GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构量子受限Stark效应的实验研究

半导体量子阱超晶格作为一种新型的人工剪裁结构受到人们的普遍重视.该结构的特点之一就是可以利用在外电场调制作用下光学性质的变化来实现其在光电子学方面的应用,量子受限Stark效应(Quantum confined stark effect,简称QCSE)就是一个例子,它是指在外加垂直电场的作用下,跃迁能级能量的变化,这种能量的变化称为Stark位移.其不仅存在于半导体量子阱的带间跃迁中,同时也存在于子带间跃迁中.在包络函数近似下,利用求解一维Schr(?)dinger方程,研究了GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构中的Stark位移,通过微扰理论计算指出在一定的结构设计下,Stark位移量可以达到方形量子阱结构的两倍.根据理论计算,考虑到生长条件的具体限制,在半绝缘GaAs衬底上外延生长了样品.1μm GaAs缓冲层之上是50 nm的AlAs剥离层,然后是300 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As层,接下来为50周期的阶梯量子阱结构.每个结构单元由 2 nm的 GaAs,8 nm的Al_(0.15)Ga_(0.85)As和4 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As构成.在阶梯量子阱结构之后是200 nm的 Al_(0.3)Ga_(0.7)AS和     

非对称异质结型量子阱光伏探测器

报道了中心波长为9.0和8.8 (m的两个GaAs/AlGaAs多量子阱光伏红外探测器, 其特点是在GaAs/AlGaAs量子阱结构中引入薄的AlAs非对称高势垒层. 这种结构不仅具有光伏效应, 并且显示高的探测率和宽的响应谱. 在77 K和零偏压条件下, 其峰值探测率分别为6.7×109和7.6× 109 cm·Hz1/2/W, 响应带宽 △λ 分别是2.7和3.2 μm.     

太阳能电池效率分析

在化石能源日益枯竭的背景下,可再生能源特别是太阳能的利用越来越显示其重要性,由此太阳能的开发利用方式越来越多,能量转换效率不断攀升,使用成本不断下降.其中利用太阳能的主要方式为太阳能电池,目前大致可分为三大类:晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和新型太阳能电池.晶体硅太阳能电池又分为单晶硅及多晶硅太阳能电池.薄膜太阳能电池包含非晶硅太阳能电池和多元化合物太阳能电池.而新型太阳能电池包括有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池和杂化钙钛矿太阳能电池等.本文从分析太阳能电池的理论效率出发,与目前太阳能电池的实验效率结合,通过对比各类电池实验效率与理论效率,展望其未来发展前景.     

InGaAs/InAlAs/InP异质结结构的X射线双晶衍射研究

Al_xGa_(1-x)As/GaAs材料在高电子迁移率晶体管(HEMT)的应用上已经显示出很好的高频特性。然而,这一系统小导带不连续性(当x=0.3时,△E_c=0.24eV)及较低的二维载流子浓度及饱和速度等因素限制了截止频率的进一步提高和器件应用。而与InP匹配的In_(0.52)Al_(0.48)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As异质结体系,消除了AlGaAs层,避免了低温持续光电导。且沟道     

直波导耦合输出AlGaInAs多量子阱环形激光器研究

采用InP基InAlGaAs多量子阱激光器外延材料结构, 利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺, 研制了多量子阱半导体环形激光器样品. 该器件通过加正偏压的环形结构谐振腔实现光激射, 然后借助紧邻的直线波导耦合将光信号输出. 环形谐振腔直径为700 μm, 波导宽度为3 μm. 用光纤对准直线波导端口耦合测试了环形激光器的光功率-电流特性曲线和激射光谱, 其阈值电流为120 mA, 在注入电流160 mA时从直波导耦合输出得到激射光谱的中心波长为1602 nm, 并结合光功率-电流特性曲线对环形激光器中的工作模式进行了初步分析.     

