【正文】 物化性質(zhì)（如尺寸大小、分散性等）；利用NMR、FTIR、XPS檢測硅納米材料與生物功能分子結(jié)合情況，并利用圓二色譜測定蛋白活性。具體為：① 細(xì)胞層次的生物安全性評價。當(dāng)達到規(guī)定孵育時間后，采用MTT法測量不同時間段和不同濃度下的細(xì)胞活性。具體為：以靜脈注射的方法，將一定量的納米探針從小鼠的尾部靜脈注入，作為實驗組；將一定量的生理鹽水以相同方式注入小鼠，作為對照組。同時，將小鼠主要臟器進行組織切片，并用熒光共聚焦顯微鏡進行定性觀察。研究表明異位hCG與腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移特性以及腫瘤微環(huán)境和免疫耐受形成關(guān)系密切，因而以hCG為靶點并標(biāo)記上探針，可開展絨毛膜癌微轉(zhuǎn)移的早期診斷和治療研究。結(jié)合小動物成像檢測和冷凍切片檢測，對不同時間段絨毛膜癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移進行實時、長程跟蹤，研究絨毛膜癌細(xì)胞在活體內(nèi)的微轉(zhuǎn)移過程。通過外延生長法或者表面氧化法，可以利用很多元素對硅納米線的表面進行鈍化。這可以通過計算準(zhǔn)粒子能差(quasiparticle gap, Eqp = E(n1) + E(n+1) 2E(n))得到具體的信息。同時我們將研究不同表面(110),(111)進行磷鈍化、氫鈍化對其電子性質(zhì)的影響，這將為元素?fù)诫s硅納米線表面奠定更詳細(xì)的理論基礎(chǔ)。硅納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于太陽能電池需要高的電導(dǎo)率和低的聲子傳輸率。(2) 硅納米線陣列結(jié)構(gòu)光吸收效率的理論模擬。 周期性硅納米線的結(jié)構(gòu)示意圖。對硅光伏電池應(yīng)用來講， eV。② 通過理論和實驗相結(jié)合，系統(tǒng)地研究硅線的摻雜、表面修飾對硅納米線的帶寬和光學(xué)常數(shù)的影響，這樣我們就能建立起結(jié)合DFT和TMM的硅納米線陣列太陽能電池的理論模型并確立各個參數(shù)對其效率的影響，從而為理性設(shè)計和改進電池的效率奠定基礎(chǔ)。為此，本項目將根據(jù)前期研究工作的基礎(chǔ)、新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)和技術(shù)問題，結(jié)合國際前沿，開展針對光功能應(yīng)用目標(biāo)的硅納米結(jié)構(gòu)高效（規(guī)?；?、可控制備及光學(xué)/光電性能調(diào)控研究，在解決硅納米結(jié)構(gòu)光功能應(yīng)用中共性的關(guān)鍵科學(xué)問題的基礎(chǔ)上，開展硅納米結(jié)構(gòu)光伏及熒光標(biāo)記的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。(2) 發(fā)展了利用氧化物輔助（OAG）大規(guī)模制備無金屬污染硅納米線，以及金屬離子催化溶液刻蝕制備硅納米線陣列的方法，這兩種方法已經(jīng)得到國際承認(rèn)并被廣泛應(yīng)用。由于使用硅片的成本降低，同時制作工藝簡化，有望大幅度降低當(dāng)前硅電池的發(fā)電成本。因此，本項目研究技術(shù)路線先進可行，具備了取得重大突破的條件。通過硅納米結(jié)構(gòu)的表面修飾，引入烷基硅碳鍵、共軛分子層、無機半導(dǎo)體化合物層的核殼結(jié)構(gòu)，鈍化或阻止少數(shù)載流子到達表面，減小電荷的復(fù)合速度。(2) 大面積、有序一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)的可控制備。近期目標(biāo)(兩年內(nèi)）：與傳統(tǒng)單晶硅電池相比，硅材料用量少于50%以下（或硅材料純度低于1個數(shù)量級），效率達1315%；中期目標(biāo)（五年內(nèi)）：與傳統(tǒng)單晶硅電池相比，硅材料用量少于50%以下（或硅材料純度低于1個數(shù)量級），效率達1722%。