Si衬底掺杂浓度对InGaN/Si异质单结太阳电池性能的影响

【目的】研究p-Si衬底掺杂浓度对InGaN/Si异质单结太阳电池性能的影响,为制备高效太阳电池提供理论基础。【方法】将器件的n-InGaN掺杂浓度固定为10~(16 )cm~(-3),在改变p-Si衬底掺杂浓度N_A的情况下,采用一维光电子和微电子器件结构分析模拟软件(AMPS-1D)对InGaN/Si异质单结太阳电池器件的各项性能参数进行模拟。【结果】随着掺杂浓度N_A的升高,电池的电流密度J_(SC)和填充因子FF随之升高,当到达一定高的掺杂浓度范围时(N_A5.00×10~(17)cm~(-3)),J_(SC)基本保持不变,约为28.12mA/cm~2,FF保持在0.85左右且变化不大。开路电压V_(OC)和光电转换效率E_(ff)与掺杂浓度的大小呈正相关关系,随着N_A的增大,V_(OC)、E_(ff)缓慢增大。【结论】高掺杂浓度下的太阳电池具有较好的光电转换效率。低掺杂浓度的太阳电池光电转换效率较低,这是因为其对应的尖峰势垒高度和宽度均较大,影响了光生载流子的输运。     

掺杂石墨烯制备方法新进展

石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料,在平面内碳原子以sp2电子轨道杂化形成蜂巢状晶格结构,厚度只有0.34 nm,具备优异的光电性能.然而石墨烯价带和导带之间的带隙为零,这限制了其在纳米电子学中的应用.通过杂原子(如氮、硼、氟等)对石墨烯进行掺杂的方式,可以打开带隙使其成为n型或p型材料,调节其电子结构和其他内在性质,有效地改善或扩大其在各种领域中的应用.掺杂对石墨烯性能的影响主要取决于杂原子键合类型以及掺杂量.比如掺杂氮原子的石墨烯片将在晶格中产生吡啶氮、石墨氮以及吡咯氮这3种常见的键合结构,而不同氮的存在形式会对掺杂石墨烯的催化及电学特性产生影响.本文综述了近年来掺杂石墨烯的制备、性质和应用,比较了现有制备方法的优缺点,介绍了其在能量存储转换、光电器件以及传感器等方面的应用实例,分析总结了现有掺杂石墨烯材料的不足并展望了其未来的发展方向.     

基于TiO_2/Perovskite/P3HT结构的n-i-p型钙钛矿电池的电极界面优化与器件性能

以TiO_2/钙钛矿(PVSK)/P3HT的n-i-p型钙钛矿电池作为研究对象,研究了TiO_2薄膜退火温度对TiO_2薄膜的结晶性、基于此的钙钛矿薄膜的形貌以及光伏器件性能的影响,比较了P3HT的掺杂以及不同批次P3HT材料对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响。结果表明:TiO_2薄膜的退火工艺及P3HT的批次对器件性能影响较大。TiO_2薄膜的制备工艺设为退火温度为300℃,退火时间为45min,提高TiO_2的退火温度到500℃,钙钛矿太阳能电池的效率可提高到11.27%.通过优化钙钛矿薄膜厚度为190nm,制备得到光电转换效率为6.77%的钙钛矿薄膜光伏电池。基于低温TiO_2为电子传输层、掺杂P3HT为空穴传输层的器件性能为开路电压VOC=0.98V,短路电流J_(SC)=19.94mA/cm~2,填充因子f_F=0.42,转换效率η(PCE)=8.18%.TiO_2电子传输层和P3HT空穴传输层的系统优化对制备高性能n-i-p结构钙钛矿电池具有重要意义。     

前界面缺陷对钙钛矿太阳电池性能的影响模拟

通过对光伏器件的模拟分析可以进一步提高对器件的认识深度,在实际工艺中利于优化器件制备条件,为高效钙钛矿太阳电池提供新思路.借助SCAPS模拟软件研究钙钛矿电池中钙钛矿吸收层、CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面、TCO/TiO_2界面中缺陷态密度对电池性能的影响,模拟表明CH_3NH_3P I_(3-x)Cl_x中缺陷态密度和缺陷能级位置对器件效率的影响非常大,当缺陷态密度小于10~(16)cm~(-3)时,器件光电转换效率都能保持较高数值,达到16%以上.CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面层中CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x缺陷态密度对器件的FF影响较大,当缺陷态密度小于10~(17)cm~(-3)时器件填充因子都能保持较高的数值,达到78%以上.TiO_2缺陷态密度降低和掺杂浓度提高对器件填充因子和开路电压都有利.TCO/TiO_2界面层中适当增大窗口层掺杂浓度和带隙可以有效改善器件的光伏性能.     

