铜掺杂提升卤化物钙钛矿发光特性的研究进展

近年来,卤化物钙钛矿作为一种新型半导体材料表现出优异的性能,让其不仅在光伏领域取得青睐,而且在光电探测、生物成像、激光和发光二极管等光电器件领域也有着不俗的表现。然而卤化物钙钛矿要实现商业化仍有许多问题需要解决,如铅的毒性,空气不稳定性以及发光效率低等。离子掺杂被认为是改善这种情况的有效途径。介绍了卤化物钙钛矿结构的演变,并简要阐述了结构维度对其发光性能的影响。随后,从二价Cu²⁺和一价Cu⁺离子掺杂两个方面系统的阐述了目前铜掺杂卤化物钙钛矿发光特性的研究进展,分析了铜离子影响卤化物钙钛矿性能的各种机理。最后,讨论了目前铜掺杂卤化物钙钛矿研究上的不足及未来潜在的研究方向。     

钙钛矿型锰氧化物相分离研究进展

相分离作为一种物理现象,在钙钛矿结构锰氧化物中普遍存在,成为近年来此领域重要的研究课题之一.介绍了相分离的发展历史、分类,总结了相分离在钙钛矿结构锰氧化物中的实验和理论研究进展,并给出了该领域的发展趋势.     

卤化物钙钛矿射线探测器材料研究进展

卤化物钙钛矿由于具有高射线吸收系数、高载流子迁移率寿命乘积、可低温溶液法生长等特性,有望突破传统高纯锗和碲锌镉探测器在成本、芯片兼容性和大尺寸成像等方面的制约,成为新一代性能优异的室温射线探测材料。本文从卤化物钙钛矿材料的基本性质与射线探测原理出发,介绍了2015年以来卤化物钙钛矿射线探测材料与器件的发展历程;系统介绍了直接型射线探测器(强度、成像、能谱)及闪烁体探测器的最新研究成果;分析了材料特性与器件结构对射线探测器性能的影响机制,为今后更高效的卤化物钙钛矿射线探测器的开发提供参考。     

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。     

基于有机金属卤化物钙钛矿材料的全固态太阳能电池研究进展

作为太阳能电池的光吸收剂,有机金属卤化物钙钛矿材料不仅具有高效的光吸收能力和载流子迁移率,还具有独特的双极性特征,能同时传输电子和空穴,使其成为优异的光伏材料,掀起了基于钙钛矿材料太阳能电池的研究热潮。介绍了近几年来基于有机金属卤化物钙钛矿材料的全固态太阳能电池的发展情况,总结了有机金属卤化物钙钛矿材料的结构和特性,对目前几类典型的钙钛矿太阳能电池进行了讨论,并展望了全固态钙钛矿太阳能电池的产业化应用前景。     

钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池研究进展与展望

钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池是以钙钛矿相有机金属卤化物作为吸光材料的薄膜太阳电池,因制备工艺简单、成本低廉、能量回报周期短以及光电转换效率高等优点而备受科学家的青睐。在钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池研究发展的短短5年时间内,其光电转换效率已从最初的3.8%迅速上升到20%以上,超过了非晶硅、染料敏化、有机太阳电池等新一代薄膜电池历经10多年研究的成果。为了进一步提升效率,以期获得实际应用,钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池的工作机制、新材料、温和制备工艺和稳定性是研究者们最为关注的研究方向。解决这些问题,对钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池今后的发展起着指导和借鉴作用。介绍了钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池的结构及其工作原理,对国内外钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池的研究进行了总结和分析,指出了目前钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池研究的不足,并对其未来的研究提出了一些建议。     

铯铅卤化物钙钛矿型平面异质结LED的应用与发展

由于优异的光电性能与环境稳定性, 全无机铯铅卤化物CsPbX₃(X=Cl, Br, I)钙钛矿材料自2015年起逐渐成为光电领域的研究热点, 在诸多电子、光电子器件的应用研究中取得了突破性进展, 受到了科学界的广泛关注。本综述结合铯铅卤化物钙钛矿型平面异质结LED的最新研究进展, 对器件的结构及其工作原理进行扼要的介绍, 并着重从提高LED器件发光性能和工作稳定性方面进行优化策略的归类与总结, 最后就稳定高效的无机钙钛矿型平面异质结LED的发展趋势进行了展望。     

上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞...     

