浅析有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池稳定性的研究

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池近几年来发展迅速,其器件认证光电转效率已达22.1%。同时,这类电池具有成本低廉、能量回收期短等优势,有望实现商业化应用。然而,钙钛矿吸光层本身在湿度较大、温度较高及光照等条件下不稳定,并且与其他功能层组装成器件时易引发电极腐蚀、深缺陷态等问题,使得器件不稳定性加剧。越来越多的文献报道了提升器件稳定性的方法,主要集中在:(1)从成分优化方面提升钙钛矿吸光层的稳定性;(2)从器件结构优化方面提升器件的稳定性。在成分优化方面,科研者们主要从钙钛矿ABX_3结构成分、结构维度和保护层的使用等角度提升钙钛矿材料的稳定性。(1)在满足容差因子t或八面体因子μ的条件下,将甲脒离子、铯离子等疏水或耐热基团引入ABX_3结构的A位中,而X位掺入溴离子或硫氰根离子能提升钙钛矿材料的抗湿性,或者整合单一位置优势得到混合位Cs_x(MA_(0.17)FA_(0.83))_(100-x)Pb(I_(0.83)Br_(0.17))_3不仅能提升材料的热稳定性,而且可使器件的转换效率提高至21.1%。(2)较低结构维度(主要为二维)钙钛矿材料的研究也获得了一定的进展,例如制得的BA_(0.05)(FA_(0.83)Cs_(0.17))_(0.95)Pb(I_(0.8)Br_(0.2))_3材料的湿度和光照稳定性优异。(3)疏水性能好、电荷传输能力优异的保护层如丁基膦酸4-氯化铵或苄胺等同样可增强钙钛矿吸光层的稳定性。在器件结构优化方面,研究者们分别从电子传输材料(如二氧化锡、镧掺杂锡酸钡等)、空穴传输材料(如CuGaO_2、酞菁铜等)和上电极(碳、铜等)等角度提升器件的稳定性。其中,(1)紫外光催化活性差、电子迁移率优异、能带结构适宜的镧掺杂锡酸钡组成的器件展现了优异的光照稳定性。(2)由化学和热稳定性优异的酞菁铜组成的器件也获得了良好的热稳定性和17.5%的转换效率。(3)优化上电极方面,将碳电极应用到大面积器件上时,器件呈现了良好的湿度和光照稳定性;而铜电极替换金或银电极时,器件的光电转换效率同样超过20%,并且其热和光照稳定性良好。本文主要从钙钛矿吸光层材料成分和器件结构两大角度梳理了关于提升器件稳定性的研究现状,分别对钙钛矿吸光层ABX_3的组分、钙钛矿材料的结构维度、其他功能层等优化方面提升器件稳定性的工作进行了综述。最后,结合现有的研究成果展望了有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的发展趋势。     

材料老化领域中的光辐射度计量与量值溯源

<正>一、材料的人工加速老化试验(合成)材料广泛应用于日常生活和国民经济中,例如:纺织品、塑料、橡胶、航空材料、建筑材料(如油漆、涂料、密封剂、黏合剂等)、汽车器件与材料、石材、光伏器件、纺织品、油墨、沥青、木材等。在使用过程中,涂料、塑料等高分子材料经常会出现粉化、变     

第3代半导体材料GaN基微波功率器件研究和应用进展

<正>微波功率器件是指工作频段在300M～300GHz这个微波波段内的电子器件,主要用以实现微波功率的发射和放大、控制和接收等功能,是现代相控阵雷达、移动通讯基站等的核心部件。目前微波功率器件的主流产品主要基于第1代半导体材料硅(Si)、锗(Ge)和第2代半导体材料砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)。20世纪90年代,基于第3代宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)的高频、大功率微波器件     

第3代半导体产业发展概况

<正>第3代半导体是指以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、金刚石、氧化锌(ZnO)为代表的宽禁带半导体材料,各类半导体材料的带隙能比较见表1。与传统的第1代、第2代半导体材料硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,第3代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能,使其在光电器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器件等方面展现出巨大     

柔性储能电池电极的设计、制备与应用EI北大核心CSCD

随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分,是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展,又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此,柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状,着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析,并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后,指出了柔性储能器件目前所面临的问题,并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。     