射频功率对MgO掺杂镓锌氧化物薄膜性能的影响（英文）

采用磁控溅射技术制备了MgO掺杂镓锌氧化物薄膜样品,通过X射线衍射(XRD)、电阻率、载流子浓度和Hall迁移率测试分析,研究了射频功率对薄膜样品微观结构和电学特性的影响.实验结果表明,所有样品均为六角纤锌矿结构并具有明显的c轴择优取向生长特点,其微观结构和电学特性与射频功率密切相关.当射频功率为125 W时,所制备薄膜的晶粒尺寸最大为52.1 nm、张应力最小为0.082 GPa、电阻率最低为1.54×10~(-3)Ω·cm、载流子浓度最大为5.26×10~(20)cm~(-3)、Hall迁移率最高为7.41 cm~2·V~(-1)·s~(-1),具有最优的结晶性质和电学性能.     

Sb~(3+)掺杂对Bi_2Ti_2O_7薄膜性能的影响

采用Sol-gel法,以Pt/Ti/SiO_2/Si为衬底在700℃下退火20 min制备了Sb~(3+)摩尔含量分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和0.6的Bi_(2-x)Sb_xTi_2O_7薄膜.通过对薄膜进行XRD、SEM和C-V、J-V曲线测试,详细讨论了不同Sb~(3+)含量对Bi2Ti2O7薄膜在结构、表面形貌、电容和漏电流等方面的影响.研究结果表明:Sb~(3+)的掺杂在没有改变Bi_2Ti_2O_7薄膜焦绿石结构的基础上提高了薄膜的稳定性;Sb~(3+)的掺杂提高了薄膜的电容值,尤其是当Sb~(3+)摩尔含量为0.3时,电容峰值达到3.8×10~(-9)F;同时,Sb~(3+)的掺杂显著改善了薄膜的漏电流性能,使薄膜的漏电流密度可以低至1.1×10~(-10)A/cm~2.     

不同氟源对FTO薄膜结构和性能的影响

采用喷雾热解法制备了氟掺杂的二氧化锡(fluorine-doped tin oxide,FTO)薄膜,氟源分别为NH_4F、SnF_2、CF_3COOH和HF。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对薄膜微观结构和表面形貌进行了表征;用四探针电阻仪、霍尔效应仪和紫外分光光度计对薄膜的光电性能进行了分析。结果表明,不同氟源制备的FTO薄膜均为沿(200)方向择优生长的四方金红石结构,掺杂后薄膜的表面形貌较未掺杂时变化较大,由多角状和棱柱状颗粒相间分布变为完全由类金字塔状颗粒堆积而成。四种氟源中,以SnF_2为氟源制备的FTO薄膜的光电性能优于其它氟源,薄膜的最佳电阻率达5.06×10~(-4)Ωcm,载流子浓度为4.850×10~(20)cm~(-3),光学带隙为4.03 eV。不同氟源对FTO薄膜可见光区透过率影响不大,薄膜的平均透过率均大于83%。不同氟源FTO薄膜的性能差异主要由氟的掺杂量决定的。     

水热法合成染料敏化太阳能电池薄膜电极及其性能

目的研究不同水热反应条件对薄膜太阳能电池性能的影响,使其光电转换效率达到较高水平.方法采用通常的水热合成方法制备纳米Ti O2和掺Zn2+纳米Ti O2,用其组装染料敏化太阳能电池,利用紫外可见光谱测试分析不同薄膜样品对染料的吸附量和吸光特性,利用标准太阳光模拟器和数字源表测定电池的光电转换效率,利用扫描电子显微镜观察薄膜形貌.结果用180℃水热反应12 h合成的纳米Ti O2制作成的电池,所得光电转换效率最高可达到4.00%.用200℃水热反应12 h并且掺杂Zn2+的纳米Ti O2制作成的电池,所得光电转换效率最高可达3.65%.纳米Ti O2薄膜对染料的吸附量最高可达2.51×10-7mol/cm2.结论扫描电镜观察揭示出样品的孔结构丰富,有较小的粒径,说明水热合成法制备的纳米Ti O2薄膜电极具有较大的比表面积.当230℃水热反应12 h时,Ti O2薄膜对染料的吸附量最大.当180℃水热反应12 h时,染料敏化太阳能电池的光电转换效率最大.Zn2+的掺杂并未改善薄膜电极的光电特性.     

