黑色矽管上的CVD生長碳納米管分支,在寬波長範圍內實現超高吸收

本文要點：

一種通過在黑色矽側壁上集成黑色矽莖和CVD生長的緻密CNT來構建高性能黑色矽碳納米管雜化結構的方法。

成果簡介

一種黑色矽碳納米管（bSi-CNT）混合結構，可在寬波長範圍（300–1200 nm）內實現超高吸收。通過均勻地塗覆Fe催化劑/化學氣相沉積（CVD），CNT在整個黑色矽莖上緻密生長。bSi-CNT不僅增加了表面粗糙度以增強光抑制能力，而且由於CNT的帶隙較小，還允許在寬的波長範圍內吸收Si帶隙，在低於Si帶隙（<1000 nm）的短波長下，bSi-CNT的吸光度顯示平均值為98.1％，而黑色矽顯示為89.4％，這是由於bSi-CNT的高表面粗糙度會增強光捕獲。

在矽帶隙上方的長波長處，由於在CNT中的吸收，bSi-CNT的吸收率保持在96.3％而黑色矽的吸光度會隨著波長的增加而突然降低。特別是，bSi-CNT在1200nm處的吸光度顯示為93.5％，比先前報導的bSi高約3090％。碳納米管在黑色矽上的簡單生長可以顯著提高吸光度，而無需使用任何抗反射塗層。因此，該研究可用於實現高效的光伏，光催化應用。

圖文導讀

圖1、（a）bSi-CNT結構的製造過程的三維示意圖。（b–d）SEM圖像顯示了對應於（a）的bSi-CNT樣品的側視圖（頂圖）和頂視圖（底圖）。

a）bSi-CNT雜化結構的三維示意圖。插入圖是裸矽和bSi-CNT混合樣品的光學圖像。（b）對應的SEM圖像的BSI-CNT的樣品在（（橫截面圖）一個）。（c）bSi-CNT樣品的拉曼光譜在532nm的波長下進行。（d）在300–1200 nm波長範圍內測得的bSi-CNT樣品的吸收光譜。

圖3、（a）SEM圖像顯示CNT密度與CVD生長時間的關係：分別為5、15和30分鐘。不同激發波長的吸光度與CNT生長時間的關係：（b）λ= 300 nm（紫外範圍），（c）λ= 532 nm（可見範圍），（d）λ= 1200 nm（IR範圍）。（e）比較在不同波長下隨著CNT生長時間的吸光度。

圖4、在bSi莖上生長的CNT的重要性

小結

一種通過在黑色矽側壁上集成bSi莖和CVD生長的緻密CNT來構建高性能bSi-CNT雜化結構的方法。碳納米管在bSi上的簡單生長可以顯著提高吸光度，而無需使用任何抗反射塗層。因此，研究可用於開發高性能的光伏和光催化水分解應用。

文獻：CVD-Grown Carbon Nanotube Branches on Black Silicon Stems for Ultrahigh Absorbance in Wide Wavelength Range