基于金属量子点的局域等离激元效应,提出一种新的固体介质表面微结构的制备方法。利用飞秒激光辐照涂有Cu2S量子点的K9玻璃,在其表面制备出了类似光栅结构的亚波长周期性条纹。当飞秒激光的中心波长为1300 nm、脉宽为50 fs、激光功率为230 mW时,玻璃表面的亚波长周期性条纹结构尺寸为34 nm。通过模拟得到了附有Cu2S量子点玻璃表面的近场分布,模拟结果表明, 出现这种周期性条纹结构是入射飞秒激光与量子点产生的等离激元场之间产生干涉引起的。该制备方法可以降低透明介质微构造的激光功率阈值,改善了透明基质表面的微纳结构加工工艺。

在一定条件SF6气体氛围中, 硅可在飞秒激光辐照区产生μm量级的尖峰结构。针对不同尖峰高度的微构造硅, 在不同温度下退火, 采用电子蒸发的方法在正反面分别镀上铝电极, 制备出了飞秒激光微构造光电二极管, 并测试了其光电响应。实验结果表明: 飞秒激光微构造光电二极管的响应随微构造硅光电二极管的尖峰高度和退火温度的不同而不同。尖峰高度为3～4 μm的样品在973 K温度退火30 min后, 响应度可达0.55 A/W。即使在1100 nm波长处, 这种新型的硅光电二极管的响应仍可高达0.4 A/W。

在SF6气氛下, 分别利用钛宝石飞秒脉冲激光与掺钕钇铝石榴石纳秒脉冲激光对单晶硅表面进行了微构造和重掺杂, 以用于光伏材料。对制备的单晶硅表面微结构的形貌、结晶性和硫元素杂质含量与分布进行了研究。实验结果表明纳秒脉冲激光制备的单晶硅表面微结构的薄层电阻较小, 缺陷密度较低(结晶性高), 硫元素杂质含量较高且在表面分布的范围较广, 深度较大(约1 μm)。此外, 材料的可见-近红外波段吸收率可接近80%。基于纳秒脉冲激光微构造的单晶硅的优异性能, 在样品表面制备了有效光照面积达8 cm2的太阳能电池。其中, 最佳太阳能电池的串联电阻、开路电压、短路电流密度分别为0.5 Ω, 503 mV, 35 mA/cm2, 转换效率约12%。上述太阳能电池性能还可通过优化制备工艺进一步提高。

采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照，研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱(PL)测量表明，在样品没有退火处理的情况下，激光扫描区域观察到橙色荧光峰(603 nm)和红色荧光带(680 nm附近)。扫描电子显微镜(SEM)测量显示，在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测到了低值氧化物SiOx(x＜2)的存在，并且结合能谱仪(EDS)检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明：603 nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx，680 nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度，通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度，可以有效地控制样品的荧光强度。

采用Nd:YAG纳秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照, 研究了表面微结构在不同能量密度和扫描速度下的演化情况。扫描电子显微镜测量表明, 激光在相对较低能量密度下辐照硅表面诱导出鱼鳞状波纹结构, 激光能量密度相对较大时, 诱导出絮状多孔的不规则微结构。光致荧光谱(PL)表明, 激光扫描区域在710 nm附近有荧光发射。用氢氟酸腐蚀掉样品表面的SiOx后, 荧光峰的强度显著降低, 说明SiOx在光致发光增强上起重要作用。能量色散X射线谱(EDS)表明氧元素的含量随激光能量密度的增大而增加。研究表明：纳秒激光的能量密度和扫描速度对微结构形成起着决定性作用, 改变了硅材料表面微结构尺寸, 增大了光吸收面积；氧元素在光致发光增强上起重要作用, 微构造硅和SiOx对光致荧光的发射都有贡献。

在SF6气氛中使用飞秒激光对单晶硅表面进行辐照，制造了尖峰状的微结构表面，随后在该表面上通过磁控溅射了一层掺铝氧化锌（AZO）薄膜。考察了样品镀膜前后的表面微结构和光学吸收性能。结果表明，表面尖峰尺寸和间隙会受到激光能量密度的影响，光在这些尖峰中的多次反射是微构造硅在200～1000 nm波段具有良好光学吸收性能的主要原因。镀膜后，粗糙表面对入射光的散射和AZO薄膜的增透作用增强了样品在可见光区域（400～800 nm）的光学吸收性能，AZO薄膜对红外光的高反射导致样品反射峰的红移。

在特定的气体氛围下,用一定能量密度的超短脉冲激光连续照射单晶硅片表面,制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的“黑硅”新材料。不同背景气体下的实验表明,激光脉宽和背景气体对表面微构造的形成起着决定性的作用。具体分析了SF6气体氛围中,皮秒和飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的演化过程。虽然两者均可造成硅表面的准规则排列微米量级尖峰结构,但不同脉冲宽度的激光与硅表面相互作用的物理机制并不相同。在皮秒激光脉冲作用下,尖峰结构形成之前硅片表面先熔化; 而飞秒激光脉冲作用下尖峰的演化过程中始终没有出现液相。对材料的光辐射吸收的初步研究表明,该材料对1.5～16 μm的红外光辐射吸收率不低于80%。