基于反萃空转的高效无机钙钛矿太阳电池

铯铅碘二溴(CsPbI₂Br)钙钛矿具备合适的容忍因子与良好的热稳定性,是无机钙钛矿太阳电池的理想材料,而其转化效率低、工艺重复性差的缺陷,阻碍了CsPbI₂Br太阳电池性能的进一步提高．研究CsPbI₂Br无机钙钛矿太阳电池的制备工艺发现,成膜环境对CsPbI₂Br薄膜的均匀性、光学性质及器件性能重复性具有较大影响．提出采用反萃空转辅助生长工艺提升CsPbI₂Br薄膜的晶粒尺寸,提高结晶度,降低缺陷态密度,并获得14. 1%的CsPbI₂Br太阳电池光电转换效率．反萃空转辅助生长工艺降低了周围环境氛围对薄膜质量的影响,提高了器件制备的可重复性．     

1,4-二碘苯对碘铅甲胺钙钛矿层的改性

通过向钙钛矿前驱液中加入1,4-二碘苯钝化碘铅甲胺(MAPbI₃)钙钛矿层缺陷,降低钙钛矿层的缺陷密度。利用XRD、SEM对钙钛矿薄膜的晶相组成和微观形貌进行表征,以荧光光谱及空间限制电荷电流分析对MAPbI₃缺陷密度进行分析。结果表明,前驱液中引入1,4-二碘苯后缺陷密度明显降低。电化学阻抗及J-V曲线测试结果表明,相较于未引入1,4-二碘苯改性的钙钛矿太阳能电池,当钙钛矿层中1,4-二碘苯的摩尔分数为2.1%时,电池的开路电压由0.83 V提升至0.95 V,填充因子由52.5%提升至62.3%,光电转化效率由6.79%提升至8.47%,并且经过多次重复实验后性能保持稳定。     

氨甲环酸对于CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池性能优化

研究不同摩尔分数氨甲环酸的CsPbI₂Br钙钛矿前驱液旋涂退火制得的钙钛矿吸光层薄膜对钙钛矿电池器件性能影响。在实验中检测出当前驱液中氨甲环酸摩尔分数达到0.5%时,钙钛矿吸光层薄膜的微观形貌,薄膜结晶性及光生载流子迁移率均得到明显改善,CsPbI₂Br基钙钛矿电池器件光电转化效率为12.14%达到最佳。因此,CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池中加入适量的氨甲环酸是一种优化吸光层薄膜,提高钙钛矿太阳能电池性能的可靠途经。     

通过氢键调节钙钛矿结晶制备高性能的太阳能电池

为了调节钙钛矿薄膜的结晶动力学,降低其缺陷浓度,六氟磷酸甲胺(MAPF₆)作为添加剂被引入钙钛矿前驱体溶液。傅里叶变换红外(FT-IR)和稳态发光(PL)光谱表明MAPF₆和钙钛矿之间存在氢键作用。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和空间电荷限制电流(SCLC)等表征发现,引入MAPF₆之后,钙钛矿薄膜的晶粒尺寸变大,结晶度提高,缺陷浓度降低。最终,加入添加剂的器件效率得到提升,从20.77%(参比器件)提升至22.45%。     

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。     

有机薄膜晶体管气体传感器的研究进展

重点介绍了电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室在国家自然科学基金资助下开展的有机薄膜晶体管（OTFT）气体传感器方面的研究进展。制备了酞菁铜（CuPc）薄膜为有源层的底栅底接触式结构的有机薄膜晶体管,对器件的制备工艺和结构参数进行了优化,研究了其对H₂S气体的敏感特性。同时制备了P3HT-ZnO纳米棒的复合薄膜、 P3HT单层薄膜、P3HT-MoS₂分层膜和复合膜的有机薄膜晶体管气体传感器,系统地分析了OTFT器件的电学性能和气敏特性。     

电泳沉积制备TiO2纳米片作为钙钛矿太阳电池缓冲层

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池自诞生以来,经过十几年的探索与发展,其认证效率由最初的3.8％发展为25.2％.界面问题一直是提升器件光电转换效率的关键.利用电泳沉积法制备TiO2薄膜,以TiO2纳米片为缓冲层制备钙钛矿太阳电池,研究TiO2缓冲层对钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率及载流子运输的影响.结果表明,相对于未加入缓冲层的PSCs,电池的光电转换效率由10.78％提升至12.71％.TiO2缓冲层的加入有效地改善了界面接触问题,降低了电荷转移时的电阻,促进了载流子的运输,明显提高了钙钛矿太阳电池的光伏性能.     