《功能材料与器件学报》编辑部

正《功能材料与器件学报》是一本面向功能材料与器件领域的学术性刊物。1995年创刊,由中国材料研究学会和中国科学院上海微系统与信息技术研究所(原中国科学院上海冶金研究所)共同主办。主要涉及:微电子机械系统(MEMS);微电子和光电子材料与器件;薄膜材料与器件;纳米材料与器件;智能材料与器件;传感器和敏感材料;金刚石薄膜及应用;磁性和磁光电材料;铁电材料与器件;生物材料及其应用;高温超导材料等。在保持既有定位的同时,向应用领域延展,并逐步加重应用原素,对物联网产业链上下游企业及其     

电子材料

正英国元素六公司推出最新量子器件级金刚石材料英国元素六(ElementSix)公司推出通用化学气相沉积(CVD)量子级金刚石材料DNV—B14~(TM),有望成为制作磁场器件、射频传感器、固态陀螺仪和室温磁化器等量子器件的理想材料。DNV—B14~(TM)可提供均匀和高密度的氮空位(NV)自旋中心,与DNV~(TM)系列的第1种材料DNV—B1~(TM)相比,氮空位密度增加了10倍以上。元素六公司是金刚石和超硬材料制造领域的先驱,其工程级金刚石材料已实现多项量子研究突破,包括伦敦帝国学院开发的世界上第一个连续波的室温固态激光器、洛克希德·马丁公司新型磁力计等。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所)     

柔性阻变存储材料与器件研究进展

物联网技术的飞速发展对柔性可穿戴电子设备提出了迫切需求,而作为电子设备不可或缺的部分,存储器势必也需要向柔性化的方向发展。阻变存储器具有高速、低功耗、非易失、结构简单、选材广泛等特性,被视为未来柔性存储器的重要候选器件之一。在应变条件下,阻变存储器的薄膜开裂无疑会导致器件性能失效。因此,近年来除研究应变对材料性质和器件性能的影响外,研究人员主要从选择合适的阻变材料和优化器件制备工艺方面不断尝试,取得了丰硕的成果,大幅提升了器件的柔韧性。为构建高性能的柔性阻变存储器,许多材料已被开发作为存储介质,包括无机、有机、有机-无机复合或杂化材料等。同时,金属、金属合金、碳/硅材料、氮化物、导电氧化物等已被尝试用作电极材料,聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等也已被尝试用作柔性衬底。此外,器件的制备起初主要采用全气相法,条件相对苛刻,通常需要高真空甚至高温环境。近年来的研究工作将气相-液相混合甚至是全液相法引入到柔性阻变存储器的制备工艺中,初步实现了器件的简单、低温和快速制备。本文归纳了柔性阻变存储器的研究进展,分别对器件材料(存储介质、电极和衬底)和制备工艺及性能进行了全面介绍,分析了器件的失效机理,并对本领域当前存在的挑战与未来发展前景进行了讨论。     

航天用氮化镓材料的研究进展

氮化镓(GaN)材料由于具有优良的电学特性而受到了广泛的关注,有望在航天工程中获得重要应用。本文首先对GaN材料的特性进行了简要阐述,进而对基于GaN的高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMTs)、空间太阳能电池、紫外探测器等的研究和应用现状进行了梳理及分析,最后从新型GaN器件的开发、空间环境适应性评价、GaN器件的加固等角度给出了航天器用GaN材料及器件的发展方向和建议。     

