多层多孔硅结构增强铒上转换发光的理论与实验评估

从理论和实验上考虑了多层多孔硅光子结构中基于 Er$^{3+}$ 的上转换在光伏应用中的增强。利用传输矩阵模拟评估了由于一维光子带隙短波边缘处的能量传播减慢而导致的光子态密度增加。随后通过间接计算慢光模式内的 Er$^{3+}$ 吸收增强，说明了吸收相对于体材料值的增加：有效吸收系数在宽光谱区域内增加了 22% 以上，在窄光谱区域内增加了 400% 以上。制备了光子带边与 $^{4}I_{15/2} \rightarrow^{4}I_{13/2}$ Er$^{3+}$ 跃迁重合的掺铒多孔硅光子晶体。讨论了制备挑战和成分分析结果。角度依赖的光致发光测量表明，发射强度随光子带边位置的变化呈非单调变化。观察到 550-nm 跃迁的 Er$^{3+}$ 发射强度最大增强了 26.6$\times$，而较长波长的增强因子较低。