溴基钙钛矿量子点发光二极管的制备及性能优化

为了研究量子点发光层薄膜厚度对钙钛矿量子点发光二极管(perovskite quantum dot lightemitting diodes,PeLED)电-光转换效率的影响，采用配体辅助再沉淀法(ligand assisted reprecipitation,LARP)室温合成铯铅溴(CsPbBr₃)钙钛矿量子点，并用其制备出稳定绿光发射的PeLED．通过比较不同发光层厚度CsPbBr₃ PeLEDs的发光效率，获得量子点发光层的最佳膜厚为43.2 nm．采用CsPbBr₃作为PeLED发光层时的器件外量子效率(external quantum efficiency,EQE)较低，为提高PeLED的电-光转换效率，用FASn_0.3Pb_0.7Br₃量子点替代CsPbBr₃作为发光层，并选用聚乙烯基咔唑(polyvinylcarbazole,PVK)、聚[(N,N’-(4-正丁基苯基)-N,N’-二苯基-1,4-苯二胺)-ALT-(9,...     

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。     

自旋交叉配合物[Fe（Htrz）2(trz)](BF4)的研究进展

自旋交叉配合物［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）在室温附近表现出较宽的温度磁滞现象,在光热开光、信息显示以及数据存储等方面具有潜在的应用,是目前自旋交叉领域最值得关注的配合物之一。本文主要从材料合成方法、性能影响因素以及器件应用等方面对［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）分子材料近十年来的研究进展进行了系统的介绍。［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）的合成方法主要有简单混合和反相胶束法,此外为了消除合成过程中的分子团聚,通常在反应体系中引入具有较大比表面积的分散基质,比如介孔二氧化硅、氧化石墨烯等;自旋交叉性能的影响因素主要包括表面活性剂、分子内的结晶水、外部压强、热退火以及机械球磨等;器件应用方面主要从［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）分子薄膜的制备出发,讨论了相关的器件应用进展。最后,本文对［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）的最新研究进展进行了总结,并对［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）的未来发展趋势进行了展望。而［Fe（Htrz）₂（trz）］（BF₄）的新型薄膜制备工艺可以为相关器件制备打下扎实的基础,从而推动自旋交叉配合物的应用发展。     

双溶液法制备钙钛矿薄膜及其太阳能电池性能

在高湿度空气环境中,通过不同质量浓度的碘甲胺溶液与PbI_2薄膜反应制备钙钛矿薄膜与电池器件,研究碘甲胺质量浓度对薄膜形貌和太阳能电池性能的影响机理,发现高浓度碘甲胺溶液有利于纳米晶粒的致密薄膜生成,而低浓度碘甲胺溶液则形成带孔的微米晶粒薄膜,均不利于制备高性能钙钛矿电池.为克服单一溶液反应存在的问题,在改进的双溶液旋涂法中,利用8 mg/m L低浓度的碘甲胺溶液与PbI_2薄膜反应10 s,再分别用15和30 mg/m L碘甲胺溶液对薄膜后处理,获得了晶粒粒径大,且致密的钙钛矿薄膜,碘化铅残留很少.相应的,在空气中制备的钙钛矿太阳能电池展示了更好的光电转化性能.     

锡酸钡/钙钛矿的界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

三元金属氧化物锡酸钡(BaSnO₃)是一种高性能的电子传输层,改善电子传输层与钙钛矿吸收层之间的界面是提高电池性能的有效方法。通过旋涂法,制备镧掺杂的锡酸钡(LBSO)电子传输层,并在上层旋涂一层[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(Phenyl C₆₁ butyric acid methyl ester, PCBM),修饰电子传输层与钙钛矿吸收层间的界面,分析PCBM层对太阳能电池器件性能的影响。结果表明：PCBM修饰界面能够改善电子传输层的表面形貌,使钙钛矿的晶粒尺寸增大,缺陷态密度减少,抑制界面的非辐射复合;PCBM的修饰能够使电子传输层与钙钛矿层的能级更加匹配,从而提高了载流子的传输效率,使器件开路电压明显提高;PCBM修饰后的器件开路电压从1.07 V提高到1.10 V,获得了17.81%的光电转换效率,且经过16 d后,电池仍能保持初始效率的89.28%。     

石墨烯器件结构参数对光电特性的影响

为了提高石墨烯基器件的光电响应性能,采用化学气相沉积法制备单层石墨烯,制备石墨烯/二氧化硅/硅结构器件;采用紫外-可见分光光度计、光学显微镜以及拉曼光谱对石墨烯薄膜进行材料特性表征,测试和分析不同结构参数的石墨烯器件在光辐照下的光电特性.研究结果表明:当甲烷流量为30 sccm,反应温度为1 030℃,退火时间为20 ...     

