【正文】 率，為解決節(jié)能鍍膜的光污染提供了新思路。闡明了納米硅薄膜Ti、C、N等多元復合摻雜影響薄膜的光學性能的規(guī)律，實現了幾十納米膜層厚度的顏色調控。建立了膜層透射率、反射率約化數值模型，開發(fā)了折射率、消光系數、厚度等反映薄膜本質特征參數的測量軟件和自恰控制方法，率先在鍍膜玻璃生產工藝中實施軟測量技術和生產過程閉環(huán)控制，解決了長期困擾鍍膜玻璃批量間的光學性能與色度存在差異的難題。采用數值模擬方法，建立了反應氣體流動場模型，設計了獨特的鍍膜反應器結構，解決了大面積膜層均勻性的技術難題。形成了完整的從膜系材料設計、工藝制度建立到生產過程控制的浮法在線鍍膜玻璃生產技術體系，實現了低成本（鍍膜成本1元/每平方米）、長鍍膜周期（大于30小時）產業(yè)化生產。性能指標達到國際同類產品先進水平，節(jié)能效果好（）。推動了玻璃行業(yè)的技術進步，為我國的建筑節(jié)能作出了重要貢獻。國內外影響的主要證據:(1) 英國物理協(xié)會組辦的納米科技網站Nanotechweb在我們有關納米硅鍺合金量子點的論文（Nanotechnolgy 20, 295602 (2009)）發(fā)表時配發(fā)了專門的介紹文章。在2011 年，四族半導體納米晶體研究領域里的著名學者Mark Swihart(the State University of New York at Buffalo, USA)和Jonathan Veinot(University of Alberta, Canada)分別在ACS Nano和Chemistry of Materials上發(fā)表了他們有關納米硅鍺合金量子點合成的論文。他們的論文都把我們的論文作為重要參考文獻進行了引用。著名學者Minoru Fujii（日本神戶大學）在其2011 年和2012年發(fā)表的4篇論文中多次引用了我們的論文（Journal of Physical Chemistry C 115, 661666 (2011)；Journal of Physical Chemistry C 115, 98389843(2011)）。我們有關利用印刷技術獲得太陽電池用納米硅薄膜的結果（Solar Energy Materials and Solar Cells 95, 29412945 (2011)； Journal of Physical Chemistry C 116, 2124021243 (2012).）部分被英國物理協(xié)會組辦的納米科技網站Nanotechweb以“Silicon ink printed to boost solar cell efficiency”為題進行了專門介紹。鑒于基于納米硅量子點的硅墨水在光伏領域良好的應用前景，已經和公司展開合作，推動硅墨水的產業(yè)化。(2) 節(jié)能玻璃用納米硅薄膜技術已經在國內10余家著名浮法玻璃企業(yè)的19條生產線中成功實施，其技術覆蓋10個省。累計生產1億多平方米，在國內20余個省市的大量建筑中推廣應用，國內市場占有率超過60%，部分產品出口。該技術打破了國外技術封鎖和產品壟斷，極大地促進我國玻璃工業(yè)的結構調整，為我國的建筑節(jié)能作出了重要貢獻，獲得了國家科學技術進步二等獎。(3)研究人員在歐洲材料研究協(xié)會、國際晶體生長大會等會議上作了邀請報告。日本國家材料研究院（NIMS）國際青年科學家中心、法國國家科學研究院電子、微電子和納米技術研究所和俄國固態(tài)物理研究所曾邀請研究人員進行了學術訪問。代表性成果2—— 佐證材料清單實驗室填報的佐證材料序號類型名稱完成人刊物、出版社或授權單位名稱年、卷、期、頁或專利號1論文Optical absorption and emission of nitrogendoped silicon nanocrystalsX. D. Pi, X. B. Chen, Y. S. Ma and D. YangNanoscale2011, 3, 458445882論文Silicon nanocrystals doped with substitutional or interstitial manganeseX. B. Chen, X. D. Pi and D. YangApplied Physics Letters2011, 99 (19), 1931083論文Spincoating siliconquantumdot ink to improve solar cell efficiency X. D. Pi, Q. Li, D. S. Li and