全无机钙钛矿量子点CsPbX_3(X=Cl,I,Br)的合成及其应用研究进展

基于钙钛矿结构的CsPbX_3(X=Cl, I,Br)量子点,以其优异的发光性能,如较高的量子效率(～90%)、发光波谱覆盖整个可见光谱(400～700 nm)和窄发射峰(12～42 nm)等,在太阳能利用和提高太阳能电池光电转化效率等前沿技术领域有着重要的应用价值.文中对近年来全无机铅卤钙钛矿CsPbX_3(X=Cl, I,Br)量子点的制备方法、性能影响因素、应用领域的研究进展进行了综述,并对其存在的不足进行了分析.以期为研发出具有优异发光性能的全无机铅卤钙钛矿量子点提供借鉴.     

ε-Ga2O3/SiC异质结自驱动型日盲光电探测器

构建合适的异质结是改善光电探测器性能的一种有效方法,为了提升超宽禁带半导体Ga₂O₃薄膜日盲光电探测器的光电性能,采用金属有机化学气相沉积技术在SiC单晶衬底上成功异质外延了高质量的ε-Ga₂O₃薄膜,并制备了ε-Ga₂O₃/SiC异质结光电探测器。探究外延薄膜的晶体结构和吸收光谱可知,单一取向的ε-Ga₂O₃薄膜对日盲区紫外光表现出强烈的吸收特性。得益于较强的内建电场,制备的异质结光电探测器件具有出色的自驱动光电响应特性。在无外置电场条件下具有稳定的深紫外光响应,其具有暗电流低、灵敏度高的特点。在0V偏压、254nm紫外光辐照下,探测器光暗电流比高达10⁴,光响应度达到0.3mA/W,比探测率达到1.45×10¹⁰cm·√Hz/W。ε-Ga₂O₃/SiC自驱动光电探测器的成功研制可为实现零能耗探测器件的制备提供理论思路和实验指导。     

氯化甲胺对甲胺铅溴钙钛矿单晶的钝化

为了减少甲胺铅溴(MAPbBr₃)钙钛矿单晶的表面缺陷以提高其光电性能,采用氯化甲胺(MACl)的异丙醇溶液对机械打磨后的MAPbBr₃单晶进行钝化。通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)、时间分辨光致发光衰减谱(TRPL)、X射线衍射图谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)对MACl钝化后的MAPbBr₃单晶的结构与形貌进行表征和分析;采用钝化后的单晶制备光电探测器,考察MACl钝化对MAPbBr₃单晶的光电性能的影响。结果表明：经MACl钝化,机械打磨后的MAPbBr₃单晶表面重新结晶,载流子寿命增大约4.5倍,在形貌优化的同时有效减少了单晶的表面缺陷。氯离子的引入改变了单晶表面的晶格间距与能带结构,增大了单晶与电极之间的势垒,可使暗电流减少2个数量级,光暗电流比提高1个数量级,探测率提高近5倍。MACl钝化法简易高效,成本低廉,为MAPbBr₃钙钛矿单晶高性能光电探测器的开发应用提供了可行性方案。     

IGZO薄膜晶体管的制备及其光电性能

本文采用磁控溅射技术沉积InGaZnO(IGZO)薄膜,制备具有底栅结构的薄膜晶体管(TFT).测试并分析IGZO TFT的电学性能和在不同波长紫外光照条件下的光电响应性能,在VDS为10 V时,得到饱和迁移率为173 cm2/Vs,Ion/Ioff达到108,Von为10.5 V,亚阈值摆幅大约为5 V/decade的器件.该器件对于254 nm和365 nm的光照均具有良好的响应特性,在254 nm光照条件下的光响应度可达44.8 A/W,可以应用于光电探测领域.     

WS_2光电探测器光电响应特性研究

为探究WS_2的光电探测器光电响应特性,本文以机械剥离法制备WS_2晶体薄膜,采用定位转移法在氧化硅片衬底上制备WS_2光电探测器,对WS_2晶体薄膜进行表征分析,测试并分析了器件的光电性能。实验结果表明:对波长260～850 nm范围的光表现出明显的光响应特性,在630 nm波长的光照条件下的光电流、光响应度以及光探测率最高;器件的上升时间和衰减时间分别为0.7 ms和0.5 ms。文中制备的光电探测器具有具有较好的光电响应特性。     