利用混合溶剂实现钙钛矿材料微观结构和光电性能优化

采用纯N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂、纯二甲基亚砜(DMSO)溶剂以及DMSO/DMF不同体积比例混合溶剂制备钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)薄膜, 并系统研究了不同溶剂对钙钛矿薄膜微结构及光电特性的影响。结果表明, 随着DMSO在混合溶剂中比例增加, 钙钛矿薄膜平均晶粒尺寸增大, 碘化铅(PbI₂)残留量降低, 同时薄膜中有序的钙钛矿晶体所占比例呈现先增大后减小的趋势, 并且当DMSO占混合溶剂体积比为60%时达到最大。薄膜Urbach能, 载流子寿命以及PbI₂含量之间的关系表明, 微量的PbI₂可有效钝化钙钛矿薄膜的缺陷。经过优化后(DMSO占混合溶剂体积比为30%), 钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到15.1 % (V_OC=0.99 V; J_SC=20.9 mA/cm²; FF=0.73)。     

含铜离子玻璃中的混合碱效应的研究

本文研究了xCuBr-(40-x)NaBr-55P2O5-5CaO玻璃的混合碱效应。发现当Cu+/Cu++Na+≈0.5时,电导率达到最小值。电导率的最大值与最小值相差三个数量级。本文给出了电导率随温度、频率、成分的变化。这与一般混合碱效应的规律相类似。并用离子对模型对Cu+离子玻璃的混合碱效应进行了解释。     

锡铅混合钙钛矿太阳能电池垂直组分梯度的溶剂工程调控

带隙1.1～1.4eV的锡铅混合卤化物钙钛矿是单结太阳能电池光电转换效率(PCE)接近Shockley-Queisser(S-Q)理论效率极限值的理想材料。钙钛矿薄膜垂直方向上的化学组分梯度会通过影响能带结构影响载流子的传输和分离,因此对锡铅混合钙钛矿薄膜的结晶过程进行控制十分重要。本研究发现使用不同剂量的反溶剂制备锡铅混合钙钛矿会形成不同的垂直组分梯度,并且随反溶剂用量增大薄膜表面铅含量增加。调整溶剂组分可以控制锡铅混合钙钛矿的垂直组分梯度,增大溶剂中V(DMSO):V(DMF)可以形成底部富铅而表面富锡的垂直组分梯度。当铅基前驱液溶剂中V(DMSO):V(DMF)最优化为1:2时,相比于1:4的对照组,器件在标准光照条件下的开路电压从0.725V提高到0.769V,短路电流密度从30.95mA·cm^–2提高到31.65 mA·cm^–2,PCE从16.22%提升到接近18%。利用SCAPS软件数值模拟进一步证明了垂直组分梯度的必要性,当钙钛矿薄膜底部富铅、顶部富锡时,载流子在空穴传输层界面区域的复合有所减少,因而电池性能得到提升。     

热致相分离法制备乙烯三氟氯乙烯共聚物微孔膜——混合溶剂的选择

研究了混合溶剂对热致相分离法制备乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)微孔膜的影响,考察了不同非溶剂对ECTFE/癸二酸二丁酯(DBS)体系结晶趋势的影响.通过相容性分析及ECTFE微孔膜断面结构的观察,非溶剂亚磷酸三苯酯(TPP)的加入能使ECTFE/DBS体系从固液相分离转变为液液相分离.当非溶剂与溶剂的质量比比例(TPP∶DBS)为4∶6时,可制得孔径均匀的双连续结构ECTFE微孔膜.此比例下的热力学相图显示,ECTFE/DBS/TPP三组分体系具有较宽的液液相分离区,该体系偏晶点所对应的ECTFE质量分数高达50%.     

混合稀释剂对热致相分离法制备聚偏氟乙烯微孔膜结构的影响

以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)/邻笨二甲酸二辛酯(DOP)为混合稀释剂,采用热致相分离法(TIPS)制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜.研究了聚合物浓度、降温速率、混合稀释剂配比和凝固浴温度对聚偏氟乙烯微孔膜结构的影响.结果表明,随聚合物浓度的增加,膜断面由树枝状结构过渡为球粒状结构,最终转变为致密结构;随降温速率的增加,...     

共沉淀法制备Cu掺杂的钙钛矿型混合导体透氧材料

采用并流共沉淀法合成了掺杂Cu的钙钛矿型混合导体透氧膜材料.考察了pH值、陈化时间等制备条件对前驱体性质和膜片透氧性能的影响,采用TG-DSC考察了复合氧化物粉体的生成过程,采用XRD、TEM对粉体的结构和形态进行了表征,对材料进行了透氧性能测试并与固相反应法作了比较.结果表明,pH=10～11,陈化时间为10小时是最佳的前驱体制备条件,合成温度为800℃即可得到纯相钙钛矿结构的粉体,其平均颗粒直径为90nm,透氧测试结果显示,制备方法和Cu掺杂量对膜片的透氧性能有显著影响,900℃时共沉淀法制备的SrFe0.6Ti0.1Cu0.3O3-δ的透氧量达到O.64ml·min～·cm-2(STP).     

