量子阱太阳能电池的外量子效率

通过实验比较了砷化镓量子阱太阳能电池与不含量子阱结构的普通砷化镓太阳能电池的外量子效率.结果表明,量子阱太阳能电池吸收光子的波长从870nm扩展到了1000nm.当波长小于680nm时,量子阱太阳能电池的外量子效率低于普通太阳能电池;而当波长大于于680nm时,量子阱太阳能电池的外量子效率高于普通太阳能电池.对这个现象给出了解释,并对用量子阱太阳能电池代替三结电池的中间子电池的可能性进行了讨论.     

GaAs量子阱太阳能电池转换效率的计算

采用细致平衡模型计算了GaAs量子阱太阳能电池的转换效率,同时对量子阱结构带来的几种效应,如准费米能级分离、热载流子效应等进行了分析,并将碰撞离化效应引入此细致平衡模型中,通过计算研究了其对量子阱太阳能电池转换效率的影响.结果表明碰撞离化效应可以提高电池的转换效率,但提高幅度有限.     

GaAs量子阱太阳能电池转换效率的计算

采用细致平衡模型计算了GaAs量子阱太阳能电池的转换效率,同时对量子阱结构带来的几种效应,如准费米能级分离、热载流子效应等进行了分析,并将碰撞离化效应引入此细致平衡模型中,通过计算研究了其对量子阱太阳能电池转换效率的影响.结果表明碰撞离化效应可以提高电池的转换效率,但提高幅度有限.     

量子阱GaAs太阳电池的质子辐射效应

用I-V特性、光谱响应和深能级谱分析辐射效应,分析了1×109～2×1013cm-2,2MeV质子辐照量子阱GaAs太阳电池.结果表明,随辐照注量增大,电池Jsc,Voc,Pmax衰降程度增加;相同的注量,Pmax衰降程度最大.当注量大于3×1012cm-2时,Isc衰降程度比Voc的大;当注量小于3×1012cm-2时,Voc衰降程度比Isc的大;在900～1000nm波长范围内,2×1013cm-2辐照使量子阱光谱响应特性消失.这与量子阱结构受到损伤引入位于Ec-0.35eV的深能级有关.     

硅衬底上GaAlAs/GaAs单量子阱激光器

采用MOCVD方法在硅衬底上生长了带应力超晶格的GaAlAs/GaAs单量子阱外延片,并用质子轰击隔离法制成10微米条形单量子阱激光器.在室温下加脉冲电流(重复频率26KHz,脉宽1μs)观察到受激发射.最低阈电流92mA、激射波长849.2nm,外微分量子效率11％.     

980nm InGaAs应变量子阱激光器及组合件

利用分子束外延技术研制出了高质量InGsAs/GaAs应变量子阱材料及量子阱激光器.脊形波导窄条形量子阱激光器的阈值电流和微分量子效率分别为15mA和0.8 W/A,线性输出功率大于150mW,基横模输出功率可达100mW.InGaAs应变量子阱激光器和单模光纤进行了耦合,其组合件出纤光功率典型值为40mW,最大值可达60mW.显示出了高的基横模输出功率和高的耦合效率.其组合件在40～60mW下,中心发射波长在977nm.满足了对掺铒光纤高效率泵浦的波长要求,成功地研制出适于掺铒光纤放大器用的应变量子阱激光器.     

生长温度对InGaN/GaN多量子阱LED光学特性的影响

利用低压MOCVD系统,在蓝宝石衬底上外延生长了InGaN/GaN多量子阱蓝紫光LED结构材料.研究了生长温度对有源层InGaN/GaN多量子阱的合金组分、结晶品质及其发光特性的影响.结果表明当生长温度从730℃升到800℃时,LED的光致发光波长从490nm移到380nm,室温下PL谱发光峰的半高全宽从133meV降到73meV,表明了量子阱结晶性的提高.高温生长时,PL谱中还观察到了GaN的蓝带发光峰,说明量子阱对载流子的限制作用有所减弱.研究表明,通过改变生长温度可以对LED发光波长及有源层InGaN的晶体质量实现良好的控制.     

