【正文】 (2) 發(fā)展12種有效利用入射光子，并提高硅納米陣列結(jié)構(gòu)全太陽光譜吸收能力的方法。(5) 基于有機材料的雜化光伏電池的轉(zhuǎn)換效率突破10%?；谌珶o機材料的光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到1214%?；蚱骷教幱诋?dāng)時同類電池結(jié)構(gòu)的國際領(lǐng)先水平。(4) 初步理解硅納米結(jié)構(gòu)表面的電荷復(fù)合機制。課題1主要進行硅納米結(jié)構(gòu)高效可控制備及光學(xué)/光電性能調(diào)控的研究，以實現(xiàn)針對光功能應(yīng)用的宏量及規(guī)模化可控材料制備，以及建立相關(guān)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的目標(biāo)；課題3是在課題1研究的基礎(chǔ)上開展研究工作，擬實現(xiàn)基于硅納米結(jié)構(gòu)的光伏及熒光標(biāo)記應(yīng)用研究的目標(biāo)。(3) 零維硅納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性能調(diào)控。利用STM首次觀察到了硅納米線的表面原子結(jié)構(gòu)，并直接觀察到硅納米線因量子限域效應(yīng)導(dǎo)致的能帶展寬。其參數(shù)包括納米線長度L，周期性晶胞長度a和納米線直徑d。我們計劃計算不同直徑、不同元素表面鈍化、不同無機、有機材料進行表面修飾后的硅納米結(jié)構(gòu)，初步計算結(jié)果表明，磷鈍化的硅納米線表面的空穴電子對被有效的分離。在此基礎(chǔ)上，得出不同結(jié)構(gòu)硅基納米材料用于活體層次研究的適宜條件。應(yīng)用免疫沉淀反應(yīng)鑒定探針的靶蛋白結(jié)合性能，通過發(fā)光效率與生物活性的時間曲線鑒定探針的穩(wěn)定性。透過適當(dāng)?shù)目刂粕L硅納米線陣列的方法，有效控制硅納米線陣列的密度，將高分子材料沉積到硅線的表面，形成致密的有機分子層。(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)化利用課題一制備的宏量一維硅納米結(jié)構(gòu)陣列，通過表面擴散或真空沉積，或是通過溶液加工方法將其他無機半導(dǎo)體材料沉積到硅納米結(jié)構(gòu)表面形成pn或pin結(jié)，沉積電極后構(gòu)筑光伏器件。這些表面極性分子將導(dǎo)致硅納米結(jié)構(gòu)表面能級彎曲，引起表面電子或空穴的積累，從而實現(xiàn)表面摻雜。(1) 零維硅納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性能調(diào)控在可控合成零維硅納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對零維硅納米結(jié)構(gòu)進行尺寸調(diào)控及表面修飾，對其熒光與表面性質(zhì)（親水、疏水性）進行調(diào)節(jié)，合成具有水溶性的多色熒光零維硅納米結(jié)構(gòu)；研究零維硅納米結(jié)構(gòu)的尺寸及表面組成等對其帶隙或缺陷的影響，并試圖找到控制其表面、帶隙或缺陷的有效實驗方案；主要利用硅納米結(jié)構(gòu)表面可生成豐富的羥基的特性，將功能團分子通過化學(xué)鍵的方式連接到其表面，實現(xiàn)硅納米結(jié)構(gòu)表面功能化；同時，針對不同的應(yīng)用背景，調(diào)控修飾功能團的種類和功能團在硅納米結(jié)構(gòu)表面上的分布密度等，實現(xiàn)修飾硅納米結(jié)構(gòu)性能的最優(yōu)化；通過化學(xué)反應(yīng)鍵合多種有機化合物，實現(xiàn)零維硅納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)修飾（如引入羧基），引入活性官能團，制備具有良好水溶性的熒光硅納米顆粒（如熒光硅納米微球）；研究零維硅納米結(jié)構(gòu)組裝體的光學(xué)性能，以及納米結(jié)構(gòu)組裝致其光學(xué)性能提高的機理；通過采用聚合物或生物分子修飾、包裹納米粒子的方法，解決高效發(fā)光零維硅納米結(jié)構(gòu)的生物安全性和生物相容性問題。前者主要利用氧化物輔助生長（OAG）、金屬離子催化VLS化學(xué)氣相生長等方式，控制納米線生長取向，從而得到納米線陣列。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%。通過對擴散濃度和深度的控制，研究內(nèi)建電場與光吸收區(qū)重合程度對光生電子空穴對的產(chǎn)生、分離以及輸運過程的影響。(3) 高效、穩(wěn)定光伏器件中硅納米結(jié)構(gòu)表面的光生電子與空穴的快速復(fù)合盡管我們目前已經(jīng)成功制備了光電轉(zhuǎn)換效率大于10%的硅納米陣列結(jié)構(gòu)光伏電池，這種結(jié)構(gòu)具有更大的pn結(jié)界面，有利于電荷的快速分離和傳輸。但是，由于硅納米結(jié)構(gòu)具有大的比表面積，表面有很多懸空未飽和的化學(xué)鍵，形成很多的電荷缺陷狀態(tài)，導(dǎo)致電荷在表面的復(fù)合速度較快，光電轉(zhuǎn)換效率因此會大幅度降低。利用等離子增強沉積非晶硅制備pn異質(zhì)結(jié)和pin結(jié)光伏器件。(5) 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)（獲得新的研究和檢測手段）。后者主要以金屬催化刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕等物理、化學(xué)刻蝕方法，通過對硅基底的選擇性刻蝕，實現(xiàn)硅納米線/孔陣列的制備。