氧化铝增强的PdSe2/Si异质结光电探测器

为了降低暗电流,通过原子层沉积(ALD)生长了一层氧化铝(Al₂O₃)隧穿层,制备了PdSe₂/Al₂O₃/Si异质结光电探测器.通过优化Al₂O₃层的厚度,使得该探测器实现了高速和宽光谱响应.研究结果表明,在波长为808 nm的光照射和-2 V偏压下,所制备的光电探测器与未生长Al₂O₃的器件相比,暗电流降低了约3个数量级,器件的光响应度达到了约为0.31 A/W,对应的比探测率约为2.5×10¹² Jones,器件在零偏压下表现出明显的自驱动效应.经过循环测试1 200次后,器件保持良好的光响应.器件响应的上升时间和下降时间分别为7.1和15.6μs.结果表明,在二维层状半导体材料与Si之间引入Al₂O₃隧穿层,可以有效地降低器件的暗电流,有利于高性能的Si基光电探测器的制备.     

Al/ZnO/Ag肖特基二极管的制备与光电特性

以Si(111)为衬底,采用射频磁控溅射与高温退火工艺制备ZnO薄膜.利用X射线衍射、扫描电子显微镜对ZnO薄膜进行表征及结构分析.结果表明,ZnO薄膜具有高度的C轴择优取向,样品表面光洁、平整.在此ZnO薄膜工艺条件下,在石英玻璃衬底上成功制备了Al/ZnO/Ag肖特基二极管紫外探测器.对该紫外探测器的暗电流和365 nm波长光照下的光电流进行了测试.室温下结果表明:Ag和ZnO已形成肖特基接触,根据I-V、C-V测试得到的有效势垒高度分别为0.60 eV和0.53 eV,理想因子为12.6,理论计算得到的空间电荷密度为3.1×1016cm-3.无光照3V偏压时,暗电流为24.19 mA,当用λ=365 nm的光照射Ag/ZnO肖特基结,在3 V偏压时,光生电流为3.28 mA,表明Al/ZnO/Ag紫外探测器有明显的光响应特性.     

pH值对BiOX(X=Cl、Br、I)光催化剂性能的影响

以Bi_2O_3和HX(X=Cl、Br、I)为主要原料,用氨水调节出不同pH值,制备出层片纳米结构BiOX(X=Cl、Br、I)光催化材料,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱仪(DRS)等手段对该样品进行物相、形貌、光学性能表征,在可见光辐照下以甲基橙(MO)为目标污染物测试BiOX(X=Cl、Br、I)光催化性能。对比分析了BiOX(X=Cl、Br、I)形貌、光吸收波长、光催化降解速率。结果表明:在pH=9时制备的BiOCl、pH=9时制备的BiOBr、pH=6时制备的BiOI,由于具有更小的纳米片尺寸和更为疏松的微观结构使其分别具有更好的光催化性能。光催化性能优化机制可从纳米片尺寸、结构疏松程度等方面分析。     

基于10 Gbit/s应用长波长光电二极管

设计制作了一种基于10Gbit/s应用的正照平面结构的InGaAs/InPPIN高速光电二极管.该器件带宽达到19GHz,响应度>0.75A/W,暗电流<5nA,结电容<0.15pF.组件测试表明,器件适用于高速光通信及测量系统中对1310nm和1550nm波长光的探测.     

静电纺丝制备Zn 掺杂的CsPbI3@PS 复合纤维薄膜

全无机卤化物钙钛矿材料(CsPbX₃, X=Cl, Br, I) 由于其优异的光学性能, 在光电领域具有广阔的发展前景,但全无机钙钛矿量子点对水、空气等外界环境特别的敏感限制了其发展。因此, 提高全无机钙钛矿量子点的稳定性非常重要。通过掺杂Zn²⁺ 取代CsPbX₃中的部分Pb, 进一步包覆聚苯乙烯(PS), 然后利用静电纺丝技术制备出Zn掺杂CsPbI₃@PS 复合纤维薄膜。CsPbI₃纳米晶在聚合物纤维中原位生长, 制得的PS 电纺薄膜不仅具有CsPbI₃ 钙钛矿量子点的荧光性质, 而且其稳定性显著提高, 可保存2 个月仍具有荧光效果, 并且实现其在白光二极管(WLED)器件上的应用。     

