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基于共形金属纳米棒阵列的高效宽带光捕获用于热电子应用

DOI：10.1021/acsphotonics.8b01389 期刊：ACS Photonics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 金属纳米结构中表面等离子体（SPs）以热电子形式发生的无辐射衰减，在光伏、光催化、光电探测和表面成像等领域具有巨大应用潜力。然而，金属纳米结构通常仅支持窄带等离子体共振；此外，热电子向肖特基界面传输过程中的热化损耗，以及热电子注入半导体时受限的动量空间，共同导致内部量子效率低下。本研究提出并实验验证了一种基于金属纳米棒阵列（NRs）的宽带超吸收器。光学上，整个可见光波段的平均吸收率高达0.8，较平面参照样品提升16倍以上。电学上，通过控制热电子优先在肖特基界面附近的平均自由程内产生，显著降低了热电子热化损耗。同时，三维肖特基结为垂直表面的热电子注入提供了大幅增加的动量空间。这些光学与电学优势使入射光子-电子转换效率（IPCE）较参照样品提升30倍以上。当光子能量Eph=3.1 eV时，IPCE可达10.9%，接近厚膜单势垒热电子器件的极限值。这种共形纳米棒系统为同步提升热电子产生、传输和收集效率提供了有效策略，有望成为高效热电子光电器件和光催化系统的卓越候选方案。
作者： Cheng Zhang，Qinyu Qian，Linling Qin，Xin Zhu，Chinhua Wang，Xiaofeng Li
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究金属纳米结构中以热电子形式存在的表面等离子体非辐射衰减的利用，应用于光伏、光催化、光探测和表面成像领域。

研究成果

所提出的共形金属纳米棒阵列系统在宽带光捕获和热电子收集效率方面展现出显著提升。该系统在可见光波段实现平均吸收率达0.8，并获得高达10.9%的内量子效率(IPCE)，较平面参照样品取得重大突破。研究表明该系统在高效热电子光电器件和光催化应用中具有重要潜力。

研究不足

该研究聚焦于可见光波段，可能未涵盖其他光谱范围。其制备过程需对尺寸和材料进行精确控制，这对大规模生产而言可能具有挑战性。

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