金属膜场发射特性研究

结合真空电子束气相沉积（electron beam evaporation deposition, EBVD）和磁控溅射（magnetron sputtering deposition, MSD）技术,分别在Al₂O₃陶瓷衬底上制备以Cu膜为发射层的单一Cu膜和Mo/Cu复合膜及Mo/Ni/Cu复合膜3种结构阴极薄膜。基于二极管场发射器件结构,研究了各样品的场发射特性。利用场发射扫描电子显微镜 （field emission scanning electron microscopy, FE-SEM）和能谱仪（energy dispersive spectrometry, EDS）对样品表面形貌和成分进行分析。结果表明：Mo/Ni/Cu复合膜的阈值电场为3.3 V·μm^-1;最大电流密度为63.0 μA·cm^-2;比在相同条件下制备的单一Cu膜和Mo/Cu复合膜具有更好的场发射特性,表明金属复合膜结构有效的改善了单一Cu膜的场发射性能。     

Sn的叠层顺序对CZTS薄膜的影响

采用磁控溅射预制层后硫化制备CZTS薄膜,研究Sn不同叠层顺序对薄膜特性的影响.通过对晶体结构、相纯度、表面形貌、光学特性进行表征和分析,结果表明采用溅射顺序为ZnS/CuS/Sn/Mo制备的CZTS薄膜表面平整光滑的特性,具有较好的晶体质量.同时也有利于减少在硫化过程中Sn含量的损失,抑制MoS_2的形成.最终得到了开路电压为670 mV,短路电流为15.52 mA/cm~2,填充因子为44%,光电转换效率为4.58%的CZTS薄膜电池.     

电沉积合金预制层后退火制备铜锌锡硫薄膜及其光伏特性

采用电沉积铜锌锡(Cu-Zn-Sn,CZT)合金预制层后退火制备薄膜太阳电池用吸收层材料铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)。利用扫描电镜、X线能量色散谱仪、X线衍射仪、拉曼光谱等检测方法对不同预制层成分下制备的CZTS薄膜的表面形貌、成分和物相结构进行表征与分析。研究结果表明:随着预制层中铜摩尔分数的增加,CZTS薄膜(112)面衍射峰半峰宽呈现先减小后增大的趋势,在物质的量比n(Cu)/n(Zn+Sn)=0.83和n(Zn)/n(Sn)=1.31的条件下获得半峰宽最小、结晶性能最好的CZTS薄膜;贫铜贫锌条件下制备的薄膜中存在SnS_2二次相,贫铜富锌条件下制备的薄膜中存在少量ZnS二次相;富铜富锌条件下制备的薄膜中存在Cu-S二次相;二次相对薄膜光电响应具有重要影响,贫铜富锌的样品光电响应性能较好,无光电流衰减现象,光电流密度最大可达到0.6 mA/cm~2;最优成分下制备的CZTS太阳电池在100 mW/cm~2光照条件下获得光电转换效率为3.27%。     

Cu_2ZnSnS_4纳米颗粒的溶剂热法合成及其薄膜制备研究

采用溶剂热法合成了Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米颗粒.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)对样品的结构、化学组成和表面形貌进行了表征.研究了反应温度和硫源对CZTS纳米颗粒的结构、组成和形貌的影响.结果表明,较低的温度下,产物以Cu-Sn-S三元相为主,随着温度升高,Zn2+逐步扩散到晶格中,取代部分Cu2+,形成CZTS四元相.以硫化钠作硫源,合成了组分符合计量比、分散性良好的CZTS纳米颗粒,并采用旋涂方法制备了CZTS薄膜,其光学带隙为1.49eV,适合作为CZTS薄膜电池的吸收层.     

具有元素梯度的Cu_2ZnSnS_4薄膜

Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)吸收层中的In、Ga元素梯度使得吸收层形成梯度化的带隙结构,该结构能有效提高电池的短路电流(Jsc)和开路电压(Voc),进而优化电池光电转换效率。利用磁控溅射设备,通过控制靶材的溅射功率渐变来实现薄膜中金属元素的梯度分布,为梯度带隙结构CZTS薄膜太阳能电池提供实验研究依据。     

Cu2ZnSnS4/Zn(O,S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真研究

Zn(O,S)具有带隙宽、原料丰富且环保的优点,是一种很有潜力的CdS替代缓冲层。本文采用Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS)软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO 结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响。结果表明：当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10₁₇ cm_-3时,电池的转换效率可达14.90％,温度系数为-0.021%/K。仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳能电池提供了一定的指导。     

基于混合导电功能层的燃料电池研究

采用二次固相法合成具有层状结构的电子导电材料-LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O_2-δ（LNCA）,并将其与离子导电材料Sm掺杂CeO₂复合,获得具有电子-离子混合导电性的复合材料.并以此为功能层,构造了无电解质隔膜层燃料电池（Electrolyte Free Manbrane Fuel Cell,EFFC）.研究了功能层的厚度以及电子-离子导电材料的比例对电池性能的影响,并阐述了影响机制.该电池在550℃下获得了937 mW·cm^-2的功率输出,且具备在更低温度下操作的可行性.     

