一维纳米硅合成及光电转化效率研究

开展一维纳米硅结构的稳定性和光电转化效率的理论和实验研究。采用先进的跨尺度材料设计方法，结合分子动力学和第一性原理耦合方法对硅纳米结构进行计算仿真，通过总能计算设计稳定的纳米结构，并利用电子结构分析纳米材料秉性，从而设计出具有高的光电转化效率的稳定硅一维纳米结构。在理论设计的基础上，利用化学模板剂法制备硅纳米线和纳米管一维结构，利用XRD和SEM，XCMD等多种表征手段研究材料的微结构和性能的关系。针对染料敏化太阳能电池的基本过程（光吸收、激子的产生、电荷的分离、载流子向电极的迁移）进行设计。通过改变制备环境和参数摸索无机半导体材料硅纳米线和纳米管高载流子迁移率、优良稳定性的制备方法。结合硅纳米线和纳米管阵列/有机杂化结构比表面大，能获得更多的p-n结，更有利于电荷分离，以及一维纳米结构的导线作用，提高载流子向电极迁移的效率，设计出基于硅纳米材料的不同结构的高效光伏器件模型。

项目开展了一维（含有准一维）纳米硅结构的稳定性和光电转化效率的理论和实验研究。采用先进的跨尺度材料设计方法，结合分子动力学和第一性原理耦合方法对硅纳米结构进行计算仿真，通过总能计算设计稳定的纳米结构，并利用电子结构分析纳米材料秉性，从而设计出具有高的光电转化效率的稳定硅一维纳米结构。在理论设计的基础上，利用CVD方法制备硅纳米线一维结构通过改变制备环境和参数摸索无机半导体材料硅纳米线和纳米管高载流子迁移率、优良稳定性的制备方法。通过理论和实验研究发现了硅纳米线生长过程中催化剂导致的导电性能下降机理，解释了在二极管中掺杂效率偏低的原因；Au在CVD催化生长过程中必不可少，但是Au的引入将极大的影响到硅纳米线的掺杂效率，在硅纳米线中Au更倾向于进入替代位，该杂质缺陷将产生一个深杂质能级，对n型和p型掺杂效率都产生大的影响。同时研究了由于表面钝化导致的载流子钉扎现象，并且通过小分子吸附对其进行了重新激活研究。