承擔(dān)單位：蘇州大學(xué)、無錫尚德太陽能電力有限公司建議課題負(fù)責(zé)人：孫寶全教授主要參加人員：李述湯教授、揭建勝教授、王永謙主任工程師、喬琦工程師經(jīng)費比例：27% 課題3 硅納米結(jié)構(gòu)的熒光標(biāo)記應(yīng)用的基礎(chǔ)研究研究目標(biāo):建立溫和的生物分子偶聯(lián)方法，實現(xiàn)發(fā)光硅納米結(jié)構(gòu)與生物分子的定向偶聯(lián)，構(gòu)建具有良好的光學(xué)特性和生物活性的偶聯(lián)產(chǎn)物，并將其作為生物探針與特定的腫瘤標(biāo)志物進行高靈敏度、高特異性靶向標(biāo)記，在動物層次，實現(xiàn)基于硅納米結(jié)構(gòu)的絨毛膜癌微轉(zhuǎn)移的熒光示蹤，為早期診斷、治療絨毛膜癌提供重要依據(jù)。承擔(dān)單位：復(fù)旦大學(xué)、蘇州大學(xué)建議課題負(fù)責(zé)人：李富友教授 主要參加人員：章英劍教授、吳志英教授、何耀教授、黃順根副教授經(jīng)費比例：27% 課題4 硅納米結(jié)構(gòu)的性能調(diào)控及相關(guān)應(yīng)用的理論研究研究目標(biāo): 通過理論和數(shù)值模擬計算，闡明形貌、尺寸、表面/界面結(jié)構(gòu)對硅納米結(jié)構(gòu)光學(xué)/光電性能的影響機制，并建立若干經(jīng)過實驗檢驗的理論模型，為實驗設(shè)計和改進硅納米材料的性能提供理論指導(dǎo)，實現(xiàn)光電器件仿真。從課題1到課題2，再到課題3，分別是根據(jù)硅納米結(jié)構(gòu)研究的邏輯順序“生長→性能→應(yīng)用”進行設(shè)置。利用化學(xué)氣相沉積及物理、化學(xué)刻蝕等方法制備硅納米線/孔陣列結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化實驗參數(shù)，改進技術(shù)工藝，提高合成可控性，研究控制陣列尺寸、密度、占空比等陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。利用瞬態(tài)光電壓、光電流、電容和電導(dǎo)等方法，在器件水平上測試多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的擴散距離和壽命，并尋找適當(dāng)?shù)谋砻驸g化方法來抑制表面復(fù)合。研究零維、一維硅納米材料性能與其直徑和尺寸的關(guān)系?；谝痪S硅納米線pn結(jié)全無機太陽電池，其轉(zhuǎn)換效率突破10%。(7) 完成年度報告，發(fā)表1620篇高質(zhì)量論文，申請36項發(fā)明專利。通過改變不同的異質(zhì)結(jié)材料、材料的沉積工藝考察對最終電池轉(zhuǎn)換效率的影響。對硅基熒光探針在細(xì)胞層次的毒性進行評價，研究探針性質(zhì)/結(jié)構(gòu)、細(xì)胞株系、孵育條件與細(xì)胞毒性之間的關(guān)系。(3) 在器件的轉(zhuǎn)換效率上處于國際領(lǐng)先水平，基于有機無機雜化的硅納米結(jié)構(gòu)肖特基太陽電池的轉(zhuǎn)換效率達到79%；全無機材料的硅納米線結(jié)構(gòu)的光伏電池其轉(zhuǎn)換效率突破13%。(6) 給出硅納米材料結(jié)構(gòu)與主要性能的關(guān)系，總結(jié)出影響硅納米材料穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)因素，以及提高硅納米材料的光電性能、熒光標(biāo)記應(yīng)用的結(jié)構(gòu)特征。發(fā)展針對硅納米結(jié)構(gòu)單體、集合體的表征技術(shù)，研究硅納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)、摻雜、表界面等因素對其光電性能的影響，建立表界面與硅納米結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系。(4) 在硅納米材料表面上修飾有機/無機材料，包括有機小分子、共軛高分子、高惰性的金屬納米晶體和窄帶隙量子點等，通過模擬研究不同修飾材料對硅納米結(jié)構(gòu)表面以及材料性能的影響。(4) 篩選出可以實現(xiàn)高效率雜化電池的有機材料23種，基于有機材料的雜化光伏電池的轉(zhuǎn)換效率突破9%。(7) 通過理論模擬總結(jié)出有機小分子、共軛高分子、納米晶、量子點修飾的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，給出優(yōu)化的有機小分子、高分子、納米晶、量子點方案。結(jié)合形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)和組分控制等調(diào)控手段，進一步通過控制硅納米材料表界面結(jié)構(gòu)、表面鍵態(tài)、功能團，進行針對性的物理和化學(xué)修飾，如表面清潔、鈍化、摻雜，實現(xiàn)對硅納米結(jié)構(gòu)光電性能的調(diào)控與利用。