D. YangSolar Energy Materials and Solar Cells2011, 95, 294129454論文Enhancing the efficiency of multicrystallinesilicon solar cells by the inkjet printing of siliconquantumdot ink, X. D. Pi, Li, Zhang and D. YangJournal of Physical Chemistry C 2012, 116, 21240212435論文Critical role of dopant location for Pdoped Si nanocrystals X. B. Chen, X. D. Pi and D. Yang,Journal of Physical Chemistry C 2011,115, 6616666論文Firstprinciples study of nm silicon nanocrystals doped with boronX. D. Pi, X. B. Chen and D. YangJournal of Physical Chemistry C2011, 115, 983898437論文Fluorinepassivated silicon nanocrystals: surface chemistry versus quantum confinementY. S. Ma, X. D. Pi and D. YangJournal of Physical Chemistry C2012, 116, 540154068論文Theoretical study of chlorine for silicon nanocrystalsY. S. Ma, X. B. Chen, X. D. Pi and D. YangJournal of Physical Chemistry C2011, 115, 12822128259論文Firstprinciples study on the surface chemistry of nm silicon nanocrystals: case of hydrosilylationR. Wang, X. D. Pi and D. YangJournal of Physical Chemistry C 2012, 116, 194341944310論文Bonding of oxygen at the oxide/nanocrystal interface of oxidized silicon nanocrystals”, X. B. Chen, X. D. Pi and D. YangJournal of Physical Chemistry C2010, 114, 8774878111論文Lightly boron and phosphorus codoped silicon nanocrystalsY. S. Ma, X. B. Chen, X. D. Pi and D. YangJournal of Nanoparticle Research2012, 14, 80212論文Density functional theory study on a nm silicon nanocrystal coated with carbonZ. Y. Ni, X. D. Pi and D. YangRSC Advances2012, 2, 112271123013專利利用等離子體制備硅納米顆粒的方法及裝置皮孝東、楊德仁、韓慶榮浙江大學ZL14專利納米硅復合碳鍍膜玻璃及其快速反應在線制備方法杜丕一、韓高榮。翁文劍、宋晨路。趙高凌、沈鴿、徐剛、張溪文、劉涌浙江大學ZL15專利表面梯度氧化低反射納米硅鍍膜玻璃的在線制備方法韓高榮、杜丕一、宋晨路、翁文劍、劉涌、趙高凌、沈鴿、徐剛、張溪文浙江大學ZL代表性成果3代表性研究成果名稱基礎類或應用基礎類或基礎性類成果為第一完成單位本室固定人員參加名單是否保密 ZnO半導體單晶薄膜制備、摻雜、能帶調控及光電應用應用基礎 是葉志鎮(zhèn)，朱麗萍，黃靖云，何海平，呂建國，金一政等否別 藍光LED及白光照明在我國發(fā)展迅猛，年生產總值已達到2000億人民幣。該領域現有GaN基材料發(fā)光層InGaN，需要銦In，同時 ITO(In2O3:Sn)做LED透明電極、觸摸屏市場更大，也需要大量的銦In。 ,非常稀貴,按2010年的用量1950噸/年來計算,經過10年銦將用盡。因此亟需發(fā)展無In光電器件。