新型二维材料APO(A=Hf,Zr)光电性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了二维(2D)APO(A=Hf, Zr)材料的结构稳定性、电子结构和光学性质。形成能、分子动力学模拟、声子色散关系和玻恩-黄力学稳定性判据均表明二维APO具有良好的结构、热力学和动力学稳定性。考虑自旋轨道耦合(SOC)效应,采用HSE06杂化泛函修正带隙的电子结构计算表明,二维APO材料为直接带隙半导体。二维HfPO沿X→Г方向有最小的电子有效质量(0.25 m₀),二维ZrPO沿X→S方向具有最大的空穴迁移率(299.17 cm²·V^-1·s^-1)。二维APO在可见光范围内具有非常优异的光吸收性能,其光吸收系数高达10⁵ cm^-1,并且不存在偶极禁阻跃迁。研究表明,二维ZrPO具有出色的光学性质,其载流子迁移率和光吸收系数均较高,是潜在的光探测器和光电存储器的材料,研究结果也可为二维APO材料的性质研究提供理论指导。     

二维过渡金属硫族化物MX2-MX-MX2(M=V,Cr,Mn,Fe;X=S,Se,Te)的计算研究

采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算,研究了二维过渡金属硫族化合物MX₂-MX-MX₂(M=V,Cr,Mn,Fe;X=S,Se,Te)材料的晶体结构、稳定性、电子结构和磁性质,并对这些材料的磁耦合机制进行了分析.计算结果表明,这些化合物的形成能均为负值,说明这些化合物有可能被实验合成.其中,MnS₂-MnS-MnS₂和MnSe₂-MnSe-MnSe₂呈现出铁磁半金属性质,而CrS₂-CrS-CrS₂在外加应力下能够转变成铁磁半金属.     

有机-无机复合钙钛矿单晶材料的研究进展

由于具有可调谐的光学带隙、较高的载流子迁移率、高外量子效率、较长的载流子寿命和载流子扩散长度等优点,新型有机-无机复合钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器、LED等光电领域展现出潜在的应用优势。自2009年第一块钙钛矿太阳能电池获得了3.8%的光电转换效率以来,钙钛矿材料成为世界范围内研究的热点。根据近年来钙钛矿材料的发展历程,概述了钙钛矿单晶材料从含Pb到无Pb(包含Sn-基、Ge-基无铅钙钛矿材料、类钙钛矿材料以及双钙钛矿材料)的发展历程和主要应用领域。     

溶液法制备硒硫化锑太阳能电池最新研究进展（英文）

硒硫化锑[Sb₂(S,Se)₃]具有良好的光电性能,例如强的吸收系数、可在1.1～1.7 eV范围内调节的光学带隙.在实际应用方面,该化合物材料环境友好、所含元素地壳储量丰富、对水和氧气性质稳定.最近的研究成果已将Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的光电转换效率突破10%,表明Sb₂(S,Se)₃具有重要的研究价值和潜在的应用前景.本文首先介绍Sb₂(S,Se)₃的基本性质,包括化学结构、晶体结构以及光电性质等.随后,重点介绍近三年来溶液法制备Sb₂(S,Se)₃太阳能电池的重要进展.最后,我们提出Sb₂(S,Se)₃太阳能电池效率提升的可能策略.     

高效蓝光无铅钙钛矿Cs3Cu2I5的缺陷性能研究

目的 研究高效蓝光无铅钙钛矿Cs₃Cu₂I₅的光电性质和缺陷特性。方法 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法进行研究。结果与结论 Cs₃Cu₂I₅的低对称性破坏了跃迁禁阻从而实现了跃迁的过程,这是因为Cs₃Cu₂I₅具有较大的跃迁矩阵和较高的跃迁几率,从而增加了辐射复合的几率。Cs₃Cu₂I₅良好的缺陷容忍度拓宽了其热弛豫和辐射复合的途径,从而实现了高效的蓝致发光效应。     

CaX (X=S, Se, Te)带隙的GW近似修正

采用基于第一性原理下的局域密度近似(LDA)方法对岩石矿物结构Ca硫族化合物CaX (X=S, Se, Te)的晶格常数和电子结构进行了研究. 研究结果表明, 使用LDA方法得到的晶格常数与实验值符合得很好, 但带隙值却远低于实验值. 为了获得可靠的带隙值, 使用了GW(G格林函数, W库伦屏蔽相互作用)近似方法对Ca硫族化合物的带隙进行修正. 利用GW近似方法计算CaS 和CaSe的带隙值比利用LDA计算的带隙值高, 并且与实验值相吻合. 同时也预测了CaTe的带隙值, 尽管没有实验值作为参考, 但GW近似计算的结果应该是合适的值.     