探索和優(yōu)化硅基探針特異性標(biāo)記絨毛膜癌細(xì)胞的實驗條件，對不同時間段絨毛膜癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過程進行實時熒光跟蹤。(3) 發(fā)展12種基于表面/界面控制的硅納米結(jié)構(gòu)光電性能調(diào)控的手段。(7) 實現(xiàn)硅基探針對絨毛膜癌細(xì)胞的特異性識別。研究硅納米陣列結(jié)構(gòu)中上轉(zhuǎn)換、單光子多電子體系的構(gòu)筑，并對其相關(guān)過程進行探索，著重研究能夠有效利用入射光子并提升陣列全太陽光譜吸收能力的手段。對硅納米結(jié)構(gòu)的光伏器件表面復(fù)合機制進行比較全面的物理測試，探討硅納米結(jié)構(gòu)光伏器件的復(fù)合機制，并發(fā)展有效抑制硅納米結(jié)構(gòu)表面復(fù)合的方法。(1) 揭示硅量子點的發(fā)光機制，對影響其光學(xué)性能的可能因素有深入認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上，建立23種有效調(diào)制其光學(xué)性能的方法。(6) 理解硅納米結(jié)構(gòu)表面/界面光生載流子表面的快速復(fù)合機制，獲得可以制備高效硅納米電池的器件結(jié)構(gòu)。(8) 通過理論模擬方法闡述硅納米線陣列光吸收的物理機制，建立經(jīng)過實驗檢驗的理論模型。(3) 建立與完善核殼模型，從理論角度指導(dǎo)硅納米結(jié)構(gòu)光電性能的調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，拓展發(fā)光探針的生物影像研究。(2) 對有機無機光伏器件進行系統(tǒng)的研究，總結(jié)性考察材料、結(jié)構(gòu)和表面鈍化對光伏電池的影響。(9) 完成年度報告，發(fā)表1923篇高質(zhì)量論文，申請69項發(fā)明專利。基于全無機材料的光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到1316%。(1) 完善硅量子點光學(xué)性質(zhì)調(diào)控的方法，發(fā)展以表面修飾與組裝等方法對其光學(xué)性質(zhì)進行調(diào)制的方法。設(shè)計pin結(jié)構(gòu)的太陽電池，選用硅納米線陣列作為基片，通過i調(diào)節(jié)禁帶寬度的生長條件改變硅晶粒大小，選擇合適的生長條件來制備納米硅薄膜太陽電池，研究納米線的直徑、長度，以及i層中的晶態(tài)比、晶粒尺寸、電導(dǎo)率和光學(xué)帶隙等與光伏電池特征參量（如少數(shù)載流子壽命、電流—電壓特性、光電導(dǎo)和暗電導(dǎo)光譜、開路電壓、短路電流、填充因子、轉(zhuǎn)換效率、二極管因子和器件穩(wěn)定性等）的關(guān)系，并由此優(yōu)化納米硅太陽電池性能。第四年(1) 探索通過表面修飾以及量子點組裝，對量子點發(fā)光波長、強度、效率等光學(xué)性質(zhì)進行調(diào)制的方法。(5) 對等離子基元增強電池的性能具有初步理解。(2) 建立硅納米線/孔陣列形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)、表面/界面與其光學(xué)性能的關(guān)系，初步實現(xiàn)對其光學(xué)性能的調(diào)控。利用快速熱氧化進行電池表面熱氧化鈍化研究；通過Al/Si合金工藝制備背電極和構(gòu)筑鋁背場；制備透明導(dǎo)電氧化物薄膜電極和柵型金屬收集電極；分析硅納米洞光伏電池光電性能；通過優(yōu)化擴散工藝和表面鈍化等手段，獲得高光電轉(zhuǎn)換效率硅納米洞光伏太陽電池。第三年(1) 研究硅量子點的光學(xué)性能調(diào)控方法，進行硅量子點的控制生長、修飾和組裝；研究良好穩(wěn)定性、水溶性及生物相容性下硅量子點發(fā)光性能的調(diào)控。(4) 獲得優(yōu)化的硅納米結(jié)構(gòu)光伏電池結(jié)構(gòu)。(1) 建立宏量制備具有高熒光發(fā)光效率、良好穩(wěn)定性、水溶性及生物相容性硅量子點的的方法。構(gòu)建軸向pn結(jié)，徑向pn結(jié)或是僅將硅納米結(jié)構(gòu)作為陷光層，考察不同結(jié)構(gòu)的光伏電池對不同工藝制作的太陽能電池性能影響。