氧化鋅是寬帶隙氧化物半導體，可發(fā)紫藍光，可見光透明而導電性能可調。它物豐價廉、環(huán)境友好，具有可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢，在未來白光照明、透明導電薄膜等節(jié)能光電子領域應用潛力巨大。硅材料國家重點實驗室是我國最先開展ZnO光電材料研究的單位之一，在ZnO p型摻雜、電致發(fā)光與透明導電膜等節(jié)能光電技術應用方面作出了多個原創(chuàng)性成果。2008年以來利用新籌建的MBE先進設備，在單晶薄膜制備和p型摻雜方面取得了好成果，同時在鈉金屬有機（MO）源、2英寸ZnO單晶、工業(yè)化MOCVD技術與透明導電薄膜優(yōu)質電極等ZnO基LED產業(yè)化關鍵技術方面積極研究，取得較大進展，為發(fā)展具有完全自主知識產權的ZnO基LED產業(yè)鏈打下了基礎。同時加強基礎理論方面研究，對ZnO基能帶結構和光電性能的調控進行了詳細深入的研究，是提高光電性能、實現應用的關鍵。這與p型摻雜國際難題相對獨立，又互為支撐，研究意義重大。經過5年的努力，取得了一下研究進展和成果：一、Na摻雜制備pZnO、ZnMgO 及摻雜機理采用PLD技術首次報道了ZnO、ZnMgO薄膜的Na受主摻雜和Na摻雜p型ZnO的同質結電致發(fā)光。研究表明Na含量對ZnO薄膜的導電性能有明顯的調節(jié)作用；所制備的ZnO:Na薄膜具有良好的電學性能，–19Ωcm，– cm2 V?1s?1，1017–1018 cm?3，且在9個月后保持良好的p型性能；首次從實驗上測定了Na在ZnO中的受主能級為164 meV（如圖1所示），并在160K低溫下首次觀測到了pZnO:Na/nZnO:Al同質結的電致發(fā)光，室溫下實現了以ZnO/ZnMgO多量子阱做有源層的多量子阱結構LED在正向電注入密度為4 A/cm２時的紫藍光（380 nm附近）發(fā)射，缺陷發(fā)光得到有效抑制。該成果2008年在Solid State Commun. 發(fā)表，SCI引用已達50次。圖1 ZnO:Na薄膜的低溫PL譜（左）和eA0發(fā)射強度隨溫度的變化（右）進一步發(fā)展了ZnMgO合金Na摻雜法，提高了p型導電性與穩(wěn)定性，并實現了pZnMgO:Na/nZnO結構在室溫40mA電流注入下20分鐘以上較亮發(fā)光，如圖2所示。研究揭示Mg合金化可以使ZnO薄膜的導帶上移；受主雜質局部配位與應變補償調控局部應變小從而受主能級變淺； ZnMgO合金加寬帶隙成壘層，減低了摻Na形成能，并提高了摻Na固溶度，合理解釋了合金化有利于p型摻雜的實現。 圖2 pZnMgO:Na/nZnO結構的IV特性（左）和室溫電注入發(fā)光（右）發(fā)明了一種可用于MOCVD系統(tǒng)中對ZnO進行Na摻雜的MO源，與南大光電材料有限公司合作進行了產品研發(fā)，用其制備了Na摻雜p型ZnO并掌握了生長溫度、氣氛條件等參數對ZnO:Na性能影響規(guī)律。采用環(huán)戊二烯基鈉作為MOCVD摻Na的MO源，相關技術已申請國際專利，申請?zhí)朠CT/CN2010/077253。對生長參數的研究表明富氧氣氛和適中的溫度均有利于提高Na摻雜量。同時針對ZnO:Na在霍爾測試過程中結果反復的現象，采用STM/STS對MOCVD生長的Na摻雜ZnO薄膜進行微區(qū)電學性能研究，結果表明，采用金屬有機Na源摻雜得到的ZnO:Na薄膜呈現p型導電，Na摻雜使費米能級移向價帶頂，并且補償了絕大部分的靠近導帶的施主型能級，其被占據能級態(tài)密度主要出現在靠近價帶的位置，如下圖3所示。表征結果還顯示，Na摻雜的ZnO薄膜存在導電性能的局域差異性，說明Na受主或者本征缺陷的分布存在不均勻性，這種分布不均勻性會導致對薄膜電學性能的宏觀測量精確性受影響，如霍爾測試，會導致多次測量時結果差異較大。該研究對于深入理解Na在ZnO薄膜中的行為和狀態(tài)，進而對其進行調控有重要意義。圖3 （a）不摻雜，（b）Na摻雜的ZnO薄膜的dI / dV (V)圖譜深入研究了ZnO薄膜中Na摻雜調控機理。通過研究ZnO薄膜中H的含量、襯底溫度、氧分壓及Na摻雜濃度對ZnO:Na薄膜電學性能的影響，發(fā)現H在Na摻雜過程中扮演非常重要的角色，如圖4所示，其可以占據間隙位置、抑制Na進入間隙位，從而提高Na摻雜的效率，并且H本身可以通過退火驅除，因而通過H輔助摻雜可以得到電阻率更低、更加穩(wěn)定的p型ZnO。另外，研究發(fā)現ZnO薄膜表面吸附的帶負電荷的氧對其電學性能有重要影