石墨烯纳米墙/硅纳米线阵列太阳能电池的制备及其性能

硅纳米线阵列(SiNWA)因其优异的陷光性在石墨烯/硅异质结太阳能电池研究中引起了广泛关注.然而平面结构的石墨烯难以与SiNWA形成包覆结构,严重影响了器件的光伏性能.该文采用等离子体增强化学气相沉积法直接在SiNWA上生长石墨烯纳米墙(GNWs),与SiNWA形成核壳结构,增加了器件的有效结区面积并抑制了硅纳米线表面的载流子复合;研究了生长时间对GNWs的晶体质量、光学和电学性能、形貌的影响.结果表明:所制备的GNWs可形成良好的导电网络并表现出p型掺杂;随着生长时间的延长,GNWs的透光性下降,导电性增强,对SiNWA的包覆性变好;当GNWs生长时间为120 s时,制备的GNWs/SiNWA太阳能电池获得了4.11%的最佳光电转换效率.该研究为制备低成本、高效率的石墨烯/硅太阳能电池提供了一条工艺简单而有效的途径.     

n-Mg_2Si/p-Si异质结太阳电池的模拟及分析

运用AMPS-1D软件对n-Mg_2Si/p-Si异质结太阳电池进行模拟,依次讨论了Mg_2Si层厚度、掺杂浓度和温度对电池性能的影响。结果表明:随着Mg_2Si层厚度的增加,短路电流和转换效率均有较大提高;开路电压也略有升高。随着温度升高,短路电流逐渐升高,转换效率、开路电压及填充因子均不断降低。室温下,Mg_2Si层轻掺杂时的掺杂浓度在5×10~(19)cm~(-3)处,转换效率达到最大值5.518%。而同样条件下Mg_2Si层重掺杂时的转换效率更高,当掺杂浓度达到10~(21)cm~(-3)后,转换效率最大值为11.508%,填充因子最大值为0.868。     

乙醇氛围热退火法制备高性能钙钛矿太阳能电池

采用两步旋涂法制备钙钛矿甲胺碘铅(CH3NH3Pb I3)薄膜,再通过乙醇蒸气氛围热退火的方法处理薄膜.扫描电镜图像、X线衍射谱、紫外可见吸收光谱等表征结果表明,乙醇热氛围退火促进CH3NH3Pb I3晶体的生长,增大晶体尺寸,增强薄膜结晶性.将使用乙醇蒸气热退火方法制备的薄膜组装成太阳能电池,器件短路电流从15.59 m A/cm~2增大到17.17 m A/cm~2,光电转换效率从10.32%提高至11.07%.     

Nd掺杂对ZnO带隙及染料敏化太阳能电池光电性能的影响

利用溶液法制备Nd掺杂ZnO,并通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流密度-光电压曲线研究Nd掺杂对ZnO带隙及染料敏化太阳能电池光电性能的影响.结果表明:Nd原子取代Zn原子掺杂到ZnO晶格中;Nd掺杂使ZnO带隙窄化,导致其UV-Vis谱吸收带边红移,且随着掺杂摩尔分数的增加,红移和窄化程度增大;掺杂Nd可提高电池的光电流及光电转换效率,当掺杂Nd的摩尔分数分别为0.5%,1.0%,1.5%时,其光电流密度分别为9.51,13.01,10.79mA/cm2,光电转换效率分别为2.28%,2.84%,2.48%.     

镓掺杂碳纳米管场发射性能的研究

采用催化热解方法制备出镓掺杂碳纳米管,并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜.扫描电子显微镜观察表明,纳米管直径在20~50 nm之间.对此薄膜进行低场致电子发射测试表明,其场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管.当外加电场为1.1 V/μm,发射电流密度为50μA/cm2;当外电场增加到2.6 V/μm时,发射电子密度达到5 000μA/cm2.对其场发射机理进行探讨.     

Cu2ZnSnS4/Zn(O，S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真

采用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10~(17)cm~(-3)时,电池的转换效率可达14.90%,温度系数为-0.021%K~(-1).仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳电池提供了一定的指导.     