硅基-钙钛矿叠层太阳能电池的光管理策略

硅基-钙钛矿叠层太阳能电池的研究进展迅速,两端叠层器件的最高效率在短短几年内就达到了29.8%,有效解决了硅太阳能电池效率受限于肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)极限而难以大幅度提升的问题.两端硅基-钙钛矿叠层器件的主要结构是由宽带隙的钙钛矿顶电池和窄带隙的硅基底电池组成,其中顶电池吸收高能光子,底电池吸收低能光子,达到扩大光吸收范围的作用.然而,由于硅基-钙钛矿叠层器件功能层多且器件结构较为复杂,光吸收过程中会产生多种吸光损失,光吸收的分配不合理也会导致无法充分利用入射的光子以达到最佳的器件效率.可靠的光管理策略是改善上述问题的有效方法,一方面通过钙钛矿的带隙调控等方式,对顶电池和底电池进行合理的光吸收分配,可以有效促进子电池间的电流匹配.另一方面,通过选择合适的功能层、构建陷光结构等方法有效减少寄生吸收、反射以及透射损失,提高入射光利用率,最终提高整体叠层器件的效率.本文首先介绍了光吸收损失的主要形式,然后从钙钛矿顶电池和硅基底电池两方面的光管理策略入手,总结分析目前领域内关于提高光吸收范围、优化光吸收分配、抑制光吸收损失等方面的研究工作进展,最后对目前仍然存在的...     

碳量子点在光电器件中的应用进展

碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)由于其高的荧光量子产率、带隙可调、溶剂分散性好、高的电子迁移率、较长的热电子寿命、宽的光学吸收、成本低廉、低毒性等优点,近几年作为新型光电材料在光电器件领域崭露头角.本文主要介绍了CQDs的结构、光学性能及其发光机理,总结了近几年来CQDs在白光发光二极管、量子点电致发光二极管、激光二极管、可见光通信、聚合物太阳能电池领域取得的进展以及存在的相关问题,以拓展CQDs在未来照明、显示、通信和太阳能电池等光电器件中的应用.     

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     

“原位生长”阵列化薄膜助力高效柔性太阳能电池

<正>有机-无机杂化钙钛矿材料具有高的光吸收系数(10~5cm~(–1))、大的电子/空穴扩散长度(高达1μm)、带隙易于调节(1～2.5 eV)、较小的激子结合能(约40 meV)、可进行低成本的溶液加工等特性,使得钙钛矿太阳能电池在过去十年得以快速发展.目前,钙钛矿太阳能电池的最高效率已经超过25%,且稳定性也得到了很大的提高,有望获得实际应用.由于其与柔性可穿戴电子器件的兼容性,基于柔性基底的钙钛矿太阳能电池正引起社会的广泛关注,器件性能也不断提高.虽然一维(1D)纳米阵列能有效减少太阳光损失、抑制电子复合、促进载流子的分离和传输,从而增强     

太阳能电池的最终效率探讨

太阳能电池利用光伏效应将太阳能直接转换为电能,拥有可再生、清洁、安全、寿命长等优点,被认为是最有前途的可再生能源技术之一.虽然光电转化效率在10%~18%的太阳能电池已经实现大规模产业化应用,但如何进一步提升太阳能电池的光电转换效率依然是研究者面临的最重要的挑战.近年来,随着新材料和新技术的不断发展,单结太阳能电池的效率越来越逼近S-Q效率极限;另一方面,随着多结太阳能电池、中间带太阳能电池等新概念太阳能电池的出现,太阳能电池效率纪录在不断地被改写.本文围绕太阳能电池的效率极限,主要讨论了各类单结太阳电池、多结太阳能电池的基本原理和优缺点,分析了限制它们效率进一步提升的主要因素,并展望了新概念太阳能电池的发展与效率极限.     

核壳结构α-Fe2O3@Zn2SnO4的水热法制备及光电性能

α-Fe2O3(带隙2.2eV)和Zn2SnO4(带隙3.6eV)两者都是廉价的光电材料,然而前者光生载流子复合效率较高,后者只有在紫外光区有光电响应.本文采用水热法制备了核壳结构的α-Fe2O3@Zn2SnO4复合材料,利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)及表面光电压谱(SPS)等分析手段进行材料结构、形貌和性能表征.结果表明,该核壳结构复合材料的光电响应比单一组分光电响应的强度和范围都有明显的改善.该复合材料光电响应的改善,与水热法制备的α-Fe2O3@Zn2SnO4核壳结构有关.α-Fe2O3与Zn2SnO4复合后Fe2p的结合能变化明显这可能有利于光生载流子分离.     

