Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

DFT-MBJ方法研究S掺杂R3c-ZnTiO_3的电子结构和光吸收性质

采用基于密度泛函理论(DFT)和Modified Becke-Johnson(MBJ)势方法计算了R3c-ZnTiO_3的电子结构和光吸收性质。计算结果表明本征R3c-ZnTiO_3吸收很少的可见光,S掺杂R3c-ZnTiO_3形成明显的S缺陷能级可以降低体系的带隙,促进可见光的吸收。随着S掺杂浓度增大的时候,对可见光吸收增强的效果更加的明显。计算的价带顶(VBM)和导带底(CBM)电荷分析表明S掺杂R3c-ZnTiO_3时S原子占据主要的VBM电荷,同时容易发生VBM的S原子电荷向CBM的Ti原子电荷跃迁,拓展了R3c-ZnTiO_3在光伏半导体方面的应用。     

新型SiAsP二维Janus材料电子结构和光吸收性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,通过对最新报道出的二维材料单层SiP₂进行原子替换,预测出单层SiAs₂,α-SiAsP,β-SiAsP 3种新型二维材料,并对3种材料的晶体结构、稳定性、电子能带结构和光学性质进行分析验证。通过静电势计算验证出3种材料在与平面垂直的方向具有非对称性,是Janus材料;声子谱计算结构表明3种材料具有良好的结构稳定性;电子结构计算结果表明上述材料为间接带隙半导体,带隙大小分别为2.21,2.43,1.76 eV;吸收光谱计算结果表明3种材料可以有效地吸收可见光和紫外光,其中β-SiAsP甚至可以吸收近红外光。因此,预测出单层SiAs2,α-SiAsP和β-SiAsP二维Janus材料在光学和电子领域具有一定的应用前景。     

反应溅射沉积Zn(O,S)薄膜的全成分调控和光学性能修饰（英文）

在传统的CIGS薄膜太阳能电池中，CdS薄膜通常起到缓冲层的作用，但Cd有毒且不环保。无镉缓冲层的研究对于提高CIGS电池的环保性具有重要的现实意义。本工作采用射频反应磁控溅射制备Zn(O,S)薄膜，并研究了薄膜的成分、表面形貌、光学带隙与溅射气氛中氧含量之间的关系。将Ar/O₂流量从0.5 sccm增加到8 sccm时，薄膜中的S含量从82%降低到13%。随着溅射气氛中O含量的增加，Zn(O,S)薄膜的O1s结合能从O-Ⅲ(～532 eV)逐渐向O-Ⅰ(～530 eV)移动，薄膜中的S含量逐渐降低的同时出现了S⁶⁺和S⁴⁺。表面形貌表征表明Zn(O,S)可以在CIGS吸收层表面形成致密覆盖。光学带隙具有弯曲特性且在3.07～3.52 eV可调，在S/(O+S)比为56%时获得了3.07 eV的最小光学带隙值。以溅射法Zn(O,S)作为缓冲层制备的CIGS太阳能电池的转换效率为10.19%,且对光浴处理不敏感。溅射制备的Zn(O,S)薄膜促进了CIGS太阳能电池的工业化应用。     

S掺杂ZnO薄膜光电特性的研究

采用射频磁控溅射法,在玻璃基片上生长了ZnO:S薄膜。XRD测试表明所制薄膜为六角纤锌矿结构,具有明显的(002)衍射峰。室温下的透射光谱测量结果表明,随着S掺入量的增加,ZnO:S合金薄膜的吸收边向长波长方向移动,但在可见光部分有较高的透过率。在此基础上计算了各样品的禁带宽度,结果表明,在S掺入量小于8%的范围内,随着S掺入量的增加,禁带宽度减小。样品紫外光电导特性明显,在波长365nm、功率4000μW/cm2紫外光源照射下,紫外光与可见光所对应光电流响应之比可达3。     