多孔框架结构封装提高CsPbX3(X=Cl,Br,I)纳米晶稳定性的研究进展

全无机钙钛矿CsPbX₃(X=Cl, Br, I)纳米晶作为新一代光电半导体材料,具有荧光量子产率高、发射谱线窄、色纯度和缺陷容忍度高以及带宽和荧光发射连续可调等一系列优势,已被广泛应用于光电子器件领域。但是当钙钛矿材料暴露于光照、热和极性溶剂环境中时,极易发生分解、结构破坏和聚集,导致荧光性能迅速下降,严重阻碍了其商业化应用进程。基于此,大量科研工作者致力于提高全无机钙钛矿纳米晶稳定性的相关研究,并取得了颇有成效的成果。主要从钙钛矿纳米晶的结构入手,系统分析了其不稳定的根本原因,在此基础上,总结了多孔框架结构封装策略提高CsPbX₃纳米晶稳定性的最新研究进展,并对其未来的重点发展方向进行了展望。     

CaX(X=S,Se, Te)带隙的GW近似修正（英文）

采用基于第一性原理下的局域密度近似(LDA)方法对岩石矿物结构Ca硫族化合物CaX(X=S, Se, Te)的晶格常数和电子结构进行了研究.研究结果表明,使用LDA方法得到的晶格常数与实验值符合得很好,但带隙值却远低于实验值.为了获得可靠的带隙值,使用了GW(G格林函数, W库伦屏蔽相互作用)近似方法对Ca硫族化合物的带隙进行修正.利用GW近似方法计算CaS和CaSe的带隙值比利用LDA计算的带隙值高,并且与实验值相吻合.同时也预测了CaTe的带隙值,尽管没有实验值作为参考,但GW近似计算的结果应该是合适的值.     

纯相SnO2纳米晶薄膜的一步电沉积制备及其结构与光电性能研究

采用一步电沉积在氧化铟锡（ITO）导电玻璃基底上制备纯相SnO₂纳米晶薄膜材料,通过改变沉积条件,研究沉积电位、镀液温度和HNO₃浓度对薄膜组成结构的影响。结果表明：当沉积电位为-0.9 V（vs.SCE）,镀液温度为65℃,HNO₃浓度为50 mmol/L时,所制备的SnO₂纳米晶薄膜为纯相金红石型结构,且薄膜相对连续致密。光电性能测试表明,该薄膜具有优异的光电性能,在可见光区透光率大于90%,带隙为3.75 eV,且电阻率为2.2×10^-3 Ω·cm,载流子浓度为1.9×10²⁰ cm^-3,载流子迁移率为14.8 cm²/（V·s）。故所制备的SnO₂纳米晶薄膜是太阳能电池的理想窗口层材料。     

二维过渡金属磷化物MnTn+1(M=V,Cr;T=P,As,Sb)的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维过渡金属磷系化合物M_n T_n+1 (M=V, Cr;T=P, As, Sb)材料的结构、稳定性、电子结构和磁性质.通过计算形成能和声子谱,发现只有V₄As₅、Cr₂P₃、 Cr₃P₄、 Cr₄P₅、 Cr₂As₃和Cr₃As₄是稳定的二维磁性多层膜.计算结果表明,这些稳定的二维磁性材料都是反铁磁金属.此外,还对这些材料的电子结构和磁耦合机制做了进一步的分析.     

CdBr2对CsPbBr3钙钛矿晶界处缺陷态调控及光电性能影响

通过CdBr₂对全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜进行钝化处理,研究不同浓度CdBr₂的异丙醇溶液对全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池光电性能的影响.结果表明:CdBr₂钝化CsPbBr₃钙钛矿表面后,降低了钙钛矿表面的Br空位缺陷密度,抑制了非辐射复合,促进了光生电子和空穴的抽取和传输,因此降低了界面光电子复合损失,使全无机钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率从6.58%提高到8.19%,开路电压从1.368 V提高到1.531 V.     

位置敏感日盲深紫外光电探测器

超宽禁带半导体β-Ga₂O₃的带隙约为4.9 eV,是理想的日盲深紫外光电探测材料.最近,研究者利用β-Ga₂O₃薄膜,成功研制了四象限结构位置敏感日盲深紫外光电探测器.该研究为Ga₂O₃在深紫外光、X射线定位或成像等领域的实际应用提供了思路.     

