二维材料异质结的可控制备及应用

二维材料异质结是由石墨烯、六方氮化硼、过渡金属二硫族化合物、黑磷等二维材料通过面内拼接或层间堆叠形成的,并由此可分为二维材料面内异质结和垂直异质结.二维材料面内异质结可以实现区域内载流子的特殊传输行为;而垂直异质结中的层间量子耦合效应能够导致新颖的物理特性,通过调节异质结构界面可调制器件的电学及光学性能.目前,随着电子器件、光电器件等对集成性、功能性的要求不断提高,二维材料异质结越来越多地受到研究者的关注,实现二维材料异质结结构(包括界面)的有效调控是构筑高性能、高集成器件的前提.本文主要对比各类二维材料异质结的制备方法,介绍主流的几类二维材料异质结基电子器件和光电器件的结构、工作原理和性能,展望有前景的新型制备方法,并指出二维材料异质结在实际应用中面临的挑战.     

基于超级电容的混合储能器件研究现状及展望

基于超级电容的混合储能器件(HESDs)是一种结合了两种储能形式——传统双电层电容与赝电容相结合,或者超级电容器和二次电池相结合——的新型储能器件,主要包括非对称超级电容器(ASCs)和电池电容器(BSCs)两大类。相比而言,混合储能器件不仅具有传统超级电容器的高功率密度、优良的长循环稳定性和安全性的特点,而且具有可与二次电池相媲美的能量密度,在未来能量储存应用领域中有望成为多功能电子设备、电动/混动车辆等的理想的终级动力源。针对不同种类超级电容器的电极材料储能行为及其相互联系、电解液的发展、电极材料合成与研究现状、全电池的构筑及其性能等方面进行了详细、系统的综述,并对混合储能器件未来的发展前景和趋势以及所面临的挑战进行了展望。     

高效率太阳能薄膜电池

美国科学家研制的一种薄膜光伏电池,在模拟太空环境下工作时几乎把四分之一的太阳能转换成电能.虽然有一些其它类型的太阳电池通过把阳光聚集后入射提高了转换效率,但是这种电池的效率记录是它工作在太阳光的一般光强下产生的.光伏电池把太阳能直接转变成电能.发明这种电池是马萨诸塞州Kopin公司的罗纳德·盖尔和波音航空宇航电子设备公司联合研制,它是由两层很薄的不同材料的半导体组成.     

GaAs异质结构材料的电化学研究

一、引言目前正在发展的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件如FET,激光器和太阳电池等用的材料均要求多层、异质和p-n结等结构,而常用的C-V法和Hall法不能同时测定这类材料的载流子浓度,厚度和p-n结位置.在这方面电化学法已取得一定的成功.但异质结材料的载流子浓度分布和p-n结位置等测试尚未见报道.本文以太阳电池材料为典型例子,研究了它的电化     

选择性外延生长大尺寸二硫化钨/二硫化钼横向和垂直异质结

过渡金属硫化物因其优异的电学、光学性能和良好的机械柔韧性引起了人们的广泛关注[1].但是,单一的材料由于能带和导电性等物理性质的局限性,不能满足更多的器件需求[2,3].因此,二维过渡金属硫化物异质结的制备显得尤为重要.目前制备二维异质结主要有两种方法,一种是机械转移法,直接将两种材料通过机械剥离和转移的方式堆叠在一起...     

钙钛矿太阳能电池的内建电场调控策略研究进展

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)作为一种高效率、低成本的光伏器件引起了国内外学者的广泛关注.电池内部的载流子分离和传输是器件工作的核心过程,直接关系到器件的光电转化效率.异质结形成的内建电场主导着载流子的行为,其强度大小决定器件中电子和空穴的分离效率,所以对内建电场的调控和优化可以从根本上提升电池的性能.本文首先对钙钛矿太阳能电池中的内建电场以及载流子分离机制进行介绍,然后对目前常见的钙钛矿太阳能电池内建电场的调控策略及其对器件性能的影响进行总结,主要包括通过掺杂、构建三维/二维钙钛矿异质结、构建偶极层等调控钙钛矿太阳能电池的内建电场.最后,对钙钛矿太阳能电池的内建电场调控技术进行评价,并对未来该领域的发展进行展望.     

