Master  thesis  project  (announced  2014-­‐11-­‐28):    Simulation,  fabrication,  and  characterization  of  synthetic  opals  towards  solar-­‐cell  applications    Contacts:  

-­‐ Min  Yan,  Optics  and  Photonics,  Department  of  Materials  and  Nano  Physics,  School  of  ICT,  KTH  (Electrum,  Kista)  

-­‐ Yanting  Sun,  Semiconductor  Materials,  Department  of  Materials  and  Nano  Physics,  School  of  ICT,  KTH  (Electrum,  Kista)  

 Project  description:  Natural  opals  exhibit  stunning  colors  [1].  The  colors  are  due  to  periodic  arrangements  of  silica  spheres  with  diameters  at  a  few  hundreds  of  nanometers.  Synthetic  opals  can  nowadays  be  fabricated  in  lab  through  self-­‐assembling  of  silica  nano  spheres.  Modern  techniques  exist  which  allow  such  synthetic  opals  to  be  fabricated  with  a  very  fine  crystalline  quality  [2].  The  concerned  project  will  utilize  such  synthetic  opals  as  periodic  templates  for  making  periodic  semiconductor  nanostructures  towards  solar-­‐cell  applications.    The  candidate  is  expected  to  design  and  optimize  geometrical  parameters  of  opals  through  numerical  calculations.  The  objective  is  to  get  desired  light-­‐refraction  property  of  the  designed  3D  periodic  structure,  for  achieving  better  trapping  of  incident  light  across  appropriate  wavelength  ranges.  Finite-­‐element  method  based  on  COMSOL  Multiphysics  will  be  extensively  used  for  that  purpose.  There  is  a  possibility  for  the  candidate  to  fabricate  the  corresponding  opal  structure  in  the  Electrum  lab.  Subsequent  optical  characterization  of  the  fabricated  structure  can  be  also  carried  out.    Depending  on  the  candidate’s  interest,  the  actual  project  can  be  narrowed  to  one  specific  portion  of  the  procedure  described  above.    

            (a)   (b)   (c)  Fig.  1.  (a)  Natural  opal  [1];  (b)  Optical  micrograph  of  an  opal  made  in  Electrum  lab,  KTH  (image  courtesy  of  X.  Chen);  (c)  A  scanning-­‐electron  micrograph  of  a  lab-­‐fabricated  opal  structure  [2].    References:  [1].   http://en.wikipedia.org/wiki/Opal  [2].   Y.A.  Vlasov,  X.-­‐Z.  Bo,  J.C.  Sturm,  D.J.  Norris,  “On-­‐chip  natural  assembly  of  silicon  

photonic  bandgap  crystals,”  Nature  414,  289  (2001).