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.     

预制层结构对CZTS薄膜微观组织和光学性能的影响

研究了叠层顺序对磁控溅射沉积铜锌锡硫（CZTS）吸收层的微观结构、表面形貌和光学性能的影响.试验结果表明：当预制层结构为Cu/ZnS/SnS₂时,制备的CZTS薄膜在（112）晶面具有择优生长取向,并具有较好的结晶一致性,在288,335和368 cm^-1处呈现出特征拉曼（Raman）峰,薄膜表面晶粒较大、形状规则、薄膜空隙较少、比较致密,可见光范围内的吸收系数较高,光学带隙1.5 eV,适合作为CZTS薄膜太阳能电池的吸收层;当预制层结构为SnS₂/Cu/ZnS和ZnS/SnS₂/Cu时,由于在预制层硫化过程中造成一定的Zn和Sn流失,使CZTS薄膜中含有CuS杂相,导致薄膜表面质量下降,禁带宽度增加,不适合做CZTS薄膜太阳能电池的吸收层.     

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.     

(C4H5N)n(H2O)m团簇的多光子电离与从头计算

在355nm波长下用激光电离反射式飞行时间质谱装置研究了氢键团簇吡咯/水(C₄H₅N)_n(H₂O)_m的多光子电离,增加分子束混合气体源中吡咯相对浓度,可以观测到较大尺寸的二元团簇离子,非质子化团簇离子(C₄H₅N)_n(H₂O)_m+,质子化团簇离子(C₄H₅N)_n(H₂O)_mH+和脱氢团簇离子(C₄H₄N)_n(C₄H₅N)_n(H₂O)_m+.用从头计算方法得到它们的结构.提出了团簇离子形成的机理可能是团簇电离后发生了解离.     

Pu(H2O)53+和Pu(H2O)54+ 团簇的相对论密度泛函研究

用TPSSTPSS密度泛函方法, Pu离子和H₂O分子分别采用相对论有效原子实势(RECP)和6-31g基组, 研究了Pu(H₂O)₅³⁺和Pu(H₂O)₅⁴⁺ 团簇溶剂化和非溶剂化效应中的几何结构及紫外可见吸收光谱. 计算结果表明: 水溶剂环境对Pu(H₂O)₅³⁺及Pu(H₂O)₅⁴⁺ 团簇的几何结构影响都比较明显. NBO电荷分析表明水分子与钚离子之间没有直接的电荷转移. 所研究团簇的未配对电子都占据5f轨道. 在气相及水溶剂环境下, 所研究团簇的紫外可见吸收光谱存在较大差距. 主要的吸收峰大都源于f电子之间的跃迁.     

薄膜厚度对玻璃纤维表面SnO2薄膜透光导电性能的影响

 以SnCl₄·5H₂O为原料,乙醇为溶剂,配制SnO₂溶胶,并采用溶胶-凝胶法在玻璃纤维表面生成一层均匀的涂膜,通过控制反应物初始浓度和玻璃纤维提拉次数在玻璃纤维表面制备具有不同厚度的SnO₂薄膜.研究了薄膜厚度对薄膜的物相结构、透光率和电阻率的影响及原因.结果表明:随着薄膜厚度的增加,薄膜的晶化程度提高,晶粒尺寸增大,导电性能提高,而透光率呈现逐渐减小的趋势.当薄膜厚度为557 nm时,薄膜的电阻率最小,为0.16 Ω·m.薄膜厚度在56~340 nm之间时,薄膜的透光率在76%以上,而当薄膜厚度继续增加时,透光率下降到低于62%.     

溶胶-凝胶后硫化法制备铜锌锡硫薄膜太阳电池

在560℃的硫气氛中退火处理溶胶-凝胶法制备的薄膜前躯体,制备太阳电池光吸收层铜锌锡硫(CZTS)薄膜。采用X线能量色散谱、扫描电镜、X线衍射、拉曼光谱和紫外-可见-近红外分光光度计等对薄膜进行表征。研究结果表明:制备的CZTS薄膜为贫铜富锌成分,呈现锌黄锡矿结构;薄膜禁带宽度约为1.50 e V,在可见光区域内光吸收系数达到104 cm-1;制作的结构为Ag/Zn O:Al/i-Zn O/Cd S/CZTS/Mo/SLG的薄膜太阳电池器件的电池开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转换效率分别为658 m V,16.75 m A/cm2,0.47和5.18%,表明溶胶-凝胶法有望成为制备廉价高效的CZTS薄膜太阳电池的有效途径。     