CZTS薄膜太阳能电池无镉缓冲层材料的研究进展

Cu(In,Ga) Se_2(CIGS)薄膜太阳能电池是单结转换效率最高(～22. 6%)的光伏器件,但In、Ga是稀缺元素,从而限制了CIGS电池的产业化。新型材料Cu_2ZnSnS_4(CZTS)是结构与光电性能均与CIGS十分相似的直接带隙半导体材料,它在CIGS器件结构中可替代CIGS吸收层,并得到新型CZTS薄膜太阳能电池。与CIGS相反,CZTS的原料丰富、无毒。大量研究表明,CZTS薄膜太阳能电池具有较高的转换效率和良好的稳定性,且可采用低成本、非真空的溶液法薄膜沉积技术来制造,因此CZTS器件是一种低成本、环境友好、极具产业化前景的薄膜太阳能电池。CZTS器件具有与CIGS器件一样的堆层结构{SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/n-ZnO},目前转换效率最高(～12. 6%)的CZTS器件仍沿用CIGS器件的CdS缓冲层,因而大规模生产与应用中存在高毒重金属镉污染的危险,寻找能替代CdS的无镉缓冲层材料来消除潜在的镉污染问题十分必要。此外,与高效率的{CIGS/CdS}器件相比,{CZTS/CdS}器件界面的能带匹配可能并不是最优,CZTS器件的转换效率还远不如CIGS器件,因此需要寻找新的无镉缓冲层材料。在确定新缓冲层材料时,必须考虑{CZTS/新缓冲层}界面的能级对齐效应。CIGS和CZTS器件的缓冲层新材料基本上可归纳为3种半导体材料:硫化物、硫氧化物、氧化物。这些材料的薄膜均可用化学浴(CBD)法等多种方法来制备。材料选取很大程度上取决于其与CZTS或CIGS吸收层接触所形成界面上的导带带阶情况,因为导带带阶对器件性能参数有很大的影响。大的正导带带阶(尖刺状带阶)对少子(电子)收集存在一个势垒而降低短路电流密度J_(sc);相反,负导带带阶(断崖状带阶)导致缓冲层与吸收层界面上的复合增大而降低了开路电压V_(oc);理想情况是器件有一个小(0～0. 4 eV)的正导带带阶(尖刺状带阶),正如在使用CdS缓冲层的CIGSSe器件中所发现的那样。为了研发低成本、环境友好的CZTS电池器件的新型缓冲层材料,本文综述了CZTS和CIGS器件的无镉缓冲层材料的研究进展,讨论了无镉缓冲层材料的选用条件,以及多种硫化物(如ZnS和In_2S_3)、硫氧化物(如Zn(S,O)和In(S,O,OH))、氧化物(如ZnO、TiO_2、Zn_(1-x)Mg_xO_y和Zn_(1-x)Sn_xO_y等)薄膜作为CZTS缓冲层的性能特点(特别是它们的导带带阶)以及存在的问题,探讨了其发展方向。对于含硒CZTSSe器件,In2S3、Zn(S,O)是良好的无镉缓冲层材料,而对于更环保、低成本的全硫CZTS器件,Zn_(1-x)Mg_xO_y和Zn_(1-x)Sn_xO_y可提供良好性能的缓冲层。     

碳化硅功率器件研究现状

<正>随着我国科技事业的大力发展,尤其是航空航天、高铁和高压输电等尖端领域,非常需要性能更好的功率器件作为研究和发展的支撑。而硅(Si)器件由于材料本身的限制导致其不适合在某些严酷条件下工作,例如在高温、高压和高辐射等特殊环境下其性能已经接近极限。而第3代宽带隙半导体材料由于其材料本身所具备的优势而被业界称为"极端电子学器件"的基础材料。以碳化硅(Si C)为基     

固贴式薄膜体声波谐振器用材料体系研究进展

固贴式薄膜体声波谐振器(SMR-FBAR)技术是近年来电子工业领域里的突破性技术,具有2GHz以上的工作频率、极高的的品质因子及良好的机械稳定性等众多的优异特性.基于其独特的优越性,固贴式薄膜体声波谐振器成为了科研工作者们关心的热点,并在第三代无线通信系统中已得到广泛应用,例如作为基本单元用来制作滤波器、双工器和振荡器等第三代无线通信系统中的频率选择器件.器件选用的材料体系是决定器件性能的关键因素.本文以器件结构为线索,综述了固贴式薄膜体声波谐振器用材料体系的研究进展,包括压电薄膜(氮化铝、氧化锌等)、高/低声阻抗材料以及电极薄膜,讨论了材料性能和器件性能的关系,并对材料体系下一步的研究方向进行了展望。     

印刷OLED显示用发光材料进展

随着有机发光二极管(OLED)在显示领域的广泛应用,面向低成本、大面积的OLED器件制备技术不断涌现.相较于传统真空蒸镀技术,印刷显示技术具有工艺简便、材料利用率高、可制备大面积柔性器件等优势,被认为是下一代显示器件主流制备技术之一.印刷OLED技术是一项综合了材料、器件、工艺、设备等诸多方面的系统工程,是典型的学科交...     