多元掺杂LaCoO_3基混合导体的制备与性能研究

为开发新型高性能中温固体氧化物燃料电池阴极材料,采用改进的固相法制备了Sr2+、Ca2+与Fe3+多元掺杂LaCoO3基稀土复合氧化物La0.8Sr0.1Ca0.1Co0.7Fe0.3O2.9(LSCCF81173)和La0.7Sr0.2Ca0.1Co0.8Fe0.2O2.85(LSCCF72182).利用EDS、XRD、TG-DTA、SEM及热膨胀法等技术,对制备样品的化学成分、物相结构、形成过程、显微组织及热膨胀系数等进行分析,并采用直流四端子法测量样品在25～850℃的混合电导率.XRD和SEM分析表明,经1200℃烧结,LSCCF81173和LSCCF72182样品均具有单一的菱方钙钛矿相和孔隙尺寸与分布较均匀的多孔结构;EDS结果证实,制备的样品中基本不含其他杂质元素;在25～500℃较低温度区间,混合电导率与温度的关系近似为直线,说明较低温阶段样品的导电行为符合小极化子导电机制,且具有较低的导电活化能(Ea=0.07584eV和0.07798eV);Ca2+、Fe3+的共同掺杂有利于降低其热膨胀系数,改善与电解质的热匹配性,并对其原因进行了初步分析.     

基于混合迁移学习的运动想象分类算法研究及其在脑机接口中的应用

为提升迁移学习在运动想象脑机接口应用过程中的迁移高效性及普适性,综合实例迁移和特征迁移学习方法的优势进而构建了混合迁移学习模型。首先,依据样本权重极化原理改进TrAdaBoost算法以实现实例层面的迁移,优化源域训练样本;其次,基于大间隔投射迁移支持向量机进一步缩短源域与目标域间的分布距离以完成特征层面的迁移,实现迁移效率最大化。进一步,将该方法应用于脑机接口竞赛Dataset IIb数据集进行离线测试及分析,研究结果表明混合迁移学习模型的迁移效率明显高于单一迁移学习模型,并且对于不同迁移对象识别准确率相对提升均值在70%以上,验证了所述方法的有效性与普适性。此外,基于已搭建的运动想象识别系统进行在线测试,验证了模型的实用性。     

半导体激光器自混合效应对连续光腔衰荡技术的影响

根据光腔衰荡(CRD)原理开展了高反镜反射率测量技术的研究.采用基于半导体激光器自混合效应的连续光腔衰荡技术(SM-CRD)测量高反射率腔镜,不但简化了CRD技术应用的结构装置,同时也大大提高了入射光与衰荡腔之间的耦合效率.给出了半导体激光器由于自混合效应引起的频谱变化,分析了反馈光强度对半导体激光器输出特性的影响.使用反射率为99.914%的腔镜建立了1 064 nm高反射率测量装置,测量精度达到10-5量级.实验结果表明,使用该装置测量腔镜的反射率,不但大大降低了系统的成本,而且有利于提高系统的测量精度和稳定性.     

杂化钙钛矿材料在太阳电池中的应用与发展

杂化钙钛矿是近年来发展非常迅速的一类新型光电材料。自从2009年日本学者首次研究钙钛矿敏化太阳电池, 经过五年的发展, 有机铅卤化物钙钛矿太阳电池光电转换效率从最初的3.1%跃升到19.3%。本文介绍了有机铅卤化物钙钛矿的结构及其在有机/无机杂化钙钛矿太阳电池中的应用, 并从有机铅卤化物钙钛矿太阳电池的发展历程、器件结构、制备方法等方面做了总结。最后简要讨论了钙钛矿太阳电池的长期稳定性、环境问题, 并就未来发展趋势进行展望。     

聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的制备及在锌离子混合电容器中的应用

锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险。针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇为原料,通过冷冻-解冻和电解液吸收的方法,快速制备了具有蜂巢状的三维网络形貌的凝胶聚合物电解质(GPE)。优化的GPE不仅具有良好力学性能(拉伸强度0.24 MPa、断裂伸长率289%),而且表现出较高的离子电导率(58.5 mS/cm)。使用GPE、二氧化锰阴极和活性炭阳极组成的ZIHC,其比电容和能量密度分别为31.5 F/g和15.0 Wh/kg,2 A/g充放电循环1.5×10⁴次后比电容保持率约80%,展示出GPE在ZIHC领域中潜在的应用价值。原料环保和方便快捷的制备方法为能量存储和柔性可穿戴电子领域应用的GPE研究提供了新的思路。     

脉冲激光沉积法制备的Ge(S90Se10)2硫系薄膜中的光致漂白效应研究

运用激光脉冲沉积法（PLD）制备了Ge（S90Se10）2薄膜，通过运用紫外汞灯对制备的薄膜进行不同时间的辐照，我们确定了达到饱和状态所需要的辐照时间（90分钟）。当薄膜处于饱和状态时，巨大的光致漂白效应被观察到了（△E=0．36ev）。此外，在本文中，我们也对光致漂白效应的机理进行了阐述，一种新型的光电子材料被发现了。