益介质的激发能能被零辐射转移到耦合等离子体谐振器中,以增大其定域的SP模式的振幅。

通过SP受激辐射放大,spaser能产生比那些构建于金属表面由激光源激励的更强更连贯的等离子场。

最近SP的受激辐射的实验,实现了spaser的第一个实用性应用——一个被染料掺杂的二氧化硅包裹的球形金纳米颗粒。

spaser的运行特征,诸如等离子激元的生成速率,发射波长,SP的品质因子以及阈值增益,强烈依赖于其几何形状和组成。

因此,许多spaser的设计方案已被提出并进行分析,以寻求性能上的最佳。

这些包括一个位于光泵浦多量子阱(QW)之间的金箔等离子体激元波导,一个由量子点(QD)包裹的V形的金属纳米颗粒,一个在有源基底上的环缝谐振器的阵列,一个领结形束缚量子点金属结构和一个在其底部的带量子点的金属纳米凹槽。

石墨烯光学性质以及二维材料的纳米光子学性质浅析

石墨烯光学性质以及二维材料的纳米光子学性质浅析
① 石墨烯与等离子体纳米结构相结合
使光集中用于等离子体共振,从而使局部电场得到显著增强。在量子效 率方面得到巨大提高。但也会导致可操作宽带的范围减少。
② 整合量子点和石墨烯
用胶体量子点覆盖石墨烯可以获得具有能够获得具有 108 电子/光子的的超高光电探测和 107AW-1 的光响应的光电探测器。但由于需要长时间产生增益, 它们的运算速度也很低。
石墨烯等离激元学
由于石墨烯同时具有高的载流子迁移率和高导电性,它也成为了一种极具前 景的太赫兹到中红外等离子体器件应用的候选材料。等离子体具有高局域场 强度,广泛用于包括光学天线,近场光学显微镜,化学和生物传感器和亚波 长光学器件等。和传统等离子材料相比具有以下优点: ① 可以通过化学掺杂和门电压调控。 ② 具有更强的局域性 ③ 低损耗和长寿命 ④ 结晶度
过渡金属二硫化物光子学
过渡金属二硫化物(TMDCs)是化学公式为MX2的材料,M代表Mo、W、Nb、Re 这一类元素,X是硫元素。
TMDCs的层间相互作用是弱范德华力,而平面成键是强共价键。因此TMDCs 可以被剥离到类似石墨烯的薄膜结构,显著地扩展了二维材料的材料库。一 些二维的TMDCs,如钼和钨的硫化物,在多层的形式中有间接带隙,而在它们 的单层形式中成为直接带隙半导体。他们相当大的和可调带隙,不仅仅能产 生强的光致发光,也能打开像光电探测器,能量收集器,电致发光等光电器 件的大门。而且不同于石墨烯基器件,他具有可操作的光谱范围。另外,在 一些二维的TMDCs中已经证明了的奇异光学性质,如谷相干和谷选择性的圆二 色性,使这些材料非常有希望发现新的物理现象。
① 光与石墨烯的相互作用从能带跃迁的角度主要有两种:带间跃迁和带内跃 迁。远红外和太赫兹光谱区为带内跃迁,近红外及可见光光谱区主要是带 间跃迁;

石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究

石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究

石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究石墨烯是一种在近年来备受瞩目的纳米材料,它具有极高的导电性和热导性,在电子学、能源存储和光学应用等领域展现出了巨大的潜力。

