本发明专利技术公开了一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法，包括(1)、石英衬底的准备；(2)、采用真空热蒸镀系统蒸镀金属薄膜；(3)、低压物理气相沉积系统热退火；该方法可以在不同维度上实现金属纳米粒子的大面积制备，一方面可以蒸镀不同的金属膜厚进而调控金属纳米粒子的大小，也可以通过控制多蒸发源的蒸镀速率实现不同合金比例的合金纳米粒子，另一方面在物理气相沉积系统中可以控制系统温度、气流大小、加热时间等参数来控制金属纳米粒子形貌。最终通过优化参数得到形貌良好、大小可控的金属纳米粒子以及组分可控的合金纳米粒子，通过尺寸和组分的多维度调控实现局域表面等离子共振吸收的精确可调。域表面等离子共振吸收的精确可调。域表面等离子共振吸收的精确可调。
【技术实现步骤摘要】
一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法
[0001]本专利技术属于光电器件制备
，具体涉及通过控制金属纳米粒子大小以及合金纳米粒子组分进而调控局域表面等离子体共振，拓展了金属纳米粒子在有机光电器件中的应用。
技术介绍
[0002]随着世界工业化的不断发展，科技的不断进步，人们的物质和文化生活极大丰富，但是在享受美好生活和无限便利的同时，人类对能源的需求也日益增长，并且全球目前能源的消耗还是以化石燃料为主体，在消耗这些不可再生资源的同时也对环境造成了很大的影响。作为清洁能源的代表，有机太阳能电池具有材料来源广泛、成本低、质量轻、可柔性和大面积制备等优点，已经成为相关领域的研究热点。有机太阳能电池器件，是将光能转化为电能的器件，其有源层通常是由具有电子给体和电子受体功能的有机半导体材料组成。由于有机材料的载流子迁移率较低，为了保证光生载流子可以有效地分离并被电极所收集，有机太阳能电池的有源层厚度通常控制在几十纳米，但是较薄的有源层不能够充分吸收太阳光，最终导致器件的光电转换效率较低。在有机太阳能电池器件内部，通过引入微纳结构，可以实现器件内部光场的束缚、汇聚以及放大，进而提高有机太阳能电池器件的光电转换效率。针对有机太阳能电池应用于不同场景以及采用不同的有源层材料，需要通过改变金属微纳结构的各项参数进行匹配，调控不同波段的吸收强度。
[0003]包括金属纳米粒子在内的金属微纳结构由于其具有非常大的比表面积以及和尺寸相关的物理性质，能够产生可调节的表面等离子体效应而广泛应用于传感、生物医学、光电探测以及光电器件领域。光与金属纳米粒子间的相互作用导致纳米粒子中自由电子相对于金属晶格发生集体振荡，这种现象被称为局域表面等离子体共振效应。金属纳米粒子具有强散射作用，能够提高光程、进而提高光吸收。同时，金属纳米粒子所支持的局域等离子体，具有很强的局域场增强效应，可以应用于有机太阳能电池中，在共振波长处增强光吸收，从而提高有机太阳能电池的光电转化效率。如何激发精确可控的局域等离子体共振，是探索金属纳米粒子应用于有机太阳能电池中实现光吸收增强的关键。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是：提供一种通过低压物理气相沉积系统对真空蒸镀在石英衬底上的金属薄膜进行热退火来实现金属纳米粒子制备的方法。这一技术可以在不同维度上实现金属纳米粒子的大面积制备，一方面可以蒸镀不同的金属膜厚进而调控金属纳米粒子的大小，也可以通过控制多蒸发源的蒸镀速率实现不同合金比例的合金纳米粒子，另一方面在物理气相沉积系统中可以控制系统温度、气流大小、加热时间等参数来控制金属纳米粒子形貌。最终通过优化参数得到形貌良好、大小可控的金属纳米粒子以及组分可控的合金纳米粒子，通过尺寸和组分的多维度调控实现局域表面等离子共振吸收的精确可调。
[0005]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0006]一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法，具体步骤如下：
[0007](1)、石英衬底的准备；
[0008]具体步骤为：首先，对石英衬底进行标准化清洁处理，将石英衬底依次放在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗，再用无水乙醇进行擦拭，之后用超纯水清洗，擦拭过程使用医用脱脂棉球，然后将清洁干净的石英衬底放在恒温95℃的烘箱中烘干；
[0009](2)、采用真空热蒸镀系统蒸镀金属薄膜；
[0010]具体步骤为：将石英衬底转移到真空热蒸镀系统中，在石英衬底上蒸镀一层金属薄膜；
[0011](3)、低压物理气相沉积系统热退火；
[0012]具体步骤为：将蒸镀完金属薄膜的石英衬底转移到低压物理气相沉积系统中，在氩气的氛围下进行阶段式升温，经过设定的退火时间和退火温度后，系统在氩气的保护下快速冷却至室温，得到金属纳米粒子。
[0013]进一步地，步骤(1)所述所用石英衬底的尺寸为20*18*1.1mm，之所以选用石英片作为衬底是因为利用低压物理气相沉积系统进行热退火的过程中需要高温，普通玻璃的软化点在600℃左右，而石英玻璃的软化点在1600℃左右；擦拭所用的棉球为医用脱脂棉球。