Inluence of Target Power on Structure and Optical Properties of CIGS Films

采用单靶磁控溅射方法分别在玻璃和镀有Mo背电极的Soda-lime玻璃衬底上沉积Cu( In0.7Ga0.3)Se2 (CIGS)薄膜.研究了靶功率变化对CIGS薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性能的影响.采用XRD表征薄膜的组织结构,SEM和EDS观察和分析薄膜的表面形貌和成分,紫外-可见光分光光度计测试薄膜的透过率光谱.结果表明,在不同功率下制备的CIGS薄膜均具有(112)面择优取向.当溅射功率为300W时,CIGS薄膜的表面形貌最平整,结晶最均匀,n(Cu)∶n(In)∶n(Ga)∶n(Se)=30.00∶15.01∶3.97∶51.03组分符合高效吸收层的要求.溅射沉积的CIGS薄膜对可见光的平均透过率低于2％,光学带隙约为1.4eV.     

Mn掺杂浓度对Mn:MgAl_2O_4电子结构和光学性质的影响

采用密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PW-USP)和广义梯度近似(GGA)对不同锰离子掺杂浓度的掺杂镁铝尖晶石晶体Mg1-xMnxAl2O4(x=0、0.125、0.5)的晶体结构、电子结构和光学性质进行了计算.解释了锰离子掺杂浓度使晶格常数变化的微观机制;分析了锰离子掺杂浓度对电子结构和光学系数的影响.结果表明,锰离子掺杂浓度的增加使掺杂晶体的带隙降低.价带变窄,杂质能级展宽.掺杂晶体的导带对掺杂浓度的变化较为敏感.锰掺杂使可见光区吸收增大,且掺杂浓度越高可见光区光学吸收越强,起吸收边越向长波方向移动,即发生红移,与实验结果一致.     

γ-B28光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函第一性原理的GGA方法,计算研究了硼的高压相γ-B28的能带结构、态密度、分态密度和光学性质.计算结果表明,γ-B28具有半导体能带结构的特征,其带隙达1.619eV,且整个带结构由杂化的硼2p态和2s态组成,且2p态占主导地位.γ-B28的静态介电常数为11.0733,静态的折射率为3.328,介电函数虚部的吸收边位于1.7eV左右,同时,在2.693eV和5.232eV处有2个明显的特征峰.γ-B28的反射系数在0～16eV范围内随着能量的升高而逐渐增大,但在19.4eV时反射系数急剧下降,而吸收系数的数量级达105cm-1,其电子能量损失谱(EELS)的共振峰在19.4eV处,与反射系数的陡降相对应.     

S掺杂CeO_2的第一性原理计算

为了探究S杂质对CeO_2体系的影响机理,采用基于密度泛函理论的第一性原理,通过S原子代替O原子建立同等条件下不同浓度的CeO_(2-x)S_x模型,并对CeO_2的晶体结构进行优化,计算并分析体系的几何结构、能带结构、态密度和光学特性。结果表明:S掺杂后CeO_2的晶格常数发生改变;S掺杂使体系的导带和价带均向低能方向移动,随着掺杂浓度的增大,禁带宽度先减小后增大,并在禁带中引入3条杂质能级;CeO_2吸收边红移,并且随着掺杂浓度的增大,对可见光的吸收增强,对紫外光的吸收减弱。     

一种共轭有机杂环分子的双光子吸收与电化学性质

实验研究了一种新的共轭杂环化合物9-乙基-3-{5-(4-叔丁基苯基)-[1,3,4]-噁二唑-2-苯乙烯基}-咔唑(VBPOEC)的双光子吸收性质和电化学性质.双光子吸收截面采用非线性透过率法测定,双光子最大吸收波长位于800nm,吸收截面为1350GM.采用紫外光谱的边带吸收法得到带隙为2.77eV,用循环伏安法对其电化学性质进行了初步研究,氧化电位为1.059V,其HOMO能级为-5.80eV,其LUMO轨道能级为-3.03eV.研究了光学、电化学性质与分子电子结构的关系.