BaCoO3基透氧材料的B位掺杂优化

采用传统的固相合成法制备BaCo_0.9-xFe_xNb_0.1O3-δ(BC0.9-xFxN0.1O, x=0.1,0.2,0.3,0.4)和BaCo_1-yNb_yO_3-δ(BC_1-yN_yO,y=0.10,0.12,0.14,0.16)混合导体透氧膜材料,较系统地研究Fe和Nb掺杂量对BC_0.9-xF_xN_0.1O和BC_1-yN_yO的晶体结构、晶粒大小、结构稳定性以及透氧率的影响.结果表明：Fe和Nb掺杂有助于提高BaCoO₃基钙钛矿材料的结构稳定性,但会降低材料的透氧能力;与Fe相比,Nb掺杂能够更有效地提高材料的高温化学稳定性,并细化晶粒;厚度为1 mm的BaCo_0.88Nb_0.12O_3-δ膜片在850 ℃和Air/He（110 mL·min^-1/80 mL·min^-1）的吹扫条件下,透氧率为2.02 mL·cm-²·min^-1.     

高密度TeO2-Gd2O3-WO3闪烁玻璃颜色调控的研究

采用传统高温熔融法制备了不同玻璃组成的碲钆钨酸盐玻璃（TeO₂-Gd2O₃-WO₃），通过紫外—可见分光光度计研究了碲钆钨酸盐玻璃在分别固定Gd₂O₃浓度为10 mol%（xTeO₂-10Gd₂O₃-(90-x)WO₃）和20 mol%（yTeO₂-20Gd₂O₃-(80-x)WO₃）时，玻璃光学透过性随WO₃浓度和熔制温度的依赖关系，并借助光碱度理论进行了解释。结果表明，xTeO₂-10Gd₂O₃-(90-x)WO₃玻璃随着玻璃中WO₃浓度由0 mol%增加到60 mol%，碲钆钨酸盐玻璃的颜色由浅黄（低于20 mol%）逐渐变为深棕色（40 ~ 60 mol%）。另一方面，yTeO₂-20Gd₂O₃-(80-y)WO₃（y=40）玻璃随着玻璃熔制温度从1000 ℃升高到1200 ℃，碲钆钨酸盐玻璃的颜色从浅黄（低于1050 ℃），变为深棕色（1100 ℃）甚至黑色（1200 ℃）。这种颜色变化是由于随WO₃浓度升高，玻璃的光碱度单调增加，导致玻璃截止吸收边红移及玻璃光学透过率降低的共同作用效果。     

Pb（In1/2Nb1/2）O3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3弛豫铁电薄膜厚度尺寸效应研究

新一代弛豫铁电薄膜Pb（In_1/2Nb_1/2）O₃-Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃-PbTiO₃（PIMNT）因兼具优异的电学性能与高的相变温度,在国内外获得广泛关注.为了探究不同薄膜厚度对PIMNT薄膜的结构及电学性能的影响,通过溶胶凝胶法制备了150 nm~1 μm不同厚度的PIMNT薄膜,对其形貌结构以及电学性能进行了对比研究,在此基础上进一步研究了极化对其电学性能的影响.实验结果表明：随着厚度的增加,薄膜介电常数先增加后略有降低,剩余极化强度先增大后减小,矫顽场逐渐增大；在极化电压为18 V、极化温度和时间分别为100℃和5 min时,1 μm厚度PIMNT薄膜的介电常数和损耗在100 Hz下分别为1 009和0.022,室温下的热释电系数达6.85×10^-4 C·m^-2·K^-1,是目前主流的锆钛酸铅（PZT）薄膜的3倍左右.     

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_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.     

基于Zn_2SnO_4纳米线固态染料敏化太阳能电池光生电荷分离与光电性质研究

采用水热法在不锈钢滤网上制备出Zn2SnO4纳米线.首次通过制备Zn2SnO4纳米线/CBS异质结构来提高复合体系的光生电荷分离效率;逐步改变CBS厚度系统研究了Zn2SnO4纳米线/CBS染料敏化太阳能电池的光电转换效率.结果表明Cu4Bi4S9为1.0μm时,Zn2SnO4纳米线/Cu4Bi4S9异质结具有最强稳态和电场诱导表面光伏效应,对应染料敏化电池最高光电转换效率为4.12%.从光吸收、薄膜厚度、内建电场和能级匹配等几个方面,讨论了异质结和固态染料敏化电池中光生电荷分离的影响因素以及光生电荷传输机制.     