金属卤化物杂化钙钛矿材料及其光电器件的研究进展

AMX3型卤化物杂化钙钛矿材料因其可见光吸收能力强、发光单色性好、激子束缚能低、载流子寿命长和迁移率高等优异的光电性能,在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等应用领域具有重大商业价值。重点介绍AMX3型卤化物杂化钙钛矿材料及其应用。首先简述了该材料的晶体结构、组成及其光电特性,探讨了其在光电领域有突出表现的原因;然后详细介绍了钙钛矿太阳能电池、发光二极管和光电探测器三种器件的结构、工作原理和研究进展,重点讨论了钙钛矿材料的带隙调节方法;最后指出了钙钛矿器件在商业化道路上所面临的主要挑战。     

钙钛矿CsPbBr_3中光生载流子的动力学行为

钙钛矿材料的光电性能十分优异,可应用于光电器件,且钙钛矿中光生载流子的动力学行为可以决定光电器件的性能.本研究利用泵浦探测瞬态吸收光谱研究CsPbBr3量子点被激发后光生载流子的动力学行为,通过奇异值分解及全局拟合研究了CsPbBr3量子点被光激发后的瞬态吸收光谱.实验结果表明,激子间的耦合会导致CsPbBr3量子点的能带边沿发生红移,而Burstein-Moss效应会引起其能带边沿发生蓝移.结果同时揭示了CsPbBr3量子点中光生载流子的动力学过程,以及与之对应的指前相关因子光谱,其中,热载流子的弛豫时间约为0. 4 ps,10 ps和100 ps量级的衰减时间可归结为双激子以及带电激子的寿命,而纳秒量级的衰减时间可归结为激子的辐射复合.     

烷胺基结构对钙钛矿材料光电性能及稳定性的影响

以不同烷烃链长和胺基数的有机物为原料,采用溶液法合成系列具有不同烷胺基结构的钙钛矿材料,研究烷胺基结构对钙钛矿材料光电性能和稳定性的影响;以二氨基丙胺铅碘(CH2)3(NH3)2Pb I4为光吸收层制备钙钛矿太阳电池,探索钙钛矿材料在光伏领域的应用。结果表明:烷烃链长和胺基数均直接影响钙钛矿材料的带隙宽度,随着烷烃链的增长带隙变大,随着胺基数的增加带隙急剧变小;由1,3-二氨基丙烷为前驱物合成的(CH2)3(NH3)2Pb I4钙钛矿材料光吸收边位置达930 nm,并显现出良好的湿度稳定性;以(CH2)3(NH3)2Pb I4钙钛矿材料为光吸收层的太阳电池,其开路电压可达0.718 V。通过调控烷胺基结构可制备出光电性能可调、稳定性高的光伏材料。     

有机无机钙钛矿薄膜的间歇式退火和光电性能

为了改进空气环境条件下有机无机钙钛矿薄膜的制备工艺,开发了一种间歇式退火(intermittent annealing,IA)方法,以制备高质量无针孔的钙钛矿薄膜,优化光电性能.采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射谱(X-ray diffraction,XRD)、紫外可见吸收(ultraviolet-visible,UV-Vis)光谱、光致发光(photoluminescence,PL)光谱等表征,系统比较了在空气环境条件下反溶剂一步法旋涂制备钙钛矿薄膜工艺中,普通退火(traditional annealing,TA)方法和间歇式退火方法处理得到的卤化铅甲胺有机钙钛矿薄膜的形貌、结构和光电性能.结果表明,对于MAPbI_3、MAPbIBr_2和MAPbI_2Br钙钛矿材料,采用间歇式退火方法制备的薄膜均匀致密无针孔,晶粒尺寸显著增大,薄膜结晶性提高,在可见光范围内光吸收能力更强.在空气环境下所得间歇式退火制备的MAPbI_3太阳能电池器件在AM 1. 5的模拟太阳光下,光电转换效率可达11. 5%(有效面积0. 24 cm~2),而在空气环境下以普通退火方法制备的器件的光电转换效率为8. 9%,间歇式退火样品的光电转换效率有大幅度提高.     

添加剂对钙钛矿太阳能电池性能的影响

为了钝化甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿薄膜表面的缺陷,在PbI2前驱液中引入氨基锂(LiNH_2)作为添加剂制备钙钛矿电池器件,对其电学性能、表面形貌、结晶性、紫外可见光谱和荧光光谱进行测试分析,考察不同质量分数LiNH_2对钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明:LiNH_2含有孤对电子,能够钝化钙钛矿缺陷,有利于光生激子的解离,提高器件的光电效率及稳定性;当LiNH_2质量分数为2%时获得了最优的器件性能,与无添加剂的器件相比,钙钛矿电池器件的开路电压(Voc)从0.96 V提升至1.00 V,短路电流(Jsc)从18.47 mA/cm~2增加至20.24 mA/cm2,填充因子(FF)从0.53提高到0.63,光电转换效率(PCE)由9.4%提升至12.6%,器件没有回滞现象。     