二氧化硅覆盖退火增强磷化铟基体激光器材料的量子阱混合

我们对SiO2覆盖退火增强InGaAs/InGaAsP/InP激光器材料量子阱混合技术进行了实验研究.相对于原始样品,退火时无SiO2覆盖的样品经800℃,30s快速退火后,其光致发光谱的峰值波长“蓝移”了7nm,退火时有SiO2覆盖的样品经过同样的快速退火后,其光致发光谱的峰值波长“蓝移”了56nm.即在同一片子上实现了在需要量子阱混合的区域带隙的“蓝移”足够大的同时,不希望量子阱混合的区域能带结构的变化创记录的小.本文认为增大量子阱的宽度、采用无应力的量子阱结构以及引入足够厚的缓冲层可以改善量子阱材料的晶格质量,有利于提高量子阱混合技术的可靠性与重复性,     

1.3 μm InGaAsSb/GaAsSb量子阱激光器有源区结构设计

为了研制满足光纤通讯需求的高性能半导体激光器,对压应变InGaAsSb/GaAsSb量子阱激光器有源区进行了研究。根据应变量子阱能带理论、固体模型理论和克龙尼克-潘纳模型,确定了激射波长与量子阱材料组分及阱宽的关系。基于Lastip软件建立了条宽为50 μm、腔长为800 μm的半导体激光器仿真模型,模拟器件的输出特性,讨论了量子阱个数对器件光电特性的影响。结果表明：当量子阱组分为In0.44Ga0.56As0.92Sb0.08/GaAs0.92Sb0.08、阱宽为9 nm、量子阱个数为2时,器件的性能达到最佳,阈值电流为48 mA,斜率效率为0.76 W/A。     

InGaAs/AlGaAs量子阱中量子尺寸效应对PL谱的影响

本文采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法设计并生长了两组InGaAs／A1GaAs应变多量子阱，量子阱的厚度分别为3nm和6nm，对其光致发光谱(PL)进行了研究，二者的发光波长分别为843nm和942nm，用有限深单量子阱理论近似计算了由于量子尺寸效应和应变效应引起的InGaAs／A1GaAs量子阱带隙的改变，这解释了两组样品室温下PL发射波长变化的原因。     

Quantum dot photoelectrochemical solar cells based on TiO2-SrTiO3 heterostructure nanotube array scaffolds

Titania-Strontium titanate (TiO2-SrTiO3)nanotube array with heterostructure has been demonstrated as an efficient scaffold applied to quantum dot photoelectrochemical solar cells. Quantum dot CdS serviced as solar light absorbent is chosen as an example to illustrate superior performance and deposited on scaffolds by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) technique. The photoelectrochemical performance of such solar cell is strongly dependent on the structure of heterostructured scaffolds. Only well-dispersed SrTiO3 nanocrystallites on TiO2 could improve the overall conversion efficiency. Transient absorption spectra and photoelectrochemical measurements show that the formation of SrTiO3 energy gradient between TiO2 and electrolyte slows down the rate of electronic injection from 19.3 × 108 to 6.30 × 108 s 1, while it greatly increases electronic collection efficiency via reduced charge recombination. Cadmium sulfide (CdS) quantum dots used to decorate TiO2-SrTiO3 (1 h hydrothermal treatment) electrode exhibits superior photoelectrochemical performance with nearly 70% increase in external quantum efficiency at 460 nm and also in overall cell conversion efficiency. The photostability and high efficiency properties of TiO2SrTiO3 composites would enable its practical application in solar energy conversion devices.     

InAs/GaAs量子点中间带太阳电池的理论研究与优化

从荧光粉散射机理分析了LED器件色角向分布不均匀的形成原因,提出了一种利用逐点步进光学设计方法,实现了不同入射角度内蓝光光程相等的远荧光粉层结构。应用该方法设计了使用不同折射率载体的LED远荧光粉层光学结构。模拟结果显示,应用所设计的光学形状的远荧光粉层结构,相比传统平面荧光粉层结构,75°方向光斑边缘与中心法线方向色差du′v′从0.05降低到0.01左右,色温偏移降低了43%~98%不等,有效改善了白光LED远程荧光粉封装结构的色度均匀性。该设计不需要增加或改变封装工艺手段,工业生产实现简单,额外成本很少,具有较强的实际应用价值。 更多还原     

Spatial Collection in Colloidal Quantum Dot Solar Cells

In thin‐film photovoltaic (PV) research and development, it is of interest to determine where the chief losses are occurring within the active layer. Herein, a method is developed and presented by which the spatial distribution of charge collection, operando, is ascertained, and its application in colloidal quantum dot (CQD) solar cells is demonstrated at a wide range of relevant bias conditions. A systematic computational method that relies only on knowledge of measured optical parameters and bias‐dependent external quantum efficiency spectra is implemented. It is found that, in CQD PV devices, the region near the thiol‐treated hole‐transport layer suffers from low collection efficiency, as a result of bad band alignment at this interface. The active layer is not fully depleted at short‐circuit conditions, and this accounts for the limited short‐circuit current of these CQD solar cells. The high collection efficiency outside of the depleted region agrees with a diffusion length on the order of hundreds of nanometers. The method provides a quantitative tool to study the operating principles and the physical origins of losses in CQD solar cells, and can be deployed in thin‐film solar cell device architectures based on perovskites, organics, CQDs, and combinations of these materials.     