夹心型多酸修饰TiO_2在染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为一种新型的光学器件近年来受到广泛关注.然而,光生电子-空穴复合严重影响染料敏化太阳能电池的光电转化效率.多金属氧酸盐(POMs)具有优良的光电化学性质,能够作为极好的电子萃取剂应用于染料敏化太阳能电池光阳极中.本文通过溶胶凝胶法将具有分子内电子转移特性的夹心型多酸化合物K_(15){K_3[(A-α-PW_9O_(34))_2Fe_2(C_2O_4)_2]}·29H_2O与TiO_2复合,制备POM@TiO_2复合光阳极.光学和电化学测试表明,其最低未占分子轨道(LUMO)能级(-0.06V)低于TiO_2导带,光学带隙为2.82eV.光伏性能测试表明基于POM@TiO_2/P25复合光阳极的DSSC效率达到了6.33%,相比于纯TiO_2光阳极电池(5.52%)提高了15%.电化学阻抗谱(EIS)、暗电流测试和开路电压衰减测试证明夹心型多酸化合物有效地抑制电子-空穴复合,增长电子寿命.入射单色光子-电子转化效率(IPCE)测试进一步证明此多酸的引入增强了单色光转化效率(从35%提高到53%).     

分子束外延原位脉冲激光驱动金属Ga-droplet迁移的实现和研究

在液滴外延生长过程中金属液滴承担着生长前驱体的角色,直接决定着后续量子环、量子点、纳米线等量子结构的密度、尺寸、位置等参数.本文开展了在MBE(molecular beam epitaxy)液滴外延过程中通过原位激光作用调控金属Ga-droplet的前沿研究.首先利用MBE在GaAs(001)衬底上(150℃)沉积6 ML Ga原子以获得Ga-droplet密度约为5.7×10~(10) cm~(-2)的表面,然后原位引入单脉冲单束激光辐照衬底表面.实验观察到:Ga-droplet在激光辐照(能量密度大于10 m J/cm~2)的条件下将开始克服表面各个方向的迁移势垒发生显著而丰富的迁移行为,且这种迁移的剧烈程度与激光能量具有强烈的正相关规律.伴随这种迁移,不同Ga-droplet之间将发生随机的融合,从而强烈影响其密度以及尺寸.统计表明:当激光能量从10 m J/cm~2提高至30 m J/cm~2时,Ga-droplet的密度将迅速减小到近原来的三分之一,同时尺寸则迅速地增大,且整体分布由传统的"窄带"向"宽带"特点过渡.故通过本文的研究,证实和发现了液滴存在着极为敏感的表面"光致迁移"特性.凭借这一特性,不仅可实现对液滴整体尺寸、密度的二次修饰,获得一些在传统液滴外延中难以实现的分布特点,而且在将来我们完全有望凭借多光束干涉图形化调控液滴,最终实现人为可控的液滴外延技术,从而极大地推动整个低维纳米半导体材料的生长.     

基于PCDTBT:PC71BM的半透明高效聚合物太阳能电池

通过在聚合物电池内部加入Ag半透明增反膜,构建光学谐振腔,实现了光线在Ag薄层和金属电极之间的多次反射.这样可增加活性层对光的吸收,提高量子效率,进而大幅度提高短路电流,优化电池性能.实验中使用具有较低能带结构和宽吸收光谱的新型聚合物PCDTBT作为电子给体材料和PC71BM作为电子受体材料,通过控制薄膜生长过程和优化膜层厚度使转化效率达到5.08%.在此基础上,加入Ag作为半透明增反层,促使光线在Ag薄层和金属电极之间往复反射传输,大幅提高量子效率和短路电流.通过改变Ag薄层的厚度获得最大的短路电流密度和光电转换效率,实验得出当Ag厚度为8nm时,短路电流达到最大15.0mA/cm2,光电转换效率达到6.03%,从而达到了半透明增反层大幅提高电池性能的目的.     

生物分子手性与宇称破缺能差

生物分子的手性起源来自宇宙中手性力的影响.弱中性流宇称不守恒通过Z0子的交换结合长程库仑力作用于原子和分子产生宇称破缺能差（PVED）.通过多种近代物理、化学方法:差分绝热量热法（DSC）、量子磁强计（SQUID）直流磁化率和交流磁化率测定、X射线四圆晶体衍射、低温固相核磁共振1H谱、低温拉曼光谱、超声法确定D-和L-丙氨酸（缬氨酸）在约270 K存在λ型二级相变,得出在Tc处的PVED为6×10-5eV/分子·K.同时提出了与Salam相变假说不同机理的探讨.     