PLZT薄膜的溅射沉积和热处理

用磁控射频溅射方法在不加热的硅衬底上沉积生长锆钛酸铅镧（PLZT）薄膜。由混浇法制备了两只氧化物靶材PLZT（5／65／35）和（9／65／35）。初生态薄膜主要是非晶态,所希望的钙钛矿相结构由后处理形成。研究了不同退火条件下焦绿石相和钙钛矿相的转变,实验表明氧气氛下由常规退火（LFA）和快速退火（RTA）可形成钙钛矿相PLZT薄膜。     

硫粉气化温度对制备WS2薄膜的影响

采用熔融盐辅助化学气相沉积（CVD）法在蓝宝石（Al₂O₃）衬底上制备WS2薄膜,改变硫粉的气化温度（750~800 ℃）,探寻其对WS₂薄膜生长的影响,为制备出大面积WS₂薄膜提供理论依据。采用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼（Raman）光谱对WS₂薄膜的形貌、结晶性和厚度进行分析。800 ℃时,WS₂薄膜平均边长可达310 μm,Raman特征峰的波数差为64.60 cm^-1（单层）。随着硫粉气化温度的升高,WS₂薄膜的生长经历了形貌及尺寸的转变,这表明在沉积过程中,硫粉引入时机对WS₂薄膜的形核、生长至关重要,适当的气化温度可以制备出尺寸较大、结晶性能良好的WS₂薄膜。     

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%。     

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。     

基于微波照射储能用PbZrO3反铁电薄膜的制备

为了获得具有优良储能性能的PbZrO₃反铁电薄膜,采用微波照射技术在LaNiO₃电极薄膜上制备了PbZrO₃薄膜,并研究了PbZrO₃薄膜的微结构、电学性能和储能性能随微波照射时间的变化规律.结果表明：通过微波照射在750℃下只需要180 s就可以获得晶粒大小均匀且微结构致密的钙钛矿相PbZrO₃薄膜;在1 640 kV/cm电场下PbZrO₃薄膜的储能密度可达27.3 J/cm³,储能效率可达59%,表现出良好的储能性能.因此,在结晶过程中使用微波照射技术可以有效获得具有优良储能性能的PbZrO₃反铁电薄膜.     

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.     

基于AlGaN/GaN HEMT结构的ZnO纳米线感光栅极光电探测器

在传统的采用ZnO薄膜的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)光电探测器件中, 存在光吸收、光电转换效率低, 光电流小等诸多局限. 为改善上述问题, 基于AlGaN/GaN HEMT结构, 提出并成功制备了一种ZnO纳米线感光栅极光电探测器. 实验中首先通过水热法将ZnO纳米线成功制备到Si衬底材料及AlGaN/GaN HEMT衬底材料上, 并利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、光致发光(photo luminescence, PL)光谱仪等仪器进行了一系列测试. 结果表明, 生长在AlGaN/GaN HEMT衬底材料上的ZnO纳米线具有更低的缺陷密度、更好的结晶度和更优异的光电特性. 然后, 将ZnO纳米线成功集成到AlGaN/GaN HEMT器件的栅极上, 制备出具有ZnO纳米线感光栅极的AlGaN/GaN HEMT紫外光电探测器. 将实验中制备出的具有ZnO纳米线感光栅极的AlGaN/GaN HEMT器件与常规的AlGaN/GaN HEMT器件进行对比, 发现具有ZnO纳米线的器件在紫外波段能达到1.15×10⁴ A/W的峰值响应度, 相比常规结构的AlGaN/GaN HEMT, 峰值响应度提升约2.85倍, 并且制备的ZnO纳米线器件的响应时间和恢复时间缩短为τ_r=10 ms和τ_f=250 ms, 提高了探测器的性能.