[ca] Un dels reptes principals per aprofitar la regió de l'infraroig pròxim (NIR) de l'espectre solar que és malgastada per qualsevol cèl·lula solar, a causa de la limitació en la bretxa prohibida que impedeix la generació fotovoltaica, és explotar formes alternatives de generació de fotocorrent. Malgrat el gran potencial mostrat per les arquitectures fotòniques/plasmòniques quant a les seves prestacions optoelectròniques, la seva implementació en dispositius és impedida per la poca eficiència en generació de fotocorrent i per les tècniques de fabricació costoses i poc rendibles que comporten. Per això, aquesta tesi està dedicada al disseny i desenvolupament de captadors de llum NIR per a millorar la generació de fotocorrent utilitzant metodologies escalables de nanoestructuració com la litografia de nanoimpressió suau (NIL). La transparència del silici en el NIR permet el disseny de nano/microestructures implementables en dispositius que aprofiten la part infraroja de l'espectre solar. Aquí presentem una estratègia amb patrons de piràmides de silici invertides cobertes amb una fina pel·lícula d'or, que presenten absorció substancial de la llum en el NIR, a la bretxa del Si. L'absorció prové de l'excitació ressonant dels plasmons superficials a la interfície metall/dielèctric. Per optimitzar tan mida com separació de les piràmides invertides s'iteren les simulacions per diferències finites en domini temporal (FDTD) i mesures de la resposta infraroja per transformada de Fourier. Les distribucions de camp proper calculades s'analitzen específicament buscant la presència de punts calents, és a dir, regions de mida nanomètrica de fort augment del camp electromagnètic adequades per a la generació d'electrons calents. També s'implementa l'evaporació en angle oblic per fabricar piràmides amb un nombre parcial de facetes cobertes d'or, que mostren comportaments similars a les piràmides completament cobertes (de 4 facetes), però que, a causa de la menor simetria, presenten punts calents intensos en l'àpex de les piràmides de 3 facetes. La resposta òptica dels dispositius de 3 i 2 facetes depèn fortament de la polarització lineal de la llum incident, la qual cosa proporciona un paràmetre addicional a la geometria del patró per sintonitzar la seva resposta. Les simulacions numèriques mostren que a les piràmides de 3 facetes petites (200 –300 nm), els vectors de camp elèctric als punts calents són perpendiculars a la superfície del metall, fet indispensable per a l'emissió eficient d'electrons calents. La caracterització fotoelèctrica dels dispositius de piràmide invertida de Au/Si amb diferent nombre de facetes cobertes demostra respostes notables tant a la regió per damunt com per sota de la bretxa del Si, que s'entén respectivament amb els mecanismes de transferència d'energia de ressonància induïda per plasmó (PIRET) i de generació d'electrons calents. La magnitud dels fotocorrents d'electrons calents dels dispositius de 3 facetes supera en cinc vegades la dels de 4 facetes, mostrant una fotoresposta NIR homogènia a la bretxa del Si en tota l'àrea estampada de 0,5 cm2. Els mapes de fotocorrent en funció de l'angle azimutal de polarització posseeixen la mateixa simetria C2 que els mapes d'absorbància. Els conceptes s'estenen a la fabricació de dispositius utilitzant materials polimèrics com el semiconductor orgànic de tipus n N2200. Mitjançant el mètode denominat "gravat humit" s'utilitza la litografia NIL per gravar el polímer amb la matriu piramidal durant el procés d'assecat. Novament, s'observa una absorció forta i sintonitzable a la bretxa del polímer, presentant punts calents distribuïts al llarg de la interfície Au/N2200. La resposta fotoelèctrica dels dispositius de Au/N2200 és similar a la dels dispositius de Au/Si, obtenint respostes comparables i fotocorrents notables en el rang espectral mesurat, des del visible fins al NIR, la qual cosa correspon una vegada més als mecanismes de PIRET i de generació d'electrons calents treballant de manera sinèrgica.

[en] One of the main challenges in harvesting the near-infrared (NIR) region of the solar spectrum that is wasted by any solar cell, due to the limitation in bandgap that prevents photovoltaic generation, is to exploit alternative ways of photocurrent generation. Despite the great potential shown by photonic/plasmonic architectures in terms of their optoelectronic performance, implementation in devices is still hampered by their low photocurrent generation efficiency and the expensive and low throughput fabrication techniques involved. Therefore, this thesis is devoted to the design and development of NIR light harvesters to improve photocurrent generation while using scalable nanostructuration methodologies such as soft nanoimprint lithography (NIL). The transparency of silicon in the NIR enables the design of nano/microstructures for implementation in devices to harvest the infrared part of the solar spectrum. Here a strategy is reported that uses arrays of inverted silicon pyramids covered with a thin gold film, which exhibit substantial light absorption in the NIR, below the gap of Si. The absorption stems from the resonant excitation of surface-plasmons at the metal/dielectric interface. The optimization of size and separation of the inverted pyramids proceeded by iteration of the calculation and measurement of the infrared response using finite difference time-domain simulations and Fourier-transform IR spectroscopy, respectively. The calculated near-field distributions are analyzed specifically looking for the presence of hot spots, i.e. nano-sized regions of very high concentration of the electronic charge and strong electromagnetic field enhancement, and their potential for hot-electron generation is discussed. Furthermore, oblique-angle evaporation was implemented for the fabrication of Si pyramids with partial number of facets covered with gold, which display similar behavior as the fully covered pyramids (4-facet) already studied but which, due to the lower symmetry, exhibit intense hot spots at the apex of the 3-facet covered pyramids. Interestingly, the optical response of the 3-facets and 2-facets Au covered pyramids appears to be strongly dependent on the linear polarization of the incident light, which provides a means to tune the response of the devices, besides varying pyramid size and array pitch. Numerical simulations show that in small size 3-facets pyramids (200 –300 nm), the hot spots are characterized by electric-field vectors perpendicular to the metal surface, which is a prerequisite for efficient hot-electron emission. The photoelectrical characterization of Au/Si inverted-pyramid devices with different number of facets covered with gold demonstrates that they can exhibit remarkable responsivity both in the region above and below the Si bandgap, which can be explained by the mechanisms of plasmon-induced resonance energy transfer (PIRET) and hot electron generation, respectively. The magnitude of the hot-electron photocurrents of the 3-facets devices is five times larger than that of the 4-facets counterparts. Homogeneous NIR photo-response is obtained across the whole patterned area of 0.5 cm2 below the Si bandgap. The photocurrent maps as a function of polarization azimuthal angle in the measured spectral range below Si bandgap exhibit exactly the C2 symmetry as the absorbance maps. The concepts were extended to the fabrication of devices using polymeric materials such as the n-type organic semiconductor N2200. A method called "wet embossing" is reported that uses soft nanoimprint lithography to engrave the polymer with the inverted pyramid array during the drying process. Again, strong and tunable absorption below the gap of the polymer is observed, which stems from the resonant excitation of surface-plasmons, also presenting hot spots distributed along the Au/N2200 interface. The photoelectrical response of Au/N2200 devices is similar to that of the Au/Si counterparts, yielding comparable responsivities and remarkable photocurrents in the measured spectral range from visible to NIR, once more corresponding to PIRET and hot-electron generation mechanisms working synergistically.