籽晶层对氧化锡纳米棒生长质量及其钙钛矿太阳能电池性能的影响

利用SnCl2·2 H2 O和SnO2纳米粒子为籽晶层前驱体分别生长SnO2纳米棒,并作为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池(PSCs).综合利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见近红外分光光度计(UV-vis)、稳态光致发光光谱(PL)和伏安特性曲线(J-V)等表征技术,分析研究籽晶层前驱体对SnO2纳米棒薄膜和钙钛矿薄膜的形貌、结构、光学性质、SnO2/钙钛矿界面间的电荷转移能力以及电池性能的影响规律.结果表明:SnO2纳米粒子相比SnCl2·2 H2 O能够形成更致密的籽晶层,从而更易于生长出平整、均匀的SnO2纳米棒薄膜.沉积于以SnO2纳米粒子为籽晶层的SnO2纳米棒上的钙钛矿有源层具有更好的结晶质量和更强的光吸收性能,所制备电池的最高效率达到12.93％.本工作表明SnO2纳米粒子是一种优异的生长SnO2纳米棒薄膜的籽晶层材料,为制备高性能的基于一维电子传输材料的钙钛矿电池奠定了一定基础.     

利用ZnCl2原位钝化电子传输层提高量子点发光二极管性能

在量子点发光二极管(QLED)中,电子-空穴注入不平衡和量子点层/电子传输层间界面的荧光猝灭限制着QLED效率的提升。基于此,采用金属卤化物(ZnCl₂)原位处理电子传输层方法来减少氧化锌(ZnO)电子传输层的氧空位,同时有效钝化其表面不饱和键,因此在一定程度上实现抑制量子点/电子传输层界面的荧光猝灭和提高QLED中的电子-空穴注入平衡的目的,最终得到了高亮度、高效率的QLED。原位钝化处理后的ZnO基QLED的最大亮度、峰值电流效率、峰值功率效率和峰值外量子效率(EQE)分别从未处理QLED的176 800 cd/m²、9.86 cd/A、8.38 lm/W和7.42%提高到219 200 cd/m²、15.14 cd/A、12.66 lm/W和11.65%。结果表明,ZnCl₂原位钝化ZnO电子传输层对QLED性能的提升起到重要的作用。     

类金字塔状GaN微米结构的生长及其形貌表征

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在非掺杂GaN层上原位生长SiNx掩模层,制备了形貌可控的类金字塔状GaN微米结构,并系统研究了生长温度、生长时间、反应压力和Ⅴ/Ⅲ比等不同生长参数对其形貌的影响。研究结果表明,在生长温度为1 075℃时,所生长的GaN呈现出类金字塔状微米锥结构;当生长时间由3 min延长至20 min时,微米锥的底面直径由3.6μm增大到19.8μm,密度由3.8×10~3cm~(-2)降低至0.8×10~3cm~(-2);压力及Ⅴ/Ⅲ比共同决定该结构顶部的微观形貌(锥状或截顶锥状)。本工作的研究结果为GaN微钠米结构的原位可控生长奠定了一定基础,并有助于三维GaN基LED器件的进一步发展。     

Si(001)外延ZnSe薄膜界面原子的结合与成键

基于密度泛函理论的第一性原理计算,通过对Si(001)和氮化Si(001)表面单层Zn/Se原子结合的方式,模拟ZnSe外延薄膜的二维生长模式,从单层原子结合能、界面原子电子得失、共价结合成键的角度解释了Zn/Se原子在衬底表面的黏附性问题,阐述了薄膜生长初期界面无定形Se出现等现象,分析了氮化Si(001)表面对薄膜二维均匀生长的作用,结果显示N的引入缓和了Si衬底的非极性共价结合与ZnSe原子间的极性离子键结合之间的异质差异。     

PbS量子点能级结构的尺寸和配体依赖性及其对异质结电池性能的影响

通过电化学循环伏安测试和吸收光谱测试, 确定了有机配体(油酸)和原子配体(四正丁基碘化铵, TBAI)钝化的不同粒径(2.6~4.5 nm)PbS量子点的导带和价带能级, 并研究了量子点尺寸对PbS/TiO₂异质结电池(空气气氛中制备)性能的影响。结果表明：PbS量子点的能级结构受其粒径大小和表面配体特性的影响。当PbS量子点尺寸从2.6 nm增加至4.5 nm时, 油酸包覆PbS量子点的导带底从-3.67 eV减小到-4.0 eV, 价带顶从-5.19 eV增加到-4.97 eV; 而对于TBAI配体置换的PbS量子点, 其导带底和价带顶则分别从-4.15 eV和-5.61 eV变化至-4.51 eV和-5.46 eV。粒径为3.9 nm的PbS量子点所制备的电池性能最优, 其能量转化效率达到2.32%, 这可归因于其适宜的禁带宽度、结晶质量和良好的PbS/TiO₂界面能级匹配度。     