多碱光电阴极光电发射过程研究

论述了多碱阴极及光致荧光的特点,测量了多碱阴极在514.5 nm和785 nm波长激光激发条件下的荧光谱。结果表明,多碱阴极在514.5 nm波长激光激发条件下,荧光峰值强度比785 nm波长激光激发条件下荧光峰值强度强40倍,说明514.5nm波长的电子跃迁几率低于785nm波长的电子跃迁几率,同时514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长为860 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长为870 nm,514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移为345 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移仅为85 nm,说明514.5 nm波长激发的跃迁电子的能量损失远大于785nm波长激发的跃迁电子的能量损失。原因是短波光子的能量较高,所激发的跃迁电子来源于较深能级,因此能量损失较大。多碱阴极的量子效率在2.11 eV达到最大,当光子的能量大于2.11 eV以后,由于跃迁电子的能量损失随光子能量的增加而增加,因此多碱阴极的量子效率随光子能量的增加而减小。多碱阴极的量子效率与电子跃迁几率成正比,但实测的量子效率曲线与电子跃迁几率曲线的峰值波长不一致,原因是随着光子能量的增加,跃迁电子的能级也增加,当电子跃迁的几率达到最大并下降时,尽管跃迁电子的几率减小,但因电子跃迁的能级还在提高,因此量子效率仍在增加。只有当跃迁几率的因素超过能级的因素以后,量子效率才随光子能量的增加而减小,因此造成量子效率曲线的峰值波长与跃迁几率的峰值波长不一致。通过多碱阴极光致荧光谱的分析,揭示了多碱阴极电子跃迁过程中的客观规律,解释了多碱阴极量子效率在达到最大值之后,量子效率随光子能量增加而减小以及多碱阴极量子效率存在短波限的原因。     

低阈值高效率InAlGaAs量子阱808 nm激光器

以Al0.3Ga0.7As/InAlGaAs/Al0.3Ga0.7As压应变量子阱代替传统的无应变量子阱作为有源区,实现降低808 nm半导体激光器的阈值电流,并提高器件的效率。首先优化设计了器件结构,并利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)进行了器件的外延生长。通过优化外延生长条件,保证了5.08 cm片内的量子阱(QW)光致发光(PL)光谱峰值波长均匀性达0.1%。对于条宽为50μm,腔长为750μm的器件,经镀膜后的阈值电流为81mA,斜率效率为1.22 W/A,功率转换效率达53.7%。变腔长实验得到器件的腔损耗仅为2 cm-1,内量子效率达90%。结果表明,压应变量子阱半导体激光器具有更优异的特性。     

提高LED外量子效率

提高发光二极管的发光效率是当前的一个研究热点.简要介绍了从芯片技术角度提高发光二极管(IED)外量子效率的几种途径,生长分布布拉格反射层结构、制作透明衬底、衬底剥离技术、倒装芯片技术、表面粗化技术、异形芯片技术、采用光子晶体结构等.此外还介绍了发光材料、能带结构以及工艺对外量子效率的影响.     

高效率量子点中间带太阳电池的构建与实现

中间带太阳电池是为了充分利用太阳光谱中的红外光子能量而提出的一种高效率新概念太阳电池。介绍了中间带太阳电池的能量上转换原理、量子点中间带的物理优势、量子点中间带太阳电池的结构组态和理论转换效率。评述了它的近期研究进展,并提出了发展这种新概念太阳电池的若干技术对策,其中包括补偿量子点的积累应变、优化量子点的生长参数和选择新的量子点结构。最后指出,由于应变的补偿,有序量子点层的形成以及新量子点结构的采用使太阳电池的光伏性能得以有效改善。可以预期,具有高转换效率的量子点中间带太阳电池的构建与实现将会对未来的光伏技术与产业带来革命性的影响。     

Electro‐Optics of Colloidal Quantum Dot Solids for Thin‐Film Solar Cells

The electro‐optics of thin‐film stacks within photovoltaic devices plays a critical role for the exciton and charge generation and therefore the photovoltaic performance. The complex refractive indexes of each layer in heterojunction colloidal quantum dot (CQD) solar cells are measured and the optical electric field is simulated using the transfer matrix formalism. The exciton generation rate and the photocurrent density as a function of the quantum dot solid thickness are calculated and the results from the simulations are found to agree well with the experimentally determined results. It can therefore be concluded that a quantum dot solid may be modeled with this approach, which is of general interest for this type of materials. Optimization of the CQD solar cell is performed by using the optical simulations and a maximum solar energy conversion efficiency of 6.5% is reached for a CQD solid thickness of 300 nm.