本項目中我們將重點研究14 nm 零維硅納米結(jié)構(gòu)的大量制備以及組裝的方法，考察其尺寸、表面組成對能帶結(jié)構(gòu)和發(fā)光的影響，對其發(fā)光過程與機制展開深入研究，探索能夠有效調(diào)控其光學(xué)性能（除可見光發(fā)光外，重點探索紅外及上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能調(diào)控），滿足其后續(xù)應(yīng)用要求的化學(xué)、物理及生物修飾方法。我們將考察不同的表面有機、無機摻雜物對硅納米結(jié)構(gòu)摻雜的效果，尋找最有效的摻雜控制方式。利用光伏電池表征系統(tǒng)對器件的開路電壓（Voc），短路電流（Jsc）,填充因子（FF）,電池轉(zhuǎn)換效率（η）,外量子轉(zhuǎn)換效率（EQE），內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率（IQE），串聯(lián)電阻（Rs）和并聯(lián)電阻（Rsh）等參數(shù)進行表征，最終實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的光伏電池。考察不同種類共軛分子和厚度等因素對太陽能電池性能的影響。在此基礎(chǔ)上，建立一套溫和、有效的硅基納米材料與蛋白質(zhì)偶聯(lián)方法，開發(fā)具有不同生物功能的硅基生物熒光探針。(3) 硅基熒光探針對腫瘤微轉(zhuǎn)移早期檢測的應(yīng)用研究考慮到腫瘤的多樣性，難以在一個項目中完成所有腫瘤微轉(zhuǎn)移研究，在本項目中擬采用絨毛膜癌微轉(zhuǎn)移作為研究模型開展研究。其中空穴分布在硅(110)表面的中間（），而電子則分布在硅(110)表面的邊上（）。圖中的θ和f 分別是頂角和方位角。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。(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)。(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。(4) 獲得優(yōu)化的硅納米結(jié)構(gòu)光伏電池結(jié)構(gòu)。(5) 對等離子基元增強電池的性能具有初步理解?；谌珶o機材料的光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到1316%。(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。(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。(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。(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%。(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%?；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%。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。(2) 大面積、有序一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)的可控制備。(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)得到國際承認并被廣泛應(yīng)用。 周期性硅納米線的結(jié)構(gòu)示意圖。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，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。應(yīng)用原子力顯微鏡和熒光光譜儀等表征硅基探針的物化性質(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。對于較高電荷遷移率的有機半導(dǎo)體材料如聚噻吩、聚苯乙撐、聚三苯胺或其共聚物等共軛高分子，利用旋涂、打印等濕化學(xué)技術(shù)在硅納米結(jié)構(gòu)沉積有機薄膜，構(gòu)成核殼結(jié)構(gòu)的有機無機雜化異質(zhì)結(jié)，沉積透明對電極構(gòu)筑太陽電池并進行表征。通過簡單器件性能模擬，找出影響器件性能的關(guān)鍵因素，為實現(xiàn)高效硅納米結(jié)構(gòu)光伏器件提供理論指導(dǎo)。此外，在以表面修飾控制硅納米結(jié)構(gòu)光電性能的研究中，通過在硅納米結(jié)構(gòu)表面引入具有較強極性的有機分子，如C60、tetrafluorotetracyanoquinodimethane(F4TCNQ)、Copper phthalocyanine (CuPc)等，控制硅納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電類型（n型或p型）。 a), b) 金屬離子催化刻蝕得到的硅納米線陣列的側(cè)視圖；c), d) 光刻結(jié)合金屬離子催化刻蝕制備的硅微米柱陣列的正視與斜視圖；e), f) 金屬離子催化刻蝕結(jié)合深紫外光刻得到的硅納米孔陣列的正視與側(cè)視圖。 多酸輔助電化學(xué)陽極腐蝕制備硅量子點示意圖(2) 大面積、有序一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)的可控制備一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)的制備可以通過“由下至上”及“由上而下”兩種技術(shù)進行。(4) 實現(xiàn)低成本、高效一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)光伏電池。(3) 硅納米結(jié)構(gòu)的光伏器件應(yīng)用基礎(chǔ)研究