纯蓝光ZnSe基核/壳结构量子点的合成与发光性能

探索了纯蓝光ZnSe基核/壳结构量子点的合成方法,研究了各种反应参数对量子点发光性能的影响,通过Te元素掺杂和尺寸调控相结合的方法使量子点发光波长红移至蓝光波段,并通过引入氟化锌对表界面缺陷进行腐蚀/钝化,从而提高了所制备量子点的发光强度。结果表明,当初始反应温度为200℃、初始反应时间为120 min时,得到的ZnSe核可以实现380 nm波长的发光,且更加适合后续的Te元素掺杂;当Te和Se的摩尔比为0.01时,所合成的ZnSe基核/壳量子点在实现442 nm波长的蓝色发光的同时,保持了15 nm的窄发光半峰全宽;当Zn F₂的添加量为1.5 mmol时,量子点的发光强度比不添加ZnF₂时提升了约3倍;量子点尺寸均一且在正辛烷中保持了高分散性,具有良好的成膜性,所制备出的量子点薄膜表面致密平滑无明显裂纹。本研究结果有助于促进高质量无毒蓝光ZnSe基核/壳量子点合成技术的发展及其在下一代显示技术中的应用。     

两步沉积法制备锡基钙钛矿及其全溶液工艺太阳能电池性能

两步沉积法中胺盐的传统溶剂异丙醇会对锡基钙钛矿产生严重破坏,因此探索其他溶剂制备锡基钙钛矿非常重要。利用4-甲基-2-戊醇取代异丙醇充当胺盐的溶剂,并在胺盐中添加苯乙基溴化胺(PEABr),通过两步沉积法制备了锡基钙钛矿薄膜及全溶液工艺太阳能电池。实验结果表明,相比于异丙醇,使用4-甲基-2-戊醇作为胺盐溶剂,可降低对锡基钙钛矿的破坏作用,促进锡基钙钛矿结晶成膜,原因可能是该溶剂分子的烷基部分可以增加对羟基的空间位阻。但未添加PEABr时,制备的FASnI₃薄膜存在许多针孔,器件光电转换效率(PCE)仅为0.24%;在添加摩尔占比为0.3 (n (PEABr)/n (FAI+PEABr)=0.3)的PEABr时,制备的锡基钙钛矿薄膜针孔减少,致密度提高,表面形貌得到改善。利用全溶液工艺制备的基于该薄膜的太阳能电池PCE达到4.15%。该研究有助于促进两步沉积法制备锡基钙钛矿薄膜及其光伏器件的进一步发展。     

表/界面双重修饰提高钙钛矿太阳能电池性能

采用二维/三维(2D/3D)钙钛矿结构已被证明是提高钙钛矿太阳能电池综合性能的有效策略,但该策略通常要求表面2D修饰层厚度极薄致使其不能连续覆盖3D钙钛矿层,而未覆盖/修饰的3D钙钛矿表/界面则可能因仍然存在大量缺陷而影响器件性能。基于此,研发了一种简单有效的环己甲胺氢碘酸盐(CMI)+苯乙基碘化铵(PEAI)表/界面双重修饰策略,即利用PEAI修饰由CMI构建的2D/3D钙钛矿结构来实现更为充分的缺陷钝化和界面修饰。结果表明,CMI+PEAI双重修饰钙钛矿薄膜的表面粗糙度和缺陷态密度明显低于未处理和单一CMI表界面修饰的钙钛矿薄膜,分别降至11.3 nm和2.29×1015 cm-3,且该双重修饰方法将钙钛矿薄膜的光生载流子寿命提高至45.1 ns,并有效促进了钙钛矿/空穴传输界面处的电荷提取,最终使太阳能电池的性能参数得到明显提升。CMI+PEAI双重修饰太阳能电池的平均能量转化效率为20.12%±0.35%,明显优于未处理器件(16.79%±0.57%)及单一CMI表/界面修饰器件(18.81%±0.34%),同时也展现出了最佳稳定性。该研究提供了一种更为充分、有效的钙钛矿表界面...     

基于有机-无机混合配体置换的蓝光量子点发光二极管性能

相较于红光和绿光量子点发光二极管(QLED),制备高效蓝光QLED仍然具有挑战性。比较研究了有机配体(辛硫醇,OT)、无机配体(ZnCl₂)和有机-无机混合配体(OT和ZnCl₂)置换原始油酸配体对量子点(QD)的光致和电致发光性能的影响规律及机制。实验结果表明,有机-无机混合配体置换对蓝光QLED的发光性能的提升效果最佳,ZnCl₂配体次之,辛硫醇配体最小,这主要归因于三种配体置换后量子点表面缺陷钝化以及量子点价带顶能级上移程度方面的差异。相较于原始油酸配体置换QLED,基于有机-无机混合配体置换量子点蓝光QLED的峰值功率效率和最高外量子效率分别约提高了2.08倍和1.89倍,最高亮度从2 413 cd/m²提高到了6 994 cd/m²。该研究为调控量子点表面化学性质和提高蓝光QLED性能提供了一种有效策略。