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　　眾所周知，太陽能的利用是解決當前嚴峻能源和環(huán)境問題的有效途徑之一，也是各國科學家研究的熱點。在各種能源轉(zhuǎn)化形式中，電能具有使用清潔方便、易于儲存及輸送等優(yōu)勢，因此光電轉(zhuǎn)換已然成為一種主要的太陽能利用方式。太陽能的高效利用可通過吸光范圍和轉(zhuǎn)換效率等方面的改善來實現(xiàn)，而目前大多數(shù)光伏器件（即太陽能電池）都是針對可見光進行吸收，占據(jù)太陽光中52%的近紅外光并沒有得到高效利用。正因為如此，增強在近紅外區(qū)域的太陽光吸收和利用，成為了一個關(guān)鍵科學問題，對器件類型的設(shè)計及機制研究提出了具體要求。針對這一關(guān)鍵問題，日前我院熊宇杰教授課題組基于地球上含量最高且應(yīng)用最為廣泛的半導體硅材料，采用金屬納米結(jié)構(gòu)的等離激元熱電子注入機制，設(shè)計了一種可在近紅外區(qū)域進行光電轉(zhuǎn)換且具有力學柔性的光伏器件。

　　該工作以《Flexible Near-Infrared Photovoltaic Devices Based on Plasmonic Hot-Electron Injection into Silicon Nanowire Arrays》為題，在線發(fā)表于國際重要化學期刊《德國應(yīng)用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201600279；http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201600279/abstract），并被選為該期刊的非常重要論文（very important papers）。共同第一作者是博士生劉東和楊東。

　　該工作的創(chuàng)新點在于，研究人員基于課題組先前研究的半導體-金屬界面上的熱載流子注入效應(yīng)（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 3204；Adv. Mater. 2015, 27, 3444），將具有近紅外等離激元吸收帶的銀納米片結(jié)構(gòu)引入無機-有機異質(zhì)結(jié)和肖特基型兩種光伏器件中，分別取得了近紅外光區(qū)光電轉(zhuǎn)換性能提高。在近紅外光照下，等離激元效應(yīng)產(chǎn)生的熱電子可以直接注入到硅半導體導帶中，將該波段中的光電轉(zhuǎn)換量子效率提高了59%。

　　另一方面，傳統(tǒng)的無機光電器件必須加工成堅硬的板塊狀物件，限制了其許多日常用途。相比之下，柔性器件重量輕、且可以折疊、卷曲、粘貼在曲面上（如汽車玻璃、屋頂、衣服等）。因此大家在致力于提高光電器件的光電轉(zhuǎn)換效率的同時，也在不斷努力提高其力學柔性，以使其能夠早日便利地應(yīng)用到日常生活和高端用途中。針對于力學柔性問題，熊宇杰課題組對商用硅片進行薄化和納米線刻蝕處理，進而結(jié)合銀納米片的等離激元熱電子注入效應(yīng)，制造出了具有力學柔性的近紅外太陽能電池。

　　該工作實現(xiàn)了“自下而上”和“自上而下”兩種納米技術(shù)的有效結(jié)合，為實現(xiàn)廣譜光吸收的復合結(jié)構(gòu)界面設(shè)計提供了精準制造基礎(chǔ)，并發(fā)展了一種簡便有效的近紅外柔性太陽能電池的制造方法。該研究同時提出了新的界面工程思路，推動了熱電子注入機制的應(yīng)用，將拓展人們對能源轉(zhuǎn)化中電子運動“微觀引擎”的控制能力。

　　研究工作得到了國家自然科學基金、合肥大科學中心精進用戶基金、高等學校博士學科點專項科研基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金等項目的支持。同時該研究工作的相關(guān)工藝得到了中國科學技術(shù)大學微納研究與制造中心的儀器支持與技術(shù)支撐。

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（化學與材料科學學院，合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室，能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥大科學中心，中科大微納研究與制造中心）?