三层石墨烯的拉曼G峰和2D峰研究

石墨烯是新一代光电材料，具有非常大的载流子迁移率、室温量子霍尔效应、极高的机械强度以及热导率等优良性能。英国科学家因为在石墨烯领域的开创性研究获得2010年诺贝尔物理学奖。但石墨烯的禁带宽度为零，这较大限制了它在光电器件方面的应用。研究表明，双层和三层石墨烯的能带可以通过层与层之间的电场调控。 ABC堆栈结构三层石墨烯的能带可以通过电场开启到120 meV，而ABA堆栈结构的能带在电场作用下愈加重叠。因此三层石墨烯成为研究热点。电子－声子、电子－电子耦合对石墨烯的光电性能有着重要影响。石墨烯拉曼光谱中G峰和2D峰随载流子浓度的变化很大程度上反映了石墨烯中电子－声子、电子－电子耦合作用的强弱。本项目在国际上首次提出对掺杂三层石墨烯（包括非故意掺杂、氮掺杂和电场掺杂三层石墨烯）中的G峰和2D峰进行系统研究，它对于深入了解三层石墨烯的光电性能和揭示它的光电应用具有重要意义。

石墨烯通常意义上我们指的是单层石墨烯。利用单层石墨烯的拉曼G峰来判断载流子浓度的研究已经较成熟。但是单层石墨烯的电阻率不够，这限制了它在光电子器件方面的应用，而且单层石墨烯的能带为零，这限制了它在集成电路方面的应用。三层石墨烯相比于单层石墨烯电阻率可以更低，而且有一定的能带，这些都表明三层石墨烯相比较单层石墨烯，可以有更好的应用前景。如何判断三层石墨烯中的载流子浓度，从而更好应用三层石墨烯是本项目的目标。在前面研究的基础上，我们观察到了石墨烯中的G峰位置随着载流子浓度变化而变化的情况，在双层、三层石墨烯中观察到了明显的G峰劈裂。我们利用三层石墨烯制备石墨烯／半导体异质结太阳能电池，并且使得石墨烯太阳能电池效率达到18.5%，并预测三层石墨烯／半导体异质结的太阳能转换效率能超过23.5%。经过以上研究，将能进一步加深对通过G峰来判断石墨烯中电子浓度的理解，同时为三层石墨烯在光电子器件中的应用指明了方向，三层石墨烯有可能在光伏器件中得到较大的应用。截止目前，在国际重要学术期刊发表SCI论文20余篇(其中第一作者和唯一通讯作者10篇)，包括两篇Nano Energy，1篇Nanoscale，3篇Applied Physics Letters，1篇Scientific Reports，2篇Optics Express等。同时，申请国内发明专利30余项，授权实用新型2项。招收博士后2人，现在已经出站，招收博士生2人，硕士生5人。