Si/SiO2和Si/SiNx /SiO2超晶格的能带结构

利用Kronig-Penney模型从理论上计算了Si/SiO₂和Si/SiN_x/SiO₂多层膜结构中量子阱的能带结构, 进一步分析了各亚层薄膜厚度对能带结构和有效质量的影响.结果发现, 适当减少亚层的厚度都能使得纳米Si薄膜的带隙发生明显宽化. 在Si/SiO₂超晶格中, Si量子阱层带隙能量随着Si层厚度的变化符合E_PL(eV)=1.6+0.7/d²关系, 与我们的计算结果十分吻合. 在Si/SiN_x/SiO₂超晶格系统中, 可以通过控制各亚层厚度, 尤其是Si和SiN_x层厚度, 均能够有效地控制发光.     

铜溅射时间对Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

采用磁控溅射方法制备铜溅射时间分别为1.5 h和2 h的Cu/Sn/ZnS前驱体薄膜,然后利用双温区高温管式炉对两种薄膜进行硫化处理制备Cu_2ZnSnS_4.利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪和紫外—可见分光光度计对薄膜的结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征.结果表明:溅射1.5 h的Cu制备的薄膜表面存在大量杂质,表面很不平整;溅射2 h的Cu的薄膜表面呈现均匀致密的颗粒状薄膜,且具有更大的晶粒尺寸;溅射2 h的Cu的薄膜为单一CZTS相,其化学成分原子比更接近Cu_2ZnSnS_4化学计量比.     

磁控溅射表面镀膜对Nd2Fe14B稀土永磁体抗腐蚀性能的影响

在Nd₂Fe₁₄B稀土永磁体基体表面,采用磁控溅射（直流+射频）技术制备了Ti/Ni,Ti/Al和Al/Ni等二元合金薄膜和Ti/Al/Ni三元合金薄膜。并通过中性盐雾试验、腐蚀失重计算、电化学腐蚀试验、金相观察等方式,对比研究了不同表面处理对Nd₂Fe₁₄B稀土永磁体基体抗腐蚀性能的影响,并构建了腐蚀模型。研究发现：Ti/Ni,Ti/Al和Al/Ni等二元合金薄膜和Ti/Al/Ni三元合金薄膜均有效地提高了Nd₂Fe₁₄B稀土永磁体基体耐中性盐雾腐蚀和电化学腐蚀的能力;Ti/Al/Ni三元合金薄膜较Ti/Ni,Ti/Al和Al/Ni等二元合金薄膜有更优良的综合耐腐蚀性能,其磁控溅射工艺参数为：Ar流量60 sccm,基片温度常温,Ni,Al,Ti的溅射功率都为250 W,基片转速20 r·min^-1,镀膜均速0.3 nm·s^-1,总计溅射时间1 h。     

Cu_2ZnSnS_4粉体材料的制备及其性能研究

采用固相反应法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉体材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和晶体结构进行了表征,采用紫外-可见-近红外分光光度计对样品的光学性能进行了测试,研究了热处理温度对CZTS样品的晶体结构、光吸收系数和禁带宽度等性能的影响关系.研究结果表明:使用固相反应法在热处理温度高于500℃时,得到的CZTS粉体材料结构为典型的锌黄锡矿晶体结构,其禁带宽度为1.45eV,SEM照片显示样品粒径为50μm的粉体.该材料可以用来压制CZTS靶材,可以用在CZTS薄膜材料的制备领域.     

CZTS/La_2Ti_2O_7纳米粉体的制备及光催化性能

利用水热法合成路线,通过原位生长的方法,制备出Cu2ZnSnS4(CZTS)/La2Ti2O7纳米复合材料。并以其为光催化剂,在紫外光和可见光照射下对罗丹明B(RhB)进行降解。采用XRD、SEM对其成分及形貌进行表征,通过UV-vis漫反射吸收曲线表征半导体材料光吸收性能及禁带宽度,并研究CZTS/La2Ti2O7复合物的光催化性能。结果表明:CZTS均匀地分布在La2Ti2O7表面,通过复合有效地减小了La2Ti2O7催化剂的带隙,拓展了光响应范围。在可见光和紫外光下,该复合材料均具有良好的光催化活性。     

Cu/N共掺杂ZnS电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnS、N单掺杂、Cu-N共掺杂与Cu-2N共掺杂ZnS晶体的能带结构、电子态密度与光学性质.结果表明,Cu/N共掺杂体系降低了体系的带隙,增加了其光催化活性.对于Cu-2N掺杂,分析其态密度,发现共掺杂体系的总态密度在费米能级附近更加弥散,更多的态密度穿越费米能级,使共掺杂更容易获得p-型ZnS,同时费米能级附近的杂质态降低了跃迁能,使得共掺杂体系能有效提高其在可见光区的吸收系数.     