染料敏化太阳电池中非碘电解质研究进展

染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,DSC)是蓬勃发展的一种新型光电转换技术,其显著特点是透明和颜色可调.电解质是影响DSC电池光伏特性关键性因素之一.氧化还原电解质正逐渐成为敏化太阳电池、甚至光电化学领域中的研究重点.本文对DSC电池中非碘电解质体系的研究进展,重点针对氧化还原电对分子的电荷性质、溶剂化作用、对电极等对器件性能的影响规律,深入讨论有机氧化还原电对体系在这些领域中的应用.由于有机氧化还原电对体系具有可控性和可变性的优势,相信通过结合新型染料敏化剂和对电极,会在光伏新能源领域中展现出美好的应用前景.     

面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展*

以晶体硅为代表的第一代太阳电池和以非晶硅薄膜为代表的第二代薄膜太阳电池目前是光伏市场主流。第三代纳米结构太阳电池研发目标是在维持现有第二代薄膜电池沉积技术的经济性和环保性基础上显著提高电池性能及稳定性,进一步降低太阳电池的价格至每瓦0.5美元,甚至0.2美元及更低。笔者将简要综述近年来国际上面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展,内容集中在纳米硅薄膜叠层太阳电池、硅纳米线（包括轴向、径向和单根）太阳电池和基于多重激子效应的纳米硅热载流子太阳电池等三个方面。     

非晶态硅太阳电池

太阳电池是一种直接将太阳光的能量转换成电能的器件。这种方式发电称为太阳光发电。现在市售的太阳电池使用的基板和集成电路及大规模集成电路一样均采用高纯单晶硅。因此价格很贵。这样,提高发电效率,同时开发价格便宜的新材料就成为重要的课题。非晶态硅、带状硅和多晶硅三种材料日益兴起,成为单晶硅锭的有力的取代品。在这些材料中可大幅度降价的、世界各国正在开发的是非晶态硅。这里,所谓非晶态意味着“非结晶状态”(典型的例子如玻璃)。这种非晶态硅具有如下特征:①光的吸收系数大,在薄膜中能获得产     

磷、硼掺杂a-Si_(1-x)C_x:H薄膜的高温ESR特性

一、引言 氢化的非晶态硅-碳(a-Si_(1-x)C_x:H)膜,是一种十分重要的非晶态半导体光电材料。由于它具有宽的且可变的带隙,用它作Pin型非晶硅太阳电池的窗口材料,大大地改善了电池P-层的透光性,使电池的光-电转换效率得到了很大的提高,因而已受到人们极大的关注。过去虽有不少作者研究过有关a-Si_(1-x)C_x:H膜的物理特性,但系统地研究从掺硼到掺磷的样品,特     

石墨烯的叔丁基对苯二酚修饰及其增强的电容行为

超级电容器是近年来出现的一种新型储能器件,它与目前广泛使用的各种储能器件相比,其电荷存储能力远高于物理电容器,充放电速度和效率又优于二次电池.此外,超级电容器还具有对环境无污染、循环寿命长、     

Li掺杂p型ZnSe的分子束外延生长

宽带隙的Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物ZnSe,室温带隙为2.7eV,是研制高效蓝色发光器件最有潜在用途的材料。要用ZnSe材料制作高质量的结型器件,关键在于外延薄膜时有意掺入一定量的杂质,使这种材料具有人为控制的导电类型。宽带Ⅱ-Ⅵ族化合物都是离子性很强的单极性材料,通常情况下,ZnSe材料只呈现n型,这种性质是由其自补偿效     

纸基和类纸基柔性薄膜器件研究进展

近年来,柔性薄膜器件得到了蓬勃的发展,尤其是纸基或类纸基的器件由于具有低成本、柔性、多孔性、自发的液体驱动性等独特的优势,在生物、化学、物理、材料等领域都已得到了广泛的应用.得益于纸基和类纸基(柔性基质材料和光子晶体纸)等膜材料的快速发展,许多多功能、高集成的膜基器件得以问世,使得传统纸张与其他薄膜材料之间的严格界限也逐渐变得模糊.传统纸张可以被认为是一种柔性的薄膜材料,而具有适当柔性或多孔结构的薄膜材料也可以被定义为"纸".纸基和类纸基材料可以驱动液体和调控电子,制作出来的柔性薄膜器件可以用于生化分析器件和复杂的微电子器件.本文较为全面地对传统纸张以及其他柔性薄膜材料所制作的柔性薄膜器件的历史发展和最新进展进行了总结,包括纸基和类纸基柔性膜的制备方法、对微流体和电子的操控和基于这些操控所衍生出来的多元化应用.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

超级电容器电极材料研究新进展

随着社会经济的发展,人们对绿色能源和生态环境越来越关注.超级电容器作为一种新型储能器件,日益受到重视.与目前广泛使用的各种储能器件相比,超级电容器电荷存储能力远高于物理电容器,充放电速度和效率又优于一次或二次电池.此外,超级电容器还具有对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点.超级电容器与氢动力汽车、混合动力汽车和电动汽车的发展密切相关,与燃料电池、锂离子电池等能量供给器件相结合,能够满足启动、爬坡等条件下的瞬时高功率需求.     