Cl、Br掺杂的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿材料制备及吸光性能研究

以甲胺盐和卤化物为原料制备CH_3NH_3PbI_3类钙钛矿材料,通过对CH_3NH_3PbI_3进行紫外光谱等测试,研究其结构和吸光性能.结果表明:随着PbI_2和CH_3NH_3I的摩尔比由1∶1到1∶3,CH_3NH_3PbI_3的吸光度增大,但是当接近1∶2时,材料所吸收的波长范围有明显的左移现象,长波方面吸光度有所下降,吸收范围变窄.通过对CH_3NH_3PbI_3进行Cl、Br部分掺杂,合成CH_3NH_3PbI_((3-x))Cl_x和CH_3NH_3PbI_((3-x))Br_x,对掺杂后的材料进行结构表征和吸光性能研究.研究表明:CH_3NH_3PbI_3、CH_3NH_3PbI_((3-x))Cl_x和CH_3NH_3PbI_((3-x))Br_x分别对波长小于800 nm、450 nm和750 nm的光吸收较强.掺杂后的类钙钛矿CH_3NH_3PbI_((3-x))Cl_x和CH_3NH_3PbI_((3-x))Br_x在成膜致密度、光吸收度和稳定性方面优于CH_3NH_3PbI_3.     

ZnO形貌对紫外光电探测器性能的影响

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体,在紫外光电探测领域有着重要应用价值。基于ZnO的紫外光电探测器的器件性能在很大程度上取决于ZnO的形貌调控。通过水热合成方法制备了三种形貌的纳米ZnO结构:ZnO纳米线、ZnO纳米棒、ZnO纳米颗粒,并基于三种形貌结构分别制备了紫外光探测器件,分析并探讨了影响紫外光电探测器性能的关键因素,旨在得到光响应率、响应时间、开关比最佳的ZnO形貌。结果表明,ZnO纳米线为基础的器件性能优于其他两种ZnO结构。     

烷基铵盐对甲胺基钙钛矿薄膜质量调控及性能研究

为了实现钙钛矿薄膜的规模化制备,以烷基铵盐（MACl）为添加剂,通过控制钙钛矿薄膜的结晶速率,获得了致密性良好且缺陷态密度较低的钙钛矿材料;通过SEM、XRD、UV-Vis和J-V系统表征了钙钛矿材料的微观结构及光电性能,探究了钙钛矿薄膜质量及器件性能提高的相关机制。研究结果表明：当MACl的摩尔分数为20%时,钙钛矿薄膜的晶粒大小及形貌达到最优值,光生载流子寿命提高了3倍以上,器件的最高光电转换率由原来的4.21%显著提升至14.17%。     

SOI基垂直入射Ge PIN光电探测器的研制

研制了在SOI衬底上工作于近红外波段的垂直入射GePIN光电探测器。采用低温Ge缓冲层技术,在超高真空化学气相淀积系统(UHV/CVD)上生长探测器材料。测试表明,器件的暗电流主要来源于表面漏电流,暗电流密度随着尺寸的增加而减小,在2V偏压时暗电流密度可达17.2mA/cm2;器件在波长1.31μm处的响应度高达0.22A/W,对应量子效率为20.8%。无偏压时,器件的响应光谱在1.2～1.6μm波长范围内观察到4个共振增强峰,分别位于1.25、1.35、1.45和1.55μm左右,峰值半高宽约为50nm,共振增强效应是由SOI衬底的高反射率引起的。采用传输矩阵法模拟的响应光谱与实验测量结果吻合良好。     

碳对电极CsPbBr3 钙钛矿太阳能电池的 制备及其光、热稳定性研究

采用两步溶液法制备了无机钙钛矿Cs Pb Br3薄膜,通过增加Pb Br2薄膜在Cs Br甲醇溶液中的反应时间来增加钙钛矿薄膜的厚度并改善薄膜的结晶性,从而提高了无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。当反应时间从30 min提升至90 min时,电池的效率从1.43%上升至2.84%,这得益于光电流密度得到有效提高。所制备的钙钛矿太阳能电池表现出良好的热稳定性和光稳定性。在最大功率点条件下,全光谱太阳光(AM 1.5,100 m W/cm2)持续照射1 h后,其工作性能保持稳定。在100?C条件下持续加热476 h,电池的效率仍保持在初始效率之上。