【正文】 。(8) 通過(guò)理論模擬方法闡述硅納米線陣列光吸收的物理機(jī)制，建立經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論模型。(6) 理解硅納米結(jié)構(gòu)表面/界面光生載流子表面的快速?gòu)?fù)合機(jī)制，獲得可以制備高效硅納米電池的器件結(jié)構(gòu)。(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(diǎn)的發(fā)光機(jī)制，對(duì)影響其光學(xué)性能的可能因素有深入認(rèn)識(shí)，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。在此基礎(chǔ)上，拓展發(fā)光探針的生物影像研究。對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)的光伏器件表面復(fù)合機(jī)制進(jìn)行比較全面的物理測(cè)試，探討硅納米結(jié)構(gòu)光伏器件的復(fù)合機(jī)制，并發(fā)展有效抑制硅納米結(jié)構(gòu)表面復(fù)合的方法。(2) 對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)光伏器件進(jìn)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(duì)光伏電池的影響。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(duì)其相關(guān)過(guò)程進(jìn)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(yáng)光譜吸收能力的手段。(9) 完成年度報(bào)告，發(fā)表1923篇高質(zhì)量論文，申請(qǐng)69項(xiàng)發(fā)明專利。(7) 實(shí)現(xiàn)硅基探針對(duì)絨毛膜癌細(xì)胞的特異性識(shí)別?；谌珶o(wú)機(jī)材料的光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到1316%。(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。(1) 完善硅量子點(diǎn)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(duì)其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)制的方法。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(shí)驗(yàn)條件，對(duì)不同時(shí)間段絨毛膜癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光跟蹤。設(shè)計(jì)pin結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池，選用硅納米線陣列作為基片，通過(guò)i調(diào)節(jié)禁帶寬度的生長(zhǎng)條件改變硅晶粒大小，選擇合適的生長(zhǎng)條件來(lái)制備納米硅薄膜太陽(yáng)電池，研究納米線的直徑、長(zhǎng)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(kāi)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(yáng)電池性能。結(jié)合形貌、尺寸、結(jié)構(gòu)和組分控制等調(diào)控手段，進(jìn)一步通過(guò)控制硅納米材料表界面結(jié)構(gòu)、表面鍵態(tài)、功能團(tuán)，進(jìn)行針對(duì)性的物理和化學(xué)修飾，如表面清潔、鈍化、摻雜，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)光電性能的調(diào)控與利用。第四年(1) 探索通過(guò)表面修飾以及量子點(diǎn)組裝，對(duì)量子點(diǎn)發(fā)光波長(zhǎng)、強(qiáng)度、效率等光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)制的方法。(7) 通過(guò)理論模擬總結(jié)出有機(jī)小分子、共軛高分子、納米晶、量子點(diǎn)修飾的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，給出優(yōu)化的有機(jī)小分子、高分子、納米晶、量子點(diǎn)方案。(5) 對(duì)等離子基元增強(qiáng)電池的性能具有初步理解。(4) 篩選出可以實(shí)現(xiàn)高效率雜化電池的有機(jī)材料23種，基于有機(jī)材料的雜化光伏電池的轉(zhuǎn)換效率突破9%。(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(shí)現(xiàn)對(duì)其光學(xué)性能的調(diào)控。(4) 在硅納米材料表面上修飾有機(jī)/無(wú)機(jī)材料，包括有機(jī)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(diǎn)等，通過(guò)模擬研究不同修飾材料對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)表面以及材料性能的影響。利用快速熱氧化進(jìn)行電池表面熱氧化鈍化研究；通過(guò)Al/Si合金工藝制備背電極和構(gòu)筑鋁背場(chǎng)；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(guò)優(yōu)化擴(kuò)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(yáng)電池。發(fā)展針對(duì)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(duì)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。第三年(1) 研究硅量子點(diǎn)的光學(xué)性能調(diào)控方法，進(jìn)行硅量子點(diǎn)的控制生長(zhǎng)、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(diǎn)發(fā)光性能的調(diào)控。(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。(4) 獲得優(yōu)化的硅納米結(jié)構(gòu)光伏電池結(jié)構(gòu)。(3) 在器件的轉(zhuǎn)換效率上處于國(guó)際領(lǐng)先水平，基于有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的硅納米結(jié)構(gòu)肖特基太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到79%；全無(wú)機(jī)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%。(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(diǎn)的的方法。對(duì)硅基熒光探針在細(xì)胞層次的毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)，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。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(duì)不同工藝制作的太陽(yáng)能電池性能影響。通過(guò)改變不同的異質(zhì)結(jié)材料、材料的沉積工藝考察對(duì)最終電池轉(zhuǎn)換效率的影響。通過(guò)使用ITO、金屬等廉價(jià)生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)硅表面金屬催化劑圖案化，進(jìn)而得到大面積納米線/孔陣列；通過(guò)將陣列的逐層剝離與轉(zhuǎn)移，并結(jié)合卷對(duì)卷等低成本工藝，實(shí)現(xiàn)硅納米線/孔陣列的高效、規(guī)?；苽洌⒉捎萌嵝赞D(zhuǎn)移襯底，進(jìn)一步降低合成成本。(7) 完成年度報(bào)告，發(fā)表1620篇高質(zhì)量論文，申請(qǐng)36項(xiàng)發(fā)明專利。(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?；谝痪S硅納米線pn結(jié)全無(wú)機(jī)太陽(yáng)電池，其轉(zhuǎn)換效率突破10%。(2) 實(shí)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。研究零維、一維硅納米材料性能與其直徑和尺寸的關(guān)系。將硅納米材料與特定腫瘤標(biāo)志物進(jìn)行偶聯(lián)，并對(duì)所得生物偶聯(lián)產(chǎn)物的光學(xué)性能、生物活性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。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(cè)試多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的擴(kuò)散距離和壽命，并尋找適當(dāng)?shù)谋砻驸g化方法來(lái)抑制表面復(fù)合。在硅片上刻蝕硅納米結(jié)構(gòu)后，利用磷、硼熱擴(kuò)散技術(shù)構(gòu)建pn結(jié)并制作太陽(yáng)電池。