金属/稀土上转换复合纳米结构中的等离激元荧光增强效应及其在薄膜太阳电池中的应用

项目名称： 金属/稀土上转换复合纳米结构中的等离激元荧光增强效应及其在薄膜太阳电池中的应用

项目编号： No.11274119

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 黄素梅

作者单位： 华东师范大学

项目金额： 93万元

中文摘要： 研究纳米金属与稀土掺杂上转换纳米晶复合结构中激发光、纳米发光体以及等离激元相互作用新规律，探索基于纳米金属结构的新型上转换材料与薄膜光伏器件。具体包括，研究金属纳米结构/隔离层/稀土掺杂纳米晶复合结构体系的可控制备；研究准周期性金属纳米结构以及材料特性对复合结构中的表面等离激元共振频率的调制、局域电场的增强以及共振荧光的电荷、能量转移的途径和激发阈值的影响；研究纳米隔离层和周围环境对表面增强荧光和减少淬灭的影响；研究基于周期性金属纳米结构的复合体系中的等离激元光学现象和相关机理，可控地调节纳米金属的形状、大小、材料和结构周期，探索产生巨大荧光增强效应的本质；设计与制备上转换薄膜太阳电池，实现器件性能的提高；结合实验、理论研究结果，阐明表面荧光增强的物理机制，发展、完善表面荧光增强或淬灭的理论模型。作为基础研究，该课题将促进国内亚波长光子学、等离激元学、纳米发光材料和新型薄膜太阳电池的发展。

中文关键词： Mie 散射；等离激元增强；纳米上转换发光材料；薄膜太阳电池；激光与物质相互作用

英文摘要： We investigate plasmon enhanced fluorescence (PEF) in hybrid nanostructures composed of nano-metal and rare-earth-doped upconversion (UC) nanocrystals and its application in thin film solar cells. Shape, size, and phase-controlled UC materials with wide infrared absorption spectra are designed and synthesized using different rare earth ions co-doped in host material with chemical methods. New type and well-defined hybrid nano-metal/isolated layer/ UC nanocrystal superstructures are synthesized and characterized. Optical absorption spectra, UC emission spectra, transmission electron microscopy, and time-resolved photoluminescence are measured. The interaction between the incident laser, nano-phosphor and plasmon in these hybrid nanostructures is studied systemically. Single metal particles or Au/Ag bimetal nanocomposites are fabricated by ordinary physical or chemical methods. Quasi-periodic metal nanostructures formed using these nano-metal are coupled with UC nanocrystals. The influence of the features (size, shape, distribution, and composition) of these nanostructures on surface plasmon resonance (SPR), local field enhancement (LFE), nonradiative resonant energy transfer and pumping threshold in the hybrid nanostructures is investigated. Calculations using Mie theory and Finite Difference Time Domain (FDTD)

英文关键词： Mie theory；Plasmon enhancement；nano-sized upconversion materials；thin film solar cell；interaction between laser and materials