帶有殼形結構的納米粒子可以提高光電探測效率和速度

提高光感測器的靈敏度或太陽能電池的效率需要對光捕獲進行微調。阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的研究人員利用複雜的幾何圖形來開發微小的殼形結構，可以提高光電探測器效率和速度（Advanced Materials，「Resonance-enhanced absorption in hollow nanoshell spheres with omnidirectional detection and high responsivity and speed」）。

具有精心控制的多殼結構的氧化鋅納米粒子可以捕獲光，從而改善光電探測器的性能。（圖片來源：阿卜杜拉國王科技大學）

為了提高光的效率，已經研究了許多光腔設計：通過捕獲電磁波或將光限制到器件的有源區以增加吸收。大多數採用簡單的微米球或納米球，光在球體內傳播時在內表面來回反射，就如我們所熟知的迴音壁模式一樣。

前阿卜杜拉國王科技大學的科學家Der-Hsien Lien現在是加州大學伯克利分校的博士後研究員，他和來自中國，澳大利亞和美國的同事一起證明了，由凸起的納米殼組成的更複雜的幾何形狀改善了光探測器的性能，通過提高光學探測器的運行速度使得它們能夠從各個方向檢測光線。

阿卜杜拉國王科技大學首席研究員Jr-Hau He解釋說，表面效應在某些設備的操作中起著重要作用。納米材料由於其高的表面積與體積比而提供了改善性能的方法。「然而，儘管納米材料在光檢測方面與大塊相比具有更高的靈敏度，但光 - 物質相互作用較弱，因為它們更薄，」He說。「為了改善這一點，我們設計了用於捕獲光線的結構。」

研究人員用半導體氧化鋅製造了球形多個納米殼。他們將固體碳球浸入到氧化鋅鹽溶液中，並塗上光學材料。熱處理除去了碳模板並確定了剩餘的氧化鋅納米結構的幾何形狀，包括殼的數量和它們之間的間距。因此，Lien及其同事能夠設計外殼和內殼之間的相互作用，從而在納米材料表面附近誘導迴音壁模式和光吸收。

該團隊將他們的納米外殼集成到光電探測器中。球形納米外殼的對稱性意味著可以激發迴音壁模式，而幾乎不依賴於入射角或入射光的偏振。

先前基於金屬氧化物納米顆粒的光電探測器遇到的一個問題是它們的速度慢，這些設備的響應時間長達幾百秒。使用氧化鋅納米殼，光電探測器能夠在0.8毫秒內響應。

「這種策略可以應用於其他工作，如太陽能電池和水分解裝置，」He說。「未來，我們將研究不同的材料系統和設計結構，這些結構也可以改善其他應用中的設備性能。」

直接點擊公眾號「在線諮詢」菜單，客服會為您提供國內外光電儀器、元器件採購資詢服務(工作時間周一至周五8:30-18:00)

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！