学术科研

张程，男，苏州大学物理与光电∙能源学部2015级博士生，师从李孝峰教授。他主要从事微纳光伏与热电子光电转换研究，以第一作者在SCI二区以上期刊发表论文7篇，其中3篇影响因子（IF）> 10、1篇IF > 7，累计发表SCI期刊论文25篇。荣获2014、2016和2017年硕士、博士研究生国家奖学金、2017年苏州大学研究生朱敬文特别奖学金、苏州大学研究生学术标兵、中国光学工程学会科技创新三等奖和江苏省高校第十四届大学生物理及实验科技作品创新竞赛一等奖。

学术事迹：

他主要从事纳米结构薄膜太阳电池的先进陷光设计和高性能热载流子光电探测器研究，至今已发表SCI期刊论文25篇。其中，以第一作者发表1篇ACS Nano（SCI一区、影响因子13.942）、2篇Nano Energy（SCI一区、影响因子12.343）、1篇Nanoscale（SCI一区、影响因子7.367）、1篇Applied Physics Letters（SCI二区、影响因子3.411）、2篇Nanoscale Research Letters（SCI二区、影响因子2.833）以及1篇SCI期刊邀请论文。下面介绍他取得的主要研究成果。

1、宽带光电转换：光伏器件的高效光电转换理论

(I)非晶硅/微晶硅双结太阳电池的陷光与光电转换设计

他通过引入二维光子晶体来增强光在电池中的共振数量和吸收强度，使得电池整体对入射光具有近乎完美地吸收，匹配的光电流密度提高了2.23mA/cm2。然而，由于底部微晶硅中光电流密度增加低更多(4.63mA/cm2)，导致输出的光电流密度不匹配。为了有效地利用底部电池的吸收光，引入18 nm 的氧化锌中间反射层。光电转换效率预计达到12.67%，相对于平面设计提高了27.72%。

(II)单根纳米线太阳电池高效光电转换设计

他发现了两种具有特殊光学共振/聚光作用的单根纳米线太阳电池设计方案，获得大幅提升的光电性能。(1)异轴核壳结构：利用纳米线的聚光作用，通过引入非同轴电介质包层，使光伏材料正好处于电介质包层焦点上（硅和包层焦点匹配），可以使电池在几乎全部的电池光谱上、大角度地提高光学吸收而不影响硅电池的载流子收集能力。光电流密度和光电转换效率相比于同轴包层设计提高了~ 40%。(2)纳米孔状结构：通过在纳米线微腔中引入纳米孔，借助于高度增强的光学共振模式，非对称纳米孔单根纳米线在宽谱内展现了显著增强的光吸收能力、获得了很高的光电流密度，相对于传统实心纳米线设计提高了37.5%。

(III)薄膜晶体硅太阳电池的陷光与光电转换设计

他发现将均一直径的纳米孔阵列调制成上大下小的两类纳米孔阵列，可更加充分地吸收入射光。上层孔大，占空比高（有效折射率低），实现了短波段反射降低（吸收增强）。下层孔小，硅体积相对较大，形成了较强的光学共振模式，提高了长波段光吸收，光电流密度相对最好的单直径纳米孔阵列提高了17.39%。

2、窄带光电转换：热电子光电转换新机制与新结构研究

(I)共型纳米线阵列热电子光电探测

他提出了基于共型纳米线阵列的热电子光电探测器，具有在可见光和近红外波段可调的光学响应。实现接近完美、对入射光偏振不敏感、极窄带的光学吸收。电场聚集在纳米线顶部拐角处，实现高热电子产生率，光电探测器响应度是平面参考系统的5倍以上。

(II)平面多层结构的热电子光电探测  

他研究了两种平面结构热电子光电探测器，旨在通过简单结构获得与复杂纳米结构相当甚至更高的光电转换性能。(1)基于微腔的平面结构：将透明导电氧化物/半导体/金属结嵌入两个非对称的布拉格反射镜(DBR)和无损的缓冲层中，器件的共振波长和吸收效率可以通过缓冲层厚度和顶部DBR对数来调节。金属吸收达到92%，是未引入谐振腔时候的21倍。器件无偏压下的响应度相对未引入微腔的提高了一个数量级以上、比金属光栅系统的高，并且可以实现在近红外波段的多带探测功能。(2)基于塔姆等离子(TPs)的平面结构：他通过引入DBR，结合由金属/半导体/金属构成的热电子发射和收集层。通过激发TPs，入射光被强烈地局域在顶部金属和相邻的电介质层之间，使得顶部金属吸收超过87%的入射光。响应度比基于金属纳米结构的还高。并且，系统具有对入射角度不敏感、高度可调的窄带共振特性和多带探测等功能。

(III)热电子光电转换器件损耗机制分析和设计策略

他系统地探讨了热电子器件的基本损耗机制、阐明了导致热电子光电转换效率低的内在物理限制，并探索了实现高效热电子光转换的潜在策略。他将热电子能量损失分为三类，分别出现在热电子产生、传播和发射过程中。这些损失机制广泛地涉及光子吸收、电阻耗散、电子−电子或者电子−声子热化、载流子扩散、肖特基势垒和电子动量守恒等。他进一步地举例说明了三种平面热电子系统以显示为了提高效率而打破物理限制的可能性：基于TPs的平面结构、具有双重势垒的平面微腔和通过控制势垒和电子态密度进一步优化的系统。这些设计可以显著提高热电子产生、输运和收集的效率，实现多域优化后的系统外量子效率在近红外波段可达60%以上。

所获省级以上奖励

(1)2014年硕士研究生国家奖学金

(2)2016年博士研究生国家奖学金 

(3)2017年，中国光学工程学会科技创新三等奖，排名(5/5)

(4)2017年博士研究生国家奖学金

(5)2017年江苏省高校第十四届大学生物理及实验科技作品创新竞赛一等奖