基于PCBM/P3HT异质结的柔性染料敏化太阳能电池

以聚3–-己基噻吩(P3HT)和与C60的衍生物6,6-–苯基–-C61丁酸甲酯(PCBM)的异质结代替I^–/I₃^–氧化还原电解质作为载流子传输介质, 一种新的柔性染料敏化太阳能电池被制备. 红外光谱、紫外-—可见吸收光谱的表征表明: PCBM/P3HT异质结不但具有PCBM对紫外光的吸收特性, 而且具有P3HT在可见光、近红外的吸收特性, 拓展了电池的光电响应范围. 本文还讨论了PCBM/P3HT质量比等条件对电池性能的影响. 在100 mW•cm^–2(AM 1.5)模拟太阳光辐照下, 该柔性太阳能电池的光电转换效率达到1.43 %, 开路电压、短路电流和填充因子分别为0.87 V, 3.0 mA•cm^–2和0.54.     

初始晶硅多层薄膜光电响应及载流子输运特性

采用等离子体化学气相沉积技术, 通过交替改变H₂流量, 制备了多层结构的氢化初始晶硅薄膜, 利用拉曼(Raman)散射、傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱和光电流谱等技术研究了薄膜的微观结构和光电响应特性. 微观结构分析揭示, 薄膜呈现为由纳米晶硅和非晶硅两相组成的初始晶硅结构, 薄膜光学带隙随晶化度提高逐渐降低. 光电流谱的结果显示, 纳米硅晶粒对薄膜内部光生载流子的空间分离可有效降低其非辐射复合几率, 导致薄膜光电响应峰值随晶化度的提高向短波方向移动, 然而纳米硅晶粒界面缺陷对载流子的空间限制使薄膜长波谱段的光电响应显著降低. 外加偏压下, 观察到350~1000 nm范围的光电响应, 表明外加偏压可促进光生载流子的有效收集. 分析表明, 纳米硅晶粒内部电子-空穴对的空间分离及界面载流子激发的共同作用, 导致薄膜光电响应及外量子效率大幅增加和峰位的红移. 实验结果为初始晶硅高效太阳电池的载流子输运控制提供了基础数据.     

光栅耦合波导模共振实现GaAs/GaAlAs多量子阱室温反射型光学双稳

一、概述 多量子阱(MQW)及超晶格(SL)等人工材料的问世使半导体非线性光学效应从低温扩展到了室温,为高速度、低阈值及室温工作的光学逻辑元件提供了可能。 对于GaAs/GaAlAs MQW及SL材料,其室温三阶非线性系数X_csu~(3)约为6×10~(-2),比CS_2大10~9倍,比Si大10~4倍,预示着它具有很低的本征光学双稳(OB)阈值.80年代初,Gibbs等人利用这种材料制成超薄的F-P光学腔,在室温首次观测到OB,其开阈～1mW/     

二氧化硅凝胶玻璃基质中硒化锌纳米晶的原位生长及光谱表征

采用溶胶凝胶法和气氛还原热处理工艺在二氧化硅凝胶玻璃基质中原位生长硒化锌纳米晶, 首次获得了均匀、透明、亮黄色的ZnSe-SiO₂凝胶玻璃纳米复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、UV-VIS吸收光谱和Raman光谱对复合材料中的ZnSe纳米粒子进行了光谱表征. 观测到均匀分散在凝胶玻璃中的硒化锌纳米晶XRD衍射峰的宽化、带间吸收边的蓝移及Raman散射光谱的移动和非对称的宽化. 利用实验数据从理论上对凝胶玻璃中ZnSe纳米晶平均粒径的计算, 结果表明X射线衍射、光吸收边蓝移以及Raman光谱的估算结果基本一致, 平均直径为4.6 nm左右, 并对它们之间的偏差进行了分析.     

锡烯的研究进展

石墨烯研究的巨大成功推动了二维晶体材料研究领域的蓬勃发展,和碳同族的Ⅳ族元素组成的具有类石墨烯结构的二维晶体材料受到了广泛的关注,其中由锡元素组成的锡烯晶体由于其优异的物理特性成为研究的热点之一.理论计算表明锡烯是一种大能隙的量子自旋霍尔效应绝缘体,还能够转化为二维的拓扑超导体.锡烯晶体在电子无耗散输运、自旋流产生、高性能热电、光电器件、拓扑量子计算等方面都具有重要的潜在应用价值.本文针对最近几年来锡烯的研究进展进行简要的综述.首先简单描述为什么锡烯晶体具有特殊的物理特性,然后介绍锡烯理论研究的进展以及最近利用分子束外延技术在锡烯晶体薄膜制备方法取得的突破,最后对今后可能的实验研究方向和内容进行了展望.