无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池

针对铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池中CdS缓冲层带隙较小造成光损耗和Cd元素的毒性问题,提出无镉环保型CZTSSe太阳电池,分别采用溅射法和旋涂法来制备ZnO薄膜以替代CdS缓冲层.薄膜形貌表征及器件性能测试表明,相比旋涂法,溅射法制备的ZnO的薄膜质量及其CZTSSe器件性能明显更好,器件的光电转换效率（PCE）从1.0%提升到4.5%.同时,相比于CdS（E_g=2.4 eV）, ZnO具有更大的带隙（E_g=3.3 eV）,去除CdS膜层后,薄膜和器件在蓝光区具有更高的透光率和更好的光吸收.该设计为制备柔性CZTSSe太阳电池提供了一种新策略.     

Cu2ZnSn(S,Se)4纳米晶薄膜

Cu₂ZnSn(S,Se)₄(CZTSSe)材料因其光吸收系数高,具有理想的带隙,且所含元素丰度高、无毒等特性,非常适合作为太阳能电池的吸收层材料,有望成为低成本和高性能光伏发电的材料之一,引起广泛的关注.介绍了CZTSSe材料的基本物理性质及其纳米晶的生长机制,重点介绍了热注入方法合成CZTSSe纳米晶的过程,概述了目前CZTSSe纳米晶薄膜太阳能电池的现状,最后探讨了CZTSSe薄膜太阳电池中存在的问题及以后的发展方向.     

Zr 掺杂对锐钛矿型TiO2 电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了Zr 掺杂对锐钛矿型TiO₂ 电子结构和光学性质的影响, 计算了Zr 掺杂前后锐钛矿型TiO₂ 的电子态密度分布、能带结构、光吸收系数等性质, 定性地分析了掺杂前后电子结构和光学性质的变化. 研究结果表明: Zr 掺杂锐钛矿型TiO₂, 导致带隙减小, 掺杂后在360~400nm 附近的光吸收系数增大, TiO₂ 的吸收带产生红移, 增强了TiO₂ 的光催化活性, 理论与实验结果 一致.     

P3HT和Spiro-OMeTAD共混物作为光活性层的杂化太阳电池性能

为降低电荷复合率,提高杂化太阳电池的性能,将P3HT与Spiro-OMeTAD共混后的混合物作为光活性层和空穴传输层,旋涂在Sb_2S_3纳米粒子敏化的TiO_2纳米棒(TiO_2NR/Sb_2S_3)复合膜上,制备成杂化太阳电池。通过SEM、紫外可见吸收光谱、XRD、电化学阻抗图谱、稳态荧光光谱、J-V曲线等手段,对杂化太阳电池的微观结构、光电转换特性进行了表征和测试。结果表明:P3HT与Spiro-OMeTAD共混物比例为15 mg/1 mL时,得到结构为FTO/TiO_2NR/Sb_2S_3/P3HT:Spiro-OMeTAD/Ag杂化太阳电池的电荷负荷率低,电子生命长,能量转换效率达到了4.57%。所制备的杂化太阳电池性能优良,具有良好的应用前景。     

Low energy H+ effects on the photovoltaic and optical properties of polycrystalline silicon solar cells

Low energy hydrogen ion was used to passivate the electrically active defects existing in grains and grain boundaries of polycrystalline silicon solar cells. Short-circuit current of H⁺ implanted cells remarkably increased before and after preparing TiO₂AR (antireflective) coating. The measurements (at λ=6328 Å) of the optical properties of H⁺ implanted silicon samples show that: the value of absorption coefficient reached the level of a-Si; refractive indexn and ref?ectivityR significantly decreased; the optical band gap increased from 1.1 eV to 1.3 eV. The results indicate that Si-H bonds have been formed after H⁺ implantation. The calculation shows that the optical thickness cycle of TiO₂ AR coating will reduce correspondingly in order to obtain the optimum optical match between AR coating and implanted silicon since refractive index decreases after H⁺ implantation.     

Silicon dots films deposited by spin-coating as a generated carrier addition layer of third generation photovoltaics

In this work, silicon ink composing of silicon powder and zinc oxide solution was formulated and spin-coated on quartz and n/p-Si substrates followed by drying the films under atmosphere at the temperature of 550°C. The results showed that this top-addition layer could be the highly promising layer for photo-generating carriers in third-generation photovoltaics to enhance blue-light absorption. X-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques were used to study the presence of silicon and zinc oxide nano-crystallites. The thin films consisting of different energy bandgap of Si nanocrystals(～100 nm) with narrow bandgap and spherical Zn O:Bi nanocrystal(～20 nm) with wider bandgap could be obtained from the evidence of bandgap enlargement. The band gaps of the thin films were tunable by adjusting silicon dots density in Zn O:Bi film. Energy upshift of light absorption edge depended on the silicon dots density was observed in the range 1.6–3.3 eV related band gap enlargement by Tauc plot. Under illumination, a high photocurrent gain of the thin film comprised of low Si dots density coated on a quartz substrate was about 10~3 times higher compared with its dark current. This result is agreeably explained in terms of its lower superficial trap states at the interface between silicon and zinc oxide matrix. The composite layer can be applied to a third-generation solar cell with the efficiency 1.50% higher than that with a typical crystalline-Si solar cell.