[0014]进一步地，步骤(2)中，当真空热蒸镀系统腔内真空度达到5
×
10
‑4Pa以下时，开始蒸镀，蒸镀过程保持石英衬底旋转以保证薄膜的均匀性，通过监测沉积厚度得到不同厚度的金属薄膜，通过控制不同蒸镀源的沉积速率进而得到不同合金比例的金属薄膜。
[0015]进一步地，步骤(2)所述石英衬底上的金属薄膜的厚度为1nm到30nm；薄膜沉积的速率为到沉积材料的膜厚度和沉积速率由系统内的石英晶体振荡器进行监测。
[0016]进一步地，步骤(2)所述真空热蒸镀系统可实现多金属蒸镀源共沉积，既可蒸镀单一金属薄膜，也可以蒸镀合金薄膜；即步骤(2)中的金属蒸镀源为金、银、铜中的一种或两种。
[0017]进一步地，步骤(3)所述低压物理气相沉积系统包括石英管、加热炉、混气箱及真空泵，石英管一侧连接混气箱，另一测连接真空泵，加热炉包裹着石英管的中间部分；运行时，气瓶中的气体通入混气箱，由混气箱混合均匀后通入到石英管中，通过样品后被石英管另一侧的真空泵抽走，加热炉用来升温加热石英管中的样品。
[0018]进一步地，步骤(3)中，氩气的气体流量控制为100sccm到300sccm；退火温度控制为300℃到800℃，系统升温的速率为每分钟30℃；退火时间控制为10分钟到30分钟。
[0019]进一步地，步骤(3)得到的金属纳米粒子可调控的共振吸收峰波长范围可达350nm到650nm；共振吸收峰可调控的精度为10nm。
[0020]与现有技术相比，采用上述技术方案的本专利技术具有以下优点：
[0021](1)、本专利技术所制备的金属纳米粒子可以通过控制条件实现局域表面等离子体共振的较宽波段可调，调控精度较高并且可进一步提升；
[0022](2)、本专利技术制备出的金属纳米粒子尺寸分布范围较窄，形状较为均一，通过优化可以精确提高目标波段的光吸收；
[0023](3)、利用真空热蒸镀系统和低压物理气相沉积系统两步即能够对金属纳米粒子
的表面形貌进行调控，操作简单并且适用于多种不同的蒸镀材料，同时可以进行大面积的金属纳米粒子制备，可满足商业化应用的需求；
[0024](4)、本专利技术可以在多个维度上实现局域表面等离子体共振峰可调，既可以通过调控金属薄膜的厚度进而影响退火后金属纳米粒子的大小来调控局域表面等离子体共振，也可以通过改变金属薄膜的合金组分比例进而影响退火后合金纳米粒子的组分比例来调控局域表面等离子体共振。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1和实施例2中的金属纳米粒子表面等离子体共振的示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例1中不同厚度银薄膜经过相同条件退火后所形成的银纳米粒子的扫描电子显微图片，放大倍数为30000倍；
[0027]其中：a为蒸镀厚度为10nm的银薄膜经过退火后生成银纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)、石英衬底的准备；具体步骤为：首先，对石英衬底进行标准化清洁处理，将石英衬底依次放在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗，再用无水乙醇进行擦拭，之后用超纯水清洗，擦拭过程使用医用脱脂棉球，然后将清洁干净的石英衬底放在恒温95℃的烘箱中烘干；(2)、采用真空热蒸镀系统蒸镀金属薄膜；具体步骤为：将石英衬底转移到真空热蒸镀系统中，在石英衬底上蒸镀一层金属薄膜；(3)、低压物理气相沉积系统热退火；具体步骤为：将蒸镀完金属薄膜的石英衬底转移到低压物理气相沉积系统中，在氩气的氛围下进行阶段式升温，经过设定的退火时间和退火温度后，系统在氩气的保护下快速冷却至室温，得到金属纳米粒子。2.如权利要求1所述的一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法，其特征在于，步骤(1)所述所用石英衬底的尺寸为20*18*1.1mm，擦拭所用的棉球为医用脱脂棉球。3.如权利要求1所述的一种基于合金纳米粒子调控局域表面等离子共振的方法，其特征在于，步骤(2)中，当真空热蒸镀系统腔内真空度达到5
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‑4Pa以下时，开始蒸镀，蒸镀过程保持石英衬底旋转以保证薄膜的均匀性，通过监测沉积厚度得到不同厚度的金属薄膜，通过控制不同蒸镀源的沉积速率进而得到不同合金比例的金属薄膜。4.如权利要求1所述的一种基于合金纳米粒子调控局域表面等...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕宴钢，任梓升，冯晶，林霂，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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