通過使用ITO、金屬等廉價生長襯底，以及降低硅純度，使用多晶硅、非晶硅作為刻蝕硅襯底等方式，降低合成成本；結(jié)合表面納米壓印或大面積自組裝等技術(shù)，快速實現(xiàn)硅表面金屬催化劑圖案化，進而得到大面積納米線/孔陣列；通過將陣列的逐層剝離與轉(zhuǎn)移，并結(jié)合卷對卷等低成本工藝，實現(xiàn)硅納米線/孔陣列的高效、規(guī)?；苽?，并采用柔性轉(zhuǎn)移襯底，進一步降低合成成本。(5) 構(gòu)建具有良好光學(xué)特性和生物活性的硅基生物熒光探針。(2) 實現(xiàn)以化學(xué)氣相沉積和物理、化學(xué)刻蝕等多種方法可控制備硅納米線/孔陣列。將硅納米材料與特定腫瘤標(biāo)志物進行偶聯(lián)，并對所得生物偶聯(lián)產(chǎn)物的光學(xué)性能、生物活性等進行評價。在硅片上刻蝕硅納米結(jié)構(gòu)后，利用磷、硼熱擴散技術(shù)構(gòu)建pn結(jié)并制作太陽電池。課題4的研究內(nèi)容貫穿于每一個課題中，將模擬和預(yù)測硅納米結(jié)構(gòu)的性能，為硅納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)/光電性能調(diào)控研究及相關(guān)器件設(shè)計提供理論依據(jù)。(2) 硅納米線陣列結(jié)構(gòu)光吸收效率的理論模擬。(2) 硅基熒光探針的生物安全性研究。(2) 無機無機核殼結(jié)構(gòu)的一維硅納米陣列光伏器件的構(gòu)筑及性能優(yōu)化。(4) 一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)光學(xué)/光電性能的調(diào)控。 課題1 硅納米結(jié)構(gòu)的高效、可控制備與光學(xué)/光電性能調(diào)控研究研究目標(biāo):發(fā)展針對光功能應(yīng)用的高效發(fā)光及一維陣列硅納米結(jié)構(gòu)的規(guī)?；煽刂苽浞椒ǎ瑢崿F(xiàn)高純度、尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)可控高效發(fā)光及一維陣列硅納米結(jié)構(gòu)的宏量制備，為硅納米結(jié)構(gòu)的規(guī)?；瘧?yīng)用提供材料保障；揭示形貌、尺寸、表面/界面結(jié)構(gòu)及其演化等對硅納米結(jié)構(gòu)光學(xué)/光電性能的影響規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)，通過控制硅納米結(jié)構(gòu)形貌、尺寸、表面/界面，以及其它結(jié)構(gòu)因素，實現(xiàn)針對光功能應(yīng)用目標(biāo)的硅納米結(jié)構(gòu)性能的調(diào)控。(2) 在光學(xué)/光電性調(diào)控方面，提出基于核殼結(jié)構(gòu)模型的性能調(diào)控方式，并通過控制納米結(jié)構(gòu)表面/界面結(jié)構(gòu)，調(diào)控硅納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)/光電性能?？傊?，本項目符合國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)了我國在新能源和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大需求，以及半導(dǎo)體納米領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。此外，還合成了包括Si:(B, P)在內(nèi)的各類n、p型硅基半導(dǎo)體，構(gòu)筑了一系列基于半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的電子、光電子及存儲器件，發(fā)現(xiàn)了硅納米結(jié)構(gòu)的電輸運性質(zhì)的表面依賴性，并提出核殼模型對此進行了合理解釋?？疾炝斯枇孔狱c的尺寸與帶隙的相互關(guān)系，研究了以硅量子點為催化劑的催化性能；通過對量子點尺寸的調(diào)控和表面功能化，得到多色發(fā)光的水溶性硅量子點。本項目研究內(nèi)容是對前一期項目研究工作的延續(xù)和深入，具有非常好的研究基礎(chǔ)。這里我們計劃將硅納米線陣列結(jié)構(gòu)的理論模擬分為兩部分：① 通過轉(zhuǎn)移矩陣法系統(tǒng)地研究納米線長度、納米線距、納米線直徑對硅納米線陣列的光吸收效率的影響；可以預(yù)見到的是納米線距對硅納米線陣列的光吸收效率會有