1.0eV GaAs基InAs量子点太阳能电池

三结InGaP/GaAs/Ge太阳能电池理论设计中加入带隙为1.0 eV的材料代替带隙为1.4 eV的GaAs中间电池有助于解决多结串联电池的电流阻塞效应实现电流匹配,然而带隙为1.0 eV的InGaAs和GaInNAs外延困难.我们利用分子束外延方法外延得到In0.15Ga0.85As量子阱,InAsdots-in-well量子点以调整太阳能电池带隙.X射线衍射谱中观察到了量子阱的多级卫星衍射峰,量子阱界面陡峭.扫描透射图显示量子点呈金字塔状,量子点的高度约为12 nm,底边长约为27 nm.由原子力显微镜图可知,量子点密度约为2×10~(10) cm~(-2).低温光致发光谱显示量子点在As4束流下呈双模分布.光电流响应谱显示InAsdots-in-well量子点太阳能电池吸收波长可以达到1300 nm,相应于带隙约为1.0 eV.器件J-V特性显示短路电流相比于GaA s标准p-i-n电池增加了37.8%.这表明该InAsdots-in-well量子点太阳能电池有望改善多结太阳能电池的设计中的电流阻塞效应,实现电流匹配,在多结太阳能电池的设计中具有广阔的应用前景.     

高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用展望

全固态锂离子电池是以固态电解质取代液体电解质的锂离子电池、它有望从根本上解决电池的安全性问题,如能实现其大容量化和长寿命,将在电动汽车和规模化储能领域具有非常广阔的应用前景.由于固态电解质比液态电解质有更宽的工作电位窗口,因此可以在全固态电池中使用具有较高电压平台的正极材料,通过提升电池的工作电压以获得高能量密度,从而实现大容量化.锂离子电池正极材料尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料都具有较高的电压平台,是全固态锂离子电池可选用的理想正极材料.本文介绍了尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料的结构和性能特点,重点阐述了与改善材料的电导率和界面性质相关的的研究,改善其作为全固态锂离子电池正极材料与固态电解质的匹配性能,从而全面提升全固态电池的性能.总结了3种材料在全固态锂离子电池中应用存在的问题,提出未来的技术攻关方向,并对其在全固态电池中的应用前景进行了展望.     

一种新的二次利用光的染料敏化太阳电池改进结构

介绍了一种新的可二次利用太阳光的染料敏化纳米晶太阳电池改进结构. 典型的三明治式染料敏化太阳电池由透明导电玻璃为衬底的光阳极、电解液和镀铂透明导电玻璃的对电极构成, 本文对此结构进行了改进. 将对电极的背面附上一层银反光膜, 从而将透过光阳极没有充分利用的光通过银反光膜再次反射回光阳极, 以达到二次利用光的目的. 以水热法制备的两种不同膜厚的太阳电池经太阳模拟器测试, 加反光膜二次利用光后, 短路电流密度和光电转换效率都有明显提高.     

工业化晶体硅太阳电池技术

近十余年来,晶体硅太阳电池产业得到了蓬勃的发展,其制造技术也在不断进步。作者简要回顾了太阳电池的发展历史;描述了太阳电池的工作原理及工业化生产的工艺步骤;重点介绍了当前工业化生产中提高电池效率的几个主要方法,包括优化硅片性能、高方阻、先进的金属化、以及选择性扩散等;最后强调了技术进步对规模化生产带来的影响。     

空间太阳能电源

引言第一个空间太阳电池载于1958年发射的Vangtuard I,体装式结构,单晶Si衬底,效率约10%(28℃)。到了1970年代,人们改善了电池结构,采用BSF、光刻技术及更好减反射膜等技术,使电池的效率增加到14%。在70年代和80年代,地面太阳电池大约每5.5年全球产量翻番;而空间太阳电池在空间