Sb2S3:P3HT共混物改善TiO2纳米棒阵列钙钛矿太阳电池的性能

为解决钙钛矿太阳电池中MAPbI₃的不稳定性问题,提高电池性能,对以TiO₂纳米棒阵列作为电子传输层、Sb₂S₃:P3HT共混物作为钙钛矿MAPbI₃修饰层的太阳电池进行了研究。首先,以SbCl₃作为锑源,Na₂S₂O₃作为硫源,采用溶剂热法制备合适尺寸的Sb₂S₃纳米球;其次,通过超声分散法将Sb₂S₃与P3HT在氯苯溶液中共混得到Sb₂S₃:P3HT共混物,将其旋涂于沉积了MAPbI₃薄膜的TiO₂纳米棒阵列上,形成FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT复合膜,制备成TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT太阳电池;最后,采用SEM,XRD,J-V曲线和紫外可见吸收光谱等方法进行表征和测试。结果表明,制备的结构为FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳电池,能量转换效率（PCE）最高达到了14.73％,与未采用Sb₂S₃:[JP]P3HT共混物修饰的TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池相比,能量转换效率得到了明显提升。因此,Sb₂S₃:P3HT共混物能避免出现钙钛矿MAPbI₃被氧化的不稳定性问题,可有效提高TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池的性能。     

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.     

低电子亲和势的场助热电子发射阴极

具有金属 /绝缘层 /半导体 /金属结构的场助热电子发射阴极是大屏幕显示器中的主要候选部件。电子发射受到各层薄膜的厚度、材料组分和结晶状态等的严重影响。由Au/Ag双层薄膜构成的上电极使得电子亲和势降低0 .5 e V,发射电流提高了数倍。半导体材料 Zn1 - x Mgx O具有低的电子亲和势以及适合电子注入的带隙宽度 ,并且已经较为容易地用溅射方法制备。上电极和半导体层之间的晶格匹配可以降低电子在界面上的散射 ,对提高发射电流是很重要的 ,这已经在 Zn1 - x Mgx O/Au和 L i F/Au界面上实现。在绝缘层和半导体层之间引入界面态控制层可以大大降低驱动电压 ,对采用宽带隙半导体层的阴极尤其具有实用价值     

S_2O_8~(2-)/CaO·Fe_2O_3光催化降解罗丹明B的研究

采用共沉淀法合成新型催化剂S2O28-/CaO.Fe2O3粉体。用红外光谱对其结构进行表征,并考察了助催化剂H2O2的用量、催化剂的投加量以及不同光源对罗丹明B溶液催化降解的影响。实验结果表明,所研制的S2O28-/CaO.Fe2O3粉体为固体超强酸,粒径处于纳米数量级,且其在紫外光区556 nm处有个紫外特征峰。在浸渍液(NH4)2S2O8浓度为0.5 mol/L、S2O28-/CaO.Fe2O3投加量为0.03g/25 mL、H2O2用量为1.00 mL/25 mL下,对浓度为0.6 g/L的罗丹明B溶液在自然光下静置1 h,其降解率可达99.2%。同时还初步探讨了催化降解过程中物理现象与化学性质分析、酸中心的形成机理及催化剂失活的可能原因。     

Zn_(1-x)Co_xO的结构与光吸收对比研究

采用共沉淀法制备草酸盐前躯体,前躯体低温分解制备系列Zn1-xCoxO样品.利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱以及吸收光谱对样品的结构、表面形貌、Co离子所处的价态以及光学性能进行了表征和测试.研究结果表明:所有样品都呈无规则颗粒状,样品平均粒径随Co掺杂量的增加而变小;Co离子处于+2价态,在取代Zn位;样品的结构与光学特性存在一定联系,掺Co后晶粒尺寸明显的减少与Urbach能明显的增加有关,随Co含量x的增加晶格参数增大、Co2+的d-d吸收强度增加而带隙变窄,当Co的含量x>0.03时晶胞参数转而变小、d-d吸收强度增加缓慢.通过结构与吸收的比较分析,认为掺Co样品的晶格相对于纯的ZnO膨胀可能是由于Co2+的等电子杂质效应引起晶格扭曲使晶体的无序度及缺陷密度增大造成的,x>0.03时一部分Co2+离开其四配体位产生聚集可能是造成晶胞参数下跌、d-d吸收强度变化缓慢的原因.     

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.