Cs-Pb-Br体系钙钛矿材料光学性能研究进展

主要探讨了在Cs-Pb-Br基三元体系全无机钙钛矿材料中稳定存在的3种不同化合物CsPbBr₃、CsPb₂Br₅和Cs₄PbBr₆的光学性能，对材料的制备方法、结构特性以及发光机制研究进行了总结分析。其中CsPb₂Br₅和Cs₄PbBr₆能隙较大，却又存在优异的荧光特性。理论与实验结论的矛盾引起了较大的争议，期望未来能有更直接的实验数据确定材料的结构，从而得出Cs-Pb-Br基三元体系全无机钙钛矿材料的发光机制。     

Cs-Pb-Br体系钙钛矿材料光学性能研究进展

主要探讨了在Cs-Pb-Br基三元体系全无机钙钛矿材料中稳定存在的3种不同化合物CsPbBr₃、CsPb₂Br₅和Cs₄PbBr₆的光学性能，对材料的制备方法、结构特性以及发光机制研究进行了总结分析。其中CsPb₂Br₅和Cs₄PbBr₆能隙较大，却又存在优异的荧光特性。理论与实验结论的矛盾引起了较大的争议，期望未来能有更直接的实验数据确定材料的结构，从而得出Cs-Pb-Br基三元体系全无机钙钛矿材料的发光机制。     

基于第一性原理计算Co基尖晶石MCo2O4(M=Fe,Mn, Cu,Ni)磁性和电性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Co基尖晶石氧化物MCo₂O₄(M=Mn, Fe, Ni, Cu)的电子结构和磁学性质进行了计算，得出Co基尖晶石氧化物的稳定结构，总结了这些化合物呈正尖晶石和反尖晶石分布时的电子结构和磁构型.比较计算CoFe₂O₄和FeCo₂O₄发现改变阳离子的分布会影响材料的电学性质，通过研究得出，Co基尖晶石氧化物结构为正尖晶石的材料都具备铁磁性，结构为反尖晶石的材料都具备亚铁磁性.     

氧化钨制备及其光催化性能提高的研究进展

WO₃基光催化剂的研究在世界范围内受到了广泛的关注,尤其是在环境修复和能源生产领域。WO₃的禁带宽度为2.5～2.7 eV,在可见光范围内是制备各种光催化剂的潜在候选材料。作为地球上丰富的金属氧化物,WO₃显示出优异的光电特性及较高的稳定性。此外,它还具有无毒性、生物相容性、低成本、优异的空穴迁移率和可调的带隙等特点。综述了提高WO₃基纳米复合材料光催化性能的一些常见策略,如控制形貌、负载贵金属、构建异质结、形成碳基纳米复合材料等。此外,还总结了WO₃基纳米复合材料所面临的挑战和未来发展前景。     

加权Coxeter群（3,）的胞腔（英文）

仿射Coxeter群（₃,S）可以被看做仿射Coxeter群（D₄,S）在满足条件α（S）=S的某种群自同构α下的不动点集合,设是D₄的长度函数.本文明显地刻画了加权Coxeter群（₃,）的所有左胞腔.同时证明了:加权Coxeter群（D₄,）和（₃,）的所有左胞腔都是左连通的,所有双边胞腔都是双边连通的.     

ZnSe和CuXSe2(X=Al,Ga,In)结构和光学性质的研究

利用赝势平面波基组的密度泛函理论方法,首先优化太阳能材料ZnSe和CuXSe_2(X=Al,Ga,In)的晶体结构,得到晶格参数、键长,并预测了CuXSe_2带隙和光学性质,带隙按照Al→Ga→In依次减小,但晶格参数和形变参数依次增加;通过光学性质中介电函数、吸收系数,反射率和光电导率分析发现,吸收系数的最强峰都在紫外区域,在3种晶体中光学性能按照Al→Ga→In依次增强。     

交换场和非共振光对单层MoS2能带结构的调控

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型,研究了外部磁近邻交换场和非共振圆偏振光对单层二硫化钼（MoS₂）电子能带结构的调控.研究结果表明,磁近邻交换场能有效调控导带和价带的自旋劈裂,单层MoS₂ K谷附近能隙随着非共振圆偏振光引起的有效能的增大而增大,K′谷附近能隙随着非共振圆偏振光引起的有效能的增大先减小后增大,实现半导体-金属-半导体转变.因而,可以利用磁近邻交换场和非共振圆偏振光将单层MoS₂调制成自旋和光电特性优异的新带隙材料.     

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.