柔性储能器件的电极设计研究进展

随着制造技术的飞速发展,便携式电子设备正朝着柔性化、轻质化、微型化及智能化方向发展,能够弯曲、折叠、扭曲、拉伸等协调变形的柔性电子设备应运而生。作为柔性电子设备的关键部件,储能器件的设计成为柔性电子实际应用必须攻克的难题。传统储能器件是刚性的,难以与柔性电子设备相适配,在变形时易造成电极材料与集流体分离,严重影响了电化学性能,甚至造成短路,产生重大的安全隐患。基于此,开发新型柔性储能器件,如柔性锂离子电池、柔性锂硫电池、柔性锂金属电池、柔性超级电容器等,已成为当今学术界和产业界研究的热点。近年来,基于本征柔性材料组装以及刚性材料柔性化设计两种方式获得的柔性储能器件取得了很大进展。金属纤维(如铝、铜)、聚合物纤维(如聚吡咯、聚苯胺)和碳基材料(如碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯及其复合材料)等因具有本征柔性的特征,在柔性储能器件中扮演着重要角色。其他诸如钴酸锂、钛酸锂等无机刚性材料的脆性较大,需通过合理的结构设计实现柔性。此外,柔性储能系统还需具备高容量、高效率、轻薄、安全等综合性能来满足实际的应用需求。本综述围绕本征和非本征柔性储能器件,探讨材料微观结构与器件宏观性能的构效关系,重点阐述各类柔性电极材料的制备方法、力学性能和电化学性能,并对未来柔性储能器件发展、电极材料设计面临的挑战提出了一些见解。     

柔性有机发光二极管材料与器件研究进展

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diodes,简称OLED)是全固态的薄膜发光器件。由于OLED的可柔性制备、低驱动电压、低功耗等优点,其在未来的可穿戴应用上具有广阔的发展前景。目前,小尺寸的OLED显示器已经实现商业化,大尺寸的OLED电视和照明也已有产品问世,但OLED器件的可穿戴应用尚处于探索期。综述了近年来基于可穿戴应用的柔性OLED材料及器件技术的研究进展,具体介绍了柔性基板材料、柔性薄膜晶体管材料、柔性OLED发光层技术、柔性薄膜封装材料与技术等方面的研究进展。此外,介绍了近几年来兴起的一些新型的柔性器件制备技术,如柔性纤维布基底技术、纤维状聚合物发光电化学池技术、对称平面层器件结构和狭缝涂布式印刷技术等。最后,对柔性OLED材料与器件技术的发展趋势进行了展望。     

SiC肖特基二极管的产业、技术现状与发展前景

正新一代宽禁带半导体材料由于具有优异的潜在材料性能,在功率器件中得到了广泛应用,十几年来一直是电力电子领域的研发热点。其中碳化硅(SiC)功率器件的技术成熟度最高,几年前率先进入实用商品化阶段后,保持了较高的增长势头,吸引了产业界很多关注。相关新能源技术和产业(包括太阳能、风电、混合及纯电动汽车等)的发展更加速了SiC功率器件产业的成长。市场预测,该行业     

新型紫外光源研制成功

以GaN为代表的第三代半导体材料,是制造短波长高功率发光器件和高温大功率电子器件的具有代表性的半导体材料。到目前为止,国际上高功率蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、白光LED、蓝紫色LED及激光器等已实现了批量生产,走向了商业市场。 GaN半导体材料与器件的研究已历时30多年。前20年进展缓慢,未能研制出实用化的器件。近十年来,在日本获得了突     

三维网络多孔陶瓷/金属复合材料的研究新进展

三维网络多孔陶瓷/金属双(共)连续相复合材料(C⁴材料)具有各向同性和正向加合性质,在摩擦器件和制动元件、电子封装材料及散热器件、航空航天器件、光学仪表材料、运动器械等领域具有广阔的应用前景。本文较为详细地介绍了C⁴材料的各种制备技术,并对比了它们的优缺点,在此基础上,重点阐述了本课题组提出的原位反应无压浸渗新工艺和最新研究进展,并对C⁴材料的未来发展趋势进行了展望。     

电致变色材料研究及发展现状

<正>电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象,在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。这种变化使得电致变色材料成为典型的智能材料的一员。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料,用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色器件具有双稳态、无视盲角、对比度高、制造成本低、工作温度范围宽、驱动电压低、色彩丰富等优点,可应用于电致     

120 V超快软恢复二极管用大尺寸硅外延材料工艺研究

硅外延材料具有厚度和电阻率能精确调控、结晶完整性良好的优势,能够有效降低功耗,改善击穿电压,广泛应用于半导体分立器件。外延层厚度、电阻率、均匀性、晶格质量等参数指标直接决定了所制分立器件的良率和性能。通过研究平板式外延炉的热场和流场分布对材料均匀性的调制规律,在150 mm的大尺寸硅单晶衬底上化学气相沉积了高均匀性的硅外延材料。利用原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延材料的表面形貌、平整度、微粗糙度、厚度、电阻率、均匀性等参数。最终制备的外延材料的厚度和电阻率片内标准偏差均小于2%,而且表面无雾、滑移线等缺陷。制备的高均匀性的外延材料在应用于耐压为120 V的超快软恢复二极管后,解决了边缘电压低击穿现象,显著提升了器件的产出良率。