其中,石墨烯在光学方面的研究尤为重要。

石墨烯具有单原子厚度和大的比表面积,这使得它在光学上具有一些独特的性质。

首先,石墨烯对光的吸收非常高效。

由于其单原子厚度,光可以直接进入石墨烯中,并被其高度导电性的碳原子吸收。

此外,石墨烯的大比表面积也使得它能够捕获更多的光子能量。

因此,石墨烯具有极高的光吸收率,是一种非常有效的光吸收材料。

其次,石墨烯还表现出了一些其他的光学性质。

例如,石墨烯具有非常强的光散射能力。

当光通过石墨烯时,它会与石墨烯中的电子相互作用,并发生散射。

这种散射效应可以用来制备透明导电薄膜。

石墨烯的高光学透射率和导电性使得它非常适合用于光电子器件的制备。

此外,石墨烯还具有可调节的光学性质。

通过控制石墨烯的厚度和物理结构,可以调控其吸收和散射光的波长范围。

这为石墨烯在光学器件中的应用提供了更大的灵活性。

例如,石墨烯可以被用作可调谐滤光器,通过调节外界电场来改变其吸收和透射光的波长。

这种可调节性使得石墨烯在光通信和光传感器等领域有着广阔的应用前景。

对于石墨烯纳米材料的光吸收和光学性质研究,科学家们已经取得了一系列的重要突破。

例如,研究人员发现,在石墨烯和其他二维材料的异质结构中,可以产生新的光学效应。

此外,通过利用局域表面等离子体共振效应,可以进一步增强石墨烯的光吸收能力。

这些研究不仅深化了对石墨烯的理解,还为其在光学器件领域的应用开辟了新的可能性。

尽管石墨烯在光学方面展现出了巨大的潜力,但在其应用过程中也存在一些挑战。

例如,石墨烯的制备和操控依然面临一定的难题。

目前,大规模制备高质量的单层石墨烯仍然是一个挑战。

此外,石墨烯的光学性质也需要更深入的研究和理解,以实现其在实际应用中的最大化利用。

总之,石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质的研究是一个重要的课题。

表面等离子激元在石墨烯上的基础性质和物理浅析

表面等离子激元在石墨烯上的基础性质和物理浅析

表面等离子激元在石墨烯上的基础性质和物理浅析摘要:表面等离子激元在石墨烯有许多有趣的基础性质和存在巨大的潜在应用。

它们可以再亚波长范围内很好的限制电磁场的能量,并且可以通过栅极电压调控。

它们的频率可以从太赫兹跨度到红外甚至到可见光范围。

这是对现有石墨烯等离激元知识的一个综述,其中特殊强调了等离子体光学损失和不同衰减通道的比较,这些都是现在还没有完全搞清楚的。

最后我们会概述石墨烯等离激元元的潜在应用。

1、简介近些年,平面波导和光子晶体技术取得了很大的进展,打开了通往制造新型的、更有效率的、小型化的光学器件的道路。

光可以在成千上万太赫兹的频率上传播,伴随着大的带宽和低损耗,因此现有的在千兆赫兹频率上运行的光限制了电子设备的发展。

然而对于光学器件小型化的限制来自于衍射极限的限制。

为了使光学器件突破这种极限从而制造一种纳米光子器件,使它能在大宽带近红外或者可见光下运行,需要在衍射极限先对电磁场进行很好的调控。

一条可能是唯一的能制备纳米光学器件的途径是等离子激元的激发,这也是正在兴起的研究领域:等离子体光子学。

实际上,根据系统的形态和维度可以有很多种等离激元激发。

体状的等离激元是导体内电子的集体激发,然而它们并不是光子学的研究对象。

等离子体光子学是建立在表面等离子激元极化子——电磁波受限于导体—电介质界面间上的。

这种波长比在空气中的同种频率的波长要短得多,这使在纳米范围内调控光成为可能,也就打破了衍射极限。

然而,现今很没有找到一个很好的能够限制电磁能并且低能损的等离激元材料。

石墨烯拥有特殊的电学、光学、机械性质,使得石墨烯等离激元有大量的研究。

石墨烯是一层2维的蜂窝状排列的碳碳原子层。

它可以通过外部的栅极电压来控制电子和空穴的多少,这是一个很吸引人的光学特性。

石墨烯的表面等离子激元吸引了众多的关注。

一个主要的原因是石墨烯的一些性质,例如分散性和电子—空穴对激发的内带损耗可以通过外部栅极电压调控。

石墨烯上表面等离子激元效应存在的实验证据最先来自电子能量损失谱。

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1 石墨烯电子能带结构所带来的性质
石墨烯是零带系半导体,其能带结构在K空间成对顶的双锥形,费米面在迪拉克点之上,石墨烯为n型,费米面在狄拉克点以下为p型。

由于其能带结构的特殊性,在狄拉克点处的电子态密度很低,对于费米面在狄拉克点附近的高质量石墨烯,通过简单的掺杂或用栅压调控,就可以使其费米面有很大幅度的移动,从而很容易用人工的方法制作出石墨烯的p-n结结构。

而该结构是太阳能电池材料所必需的条件。

2、石墨烯对红外光的高透过性
石墨烯对光的透过率可达到97.7%以上,使其成为太阳能电池电极材料的很好选择。

现在太阳能电池的透过效率不好原因是太阳能电池上层电极对太阳光中的红外部分吸收十分严重,而红外部分又是太阳光能量的一个集中区,所以影响了下方的光伏材料获得的光的强度。

而石墨烯对红外的透过性非常好,用石墨烯带作为太阳能电极材料,可大幅度提高转化效率。

3、石墨烯中的高载流子迁移率
石墨烯中的电子的迁移率大约是硅的100倍,而电导率是与迁移率和载流子浓度乘积成正比,而材料的透光性能又通常和载流子浓度成反比。

一般材料如果对光的透过性很好,那么它的载流子浓度就很低,而通常迁移率也很低,从而导电率也很差,这也是目前为什么太阳能透明电极没有很好性能的原因。

而石墨烯这种新材料,它的载流子迁移率如此之高,即使在载流子浓度很低时(透光性很好),也能保证两者乘积很客观,有很好的导电性。

这也进一步解释了石墨烯适合用于太阳能电池电极的原因。

4、石墨烯中的光激发电子-空穴对的产生消失时间
石墨中的电子式狄拉克电子,速度接近光速三分之一,室温下传导电子比任何其他已知导体要快,所以被光激发出的电子-空穴对可以快速形成电流,同理在撤去光源后也可以迅速消失。

基于石墨烯的光伏器件对光的响应目前在实验室中已达到THz,成为超快光电探测器的候选材料
5、石墨烯的热载流子效应
石墨烯可以对光产生不同寻常的反应,在室温和普通光照射下,就可以发生热载流子效应,产生电流。