退火对大面积CdTe多晶薄膜薄膜的影响

对近空间升华法制备的大面积(30×40 cm~2)CdTe多晶薄膜用不同方法进行退火处理,用XRD、C～V、I～V等研究了退火条件,退火方式对薄膜结构和器件性能的影响.结果表明:刚沉积的CdTe多晶薄膜呈立方相,沿着(111)方向择优取,向而退火后(111)(220)(311)等峰都有不同程度的增加.在纯氧气氛下,400℃退火还出现了新峰.随着退火温度的增加,电导激活能降低.经过连续退火装置在400℃下退火30分钟的电池,1/C~2和V成线性关系,具有较高的掺杂浓度、较理想的二极管因子和较高的转换效率.     

低压CVD掺硼硅材料的特性研究

本文报道了在不同条件下,利用低压化学气相淀积(LPCVD)方法制备掺硼硅薄膜的实验结果。实验发现:(1)反应气体流量是影响掺硼硅薄膜电学特性的一个重要因素,有一最佳流量点存在。(2)硼掺杂硅薄膜的直流电导率与生长温度密切相关。X射线衍射和扫描电镜实验表明:在635℃左右生长的样品可能存在非晶和微晶的混合相,样品的室温直流电导率(σ_d)达10~2Ω~(-1)·cm~(-1)。     

厚度和掺杂对蛋托型石墨烯光电性质影响模拟研究

石墨烯因其独特的结构特点和优异的性能受到了人们的广泛关注.在合成与应用石墨烯的过程中，本征缺陷和杂原子的引入也会显著改变石墨烯的结构和性质，并且打开石墨烯的带隙，从而能够使其更好地应用于电子设备领域.通过构建一系列不同厚度的蛋托型石墨烯并对其进行掺杂，探究厚度和杂原子对其光电性质的影响.密度泛函理论计算结果表明，厚度和掺杂都可以实现蛋托型石墨烯导电性的调控，其中氮掺杂可以显著提高材料导电性，实现半导体到金属性的转变.同时，氮掺杂和硼掺杂会分别引起蛋托型石墨烯光吸收峰的蓝移和红移，实现光学检测.     

氧化石墨烯复合薄膜对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

为了提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率,在太阳能电池的电子传输层(Ti O2)和光吸收层(CH3NH3Pb I3)间掺入一层氧化石墨烯(GO)薄膜.通过扫描电子显微镜、X线衍射和紫外-可见分光光度计对钙钛矿太阳能电池的形貌和元素进行表征,利用介电-频谱测试仪和太阳能电池I-V测试仪分别对钙钛矿太阳能电池的介电性能和光电性能进行分析.实验结果表明:对比掺杂GO前后钙钛矿太阳能电池的光电性能,样品对紫外-可见光的吸收明显提升,介电损耗减小,模拟太阳光光照下光电流密度明显提高,达到15.15m A/cm2,开路电压达到0.537 V.实验表明掺入GO后,钙钛矿太阳能电池的光电性能显著提高.     

ZnTe:Ga/Si绿光光电探测器

文章以Ga/Ga_2O_3为掺杂源,通过化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)实现了ZnTe:Ga纳米线的合成,利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)仪、透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等表征其形貌、结构与成分,并构建了基于其的底栅场效应器件。实验结果表明,产物纳米线具有较为明显的p型半导体特性,电导率为2.55S/cm,空穴迁移率为1.33cm~2/(V·s)。经过光刻与刻蚀工艺制备了p-ZnTe:Ga与n-Si构成的p-n异质结,测试发现制备的p-n异质结具有明显的整流特性,正向开启电压约为1.2V,在±2V时整流比约为500,在-2V偏压时,器件在光的照射下光电流显著增加,响应度R为6.51×10~3 A/W,比探测率为1.41×10~(13) cm·Hz~(1/2)/W。最后,探讨了基于光电探测器异质结的工作机制,发现ZnTe:Ga纳米线在光电探测领域具有很大的应用潜力。     

磷化铟的深能级缺陷

磷化铟和与它有关的三元四元合金是目前认为作光电及微波器件比较有前途的材料.上述一些器件的制备工艺虽尚未成熟,但已发现材料的质量与光电及微波器件的性能有很大的影响,因此研究磷化铟体单晶的性质很重要.本文用深能级瞬态谱仪来研究磷化铟的深能级缺陷的性质.采用化学处理方法可以较方便地制备Au-InP的肖脱基势垒二极管,电学特性和稳定性较好,适合于深能级瞬态谱的测量.在测量时发现磷化铟体单晶中有可能存在缺陷团,除此之外还可以测量到浓度较低的另外两个深能级缺陷,它们的能级参数分别为(E_c-0.15eV,σ_n~A=1.2×10~(-18)cm~2)及(E_c-0.40eV,σ_∞~B=1.8×10~(-14)cm~2).