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(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，改進(jìn)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。課題4的研究?jī)?nèi)容貫穿于每一個(gè)課題中，將模擬和預(yù)測(cè)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(jì)提供理論依據(jù)。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(zhǎng)→性能→應(yīng)用”進(jìn)行設(shè)置。(2) 硅納米線陣列結(jié)構(gòu)光吸收效率的理論模擬。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(fèi)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(guò)理論和數(shù)值模擬計(jì)算，闡明形貌、尺寸、表面/界面結(jié)構(gòu)對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)光學(xué)/光電性能的影響機(jī)制，并建立若干經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論模型，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和改進(jìn)硅納米材料的性能提供理論指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)光電器件仿真。(2) 硅基熒光探針的生物安全性研究。承擔(dān)單位：蘇州大學(xué)、無(wú)錫尚德太陽(yáng)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(fèi)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(shí)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(jìn)行高靈敏度、高特異性靶向標(biāo)記，在動(dòng)物層次，實(shí)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)。(2) 無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)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。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(gè)數(shù)量級(jí)），效率達(dá)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(gè)數(shù)量級(jí)），效率達(dá)1722%。(4) 一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)光學(xué)/光電性能的調(diào)控。(2) 大面積、有序一維硅納米陣列結(jié)構(gòu)的可控制備。 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(duì)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?shí)現(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(duì)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(guò)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(shí)現(xiàn)針對(duì)光功能應(yīng)用目標(biāo)的硅納米結(jié)構(gòu)性能的調(diào)控。通過(guò)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(wú)機(jī)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(dá)表面，減小電荷的復(fù)合速度。(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(guò)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。因此，本項(xiàng)目研究技術(shù)路線先進(jìn)可行，具備了取得重大突破的條件?？傊卷?xiàng)目符合國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)了我國(guó)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(wèn)題。由于使用硅片的成本降低，同時(shí)制作工藝簡(jiǎn)化，有望大幅度降低當(dāng)前硅電池的發(fā)電成本。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(chǔ)器件，發(fā)現(xiàn)了硅納米結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)性質(zhì)的表面依賴性，并提出核殼模型對(duì)此進(jìn)行了合理解釋。(2) 發(fā)展了利用氧化物輔助（OAG）大規(guī)模制備無(wú)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(guó)際承認(rèn)并被廣泛應(yīng)用?？疾炝斯枇孔狱c(diǎn)的尺寸與帶隙的相互關(guān)系，研究了以硅量子點(diǎn)為催化劑的催化性能；通過(guò)對(duì)量子點(diǎn)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(diǎn)。為此，本項(xiàng)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(wèn)題，結(jié)合國(guó)際前沿，開(kāi)展針對(duì)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(wèn)題的基礎(chǔ)上，開(kāi)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。本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容是對(duì)前一期項(xiàng)目研究工作的延續(xù)和深入，具有非常好的研究基礎(chǔ)。② 通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)地研究硅線的摻雜、表面修飾對(duì)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(yáng)能電池的理論模型并確立各個(gè)參數(shù)對(duì)其效率的影響，從而為理性設(shè)計(jì)和改進(jìn)電池的效率奠定基礎(chǔ)。這里我們計(jì)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(guò)轉(zhuǎn)移矩陣法系統(tǒng)地研究納米線長(zhǎng)度、納米線距、納米線直徑對(duì)硅納米線陣列的光吸收效率的影響；可以預(yù)見(jiàn)到的是納米線距對(duì)硅納米線陣列的光吸收效率會(huì)有很大的影響，因?yàn)檫@也是與硅薄膜的主要區(qū)別，近期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。對(duì)硅光伏電池應(yīng)用來(lái)講， eV。圖中的θ和f 分別是頂角和方位角。 周期性硅納米線的結(jié)構(gòu)示意圖。轉(zhuǎn)移矩陣法（Transfer matrix method TMM）被證明非常適合于這種周期性的體系研究。(2) 硅納米線陣列結(jié)構(gòu)光吸收效率的理論模擬。電聲耦合在半導(dǎo)體體相的效應(yīng)已經(jīng)被廣泛研究，但是對(duì)電聲耦合對(duì)納米材料的影響的研究仍然非常有限。硅納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池需要高的電導(dǎo)率和低的聲子傳輸率。 磷鈍化的硅納米線表面(a)空穴的等電荷分布圖；(b)電子的等電荷分布圖Chen等人最近報(bào)導(dǎo)了通過(guò)TiO2表面結(jié)構(gòu)的無(wú)序化達(dá)到調(diào)控TiO2能帶結(jié)構(gòu)的目的[4]，對(duì)TiO2的光催化應(yīng)用提高了其光吸收的效率，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的無(wú)序化是對(duì)TiO2能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控的有效手段，并能有效的提高其光的吸收效率。同時(shí)我們將研究不同表面(110),(111)進(jìn)行磷鈍化、氫鈍化對(duì)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)。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（）。這可以通過(guò)計(jì)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(shí)，表面鈍化可以產(chǎn)生有效的摻雜，原因在于有效的電子轉(zhuǎn)移以及電子空穴對(duì)的有效電荷分離。