当光照在石墨烯上时,可以产生两个具有不同电气特
性区域,进而出现温差,产生电流。

石墨烯在激光照射加热不一致时,携带电流的电子被加热,而晶格中的碳原子核保持低温。

正是由于石墨烯的光电反应现象更为丰富。

石墨烯再次给人们带来惊喜。

美国麻省理工学院及哈佛大学的研究人员发现,石墨烯可以对光产生不同寻常的反应,在室温和普通光照射下,就可以发生热载流子效应,产生电流。

这一发现不仅为石墨烯再添新奇属性,更有希望使其在太阳能电池、夜视系统、天文望远镜及半导体传感器等应用领域发挥作用。

该研究发表在近期出版的《科学》杂志上。

研究人员在实验室制造了复杂的石墨烯纳米P-N结,利用850纳米的激光照射石墨烯P-N结介面,并测量激光照射点产生的光电流。

结果发现,随着激光强度的增加,特别是在低温的条件下,可取得最大为5 毫安/瓦(mA/W)的光电流,这一数值比以前的石墨光电器件高6倍。

热载流子效应并不新奇,但通常情况下,需要在接近绝对零度或在极强的激光照射下才会发生,但石墨烯却表现出在室温和普通光下就可以产生热载流子效应的性能,这让人们对石墨烯未来的应用产生了巨大的想像空间。

此前曾发现过石墨烯在光照下产生电流的现象,但研究人员错误地认为是光伏效应。

而麻省理工学院的研究人员发现,当光照在石墨烯上时,可以产生两个具有不同电气特性的区域,进而出现温差,产生电流。

石墨烯在激光照射加热不一致时,携带电流的电子被加热,而晶格中的碳原子核保持低温。

正是由于石墨烯内部的温差,产生了电流。

这种不同寻常的机制就称为热载流子效应。

(所谓热载流子就是具有高能量的载流子,即其动能高于平均热运动能量。

当载流子从外界获得了很大能量时,便可成为热载流子。

由于热载流子所造成的一些影响,就称为热载流子效应。


研究人员认为,石墨烯之所以会产生上述现象,是由于大多数材料的过热电子可将能量传递到周围晶格,而石墨烯则需要很高的能量才能振动其晶格的碳原子核,因此只有很少的电子能将热能转移到晶格。

研究人员表示,该研究成果是光电及能量采集方面十分重要的进展。

由于这种现象十分新颖,还需要进一步深入的研究,才能清楚地了解其重要意义。

但可以肯
定的是,这种特性将会有非常广泛的应用前景。

首先,它有可能在利用太阳能方面产生重大的突破。

典型的光伏材料仅对特定频率或颜色的光发生反应,而石墨烯对光发生反应的范围非常宽。

研究结果还表明,石墨烯能十分有效地收集太阳能。

因此太阳能电池的最大突破有可能会来自于石墨烯。

其次,由于石墨烯以不同的方式产生电流,因此可以利用石墨烯来制造超高速光子探测器。

石墨烯对红外光的反应更有其独到之处,有望成为夜视系统及高级天文望远镜的重要组成部分。

此外,石墨烯也可应用于检测重要的生物分子。

毒素、病菌或食品污染物等物质在光照射下,会发出红外光。

此前所使用的半导体传感器,通常包含一些十分昂贵的稀有元素,而利用石墨烯生产传感器,成本将会大大降低。

1. 光捕获作用:对存在于均匀无耗的介质中的金属纳米颗粒,当光入射到颗
粒上时从颗粒散射的前向波和后向波几乎是对称的。

但是当纳米颗粒被放
在两种不同介电材料的分界面时,入射的光将更多的被散射到介电常数比
较大的材料里。

散射光在介质材料里将有一定的立体角分布并增加光在
介质中的传播路径,如图所示,这样使更多的光被限制在光伏器
件中。

此外,如果光伏器件有可以反射光的金属背电极,从电极反射回来
的光将再次与金属纳米颗粒相互作用并被延迟,这样反复的作用使得入射
的光将会在半导体层中经过多次的光程,从而提升光的吸收。

2. 光汇聚作用:金属纳米颗粒被复合到光伏电池异质结后,金属纳米颗粒的
局域表面等离激元可以极大的提升颗粒周围的局域电磁场,从而有效地提
高颗粒周围半导体材料的光吸收能力,如图所示。

金属纳米颗粒
可以近似为入射光的汇聚天线,它们将入射的光场能量储存在局域表面等
离激元模式中,从而提高光伏电池吸收光的效率。

3. 表面等离激元极化传导模式增强作用:在这种结构中,光在金属背电极和
活性层半导体吸收体之间的界面上传播,所示,这是一种基
于表面等离激元极化的电磁传播模式,在等离激元谐振频率处,这种消逝
电磁波模式被限制在两种材料的分界面,作用距离小于光的波长。

在界面
上激发的表面等离激元极化模式可以有效地将光限制在半导体吸收体中。

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