n-In0.35Ga0.65N/p-Si异质结的制备及其电学性能研究

采用双光路双靶材脉冲激光沉积(PLD)系统在p-Si衬底上外延生长InGaN薄膜,研究了InGaN薄膜的显微组织结构和n-InGaN/p-Si异质结的电学性能。研究表明,InGaN薄膜为单晶结构,沿[0001]方向择优生长,薄膜表面光滑致密,In的原子含量为35%。霍尔(Hall)效应测试表明In_0.35Ga_0.65N薄膜呈n型半导体特性,具有高的载流子浓度和迁移率及低的电阻率。I-V曲线分析表明In_0.35Ga_0.65N/p-Si异质结具有良好的整流特性,在±4 V时的整流比为25,开路电压为1.32 V。In_0.35Ga_0.65N/p-Si异质结中存在热辅助载流子隧穿和复合隧穿两种电流传输机制。经拟合,得到异质结的反向饱和电流为1.05×10^-8 A,势垒高度为0.86 eV,理想因子为6.87。     

TMIn流量对GaN基蓝光LED外延薄膜的影响

以蓝宝石(Al2O3)为衬底,采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术生长InGaN/GaN多量子阱结构.本文通过调整外延生长过程中三甲基铟(TMIn)流量,研究了TMIn流量对InGaN/GaN多量子阱结构的合金组分、晶体质量和光学性质的影响.本文采用高分辨X射线衍射(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)测试表征其结构和光学性质.HRXRD测试结果表明,随TMIn流量增加,"0"级峰与GaN峰之间角偏离增大,更多的In并入薄膜中.HRXRD与AFM表征结果表明:增大TMIn流量会导致外延薄膜中的位错密度增大,V形坑数量增加,晶体质量严重恶化;PL测试结果表明,随着TMIn流量增加,发光强度逐渐降低,半高宽增大,这是由于晶体质量恶化所导致.因此严格控制铟源流量对于改善量子阱薄膜的晶体质量与光学性质有着至关重要的作用.     

MOCVD生长低阈值电流GaInP/AlGaInP650nm激光器

通过MOCVD外延实现了限制层高铝组分及高掺杂,制作出低阈值电流密度的压应变多量子阱激光器材料,后工艺制备了低阈值电流基横模弱折射率脊形波导激光器.该激光器阈值电流最低达到6.2mA,这是我们所见报道的650nm AlGaInP红光激光器的最低阈值电流. 在25mA 工作电流下,基横模连续输出功率达到18mW.     

垒层温度对InGaN量子点/量子阱复合结构内量子效率的影响

使用金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)方法生长了三个具有不同垒层温度的InGaN/GaN量子阱。由于高密度V型坑的形成,完整的量子阱结构被破坏,转变成了InGaN量子点(quantum dots, QDs)/量子阱(quantum well, QW)复合结构。通过变功率光致发光谱和变温光致发光谱,分析了在不同的垒层温度下量子限制斯塔克效应(quantum confined Stark effect, QCSE)、非辐射复合中心密度和载流子局域化效应的变化。结果表明:在较低的垒层温度下,QCSE较弱,因为在较低的温度下,V型坑的深度较深,应力释放较明显,残余应变较低;非辐射复合中心密度也随着温度的升高而逐渐增大;样品的内量子效率(internal quantum efficiency, IQE)随着垒层生长温度的升高而降低。QCSE的增强和非辐射复合中心密度的增大是垒层生长温度升高时内量子效率下降的主要因素。     

GaN基蓝绿光激光器发展现状与未来发展趋势

氮化镓(GaN)基蓝光和绿光激光器在投影显示、激光加工、激光照明、存储等领域具有重要的应用前景与广泛的市场需求.本文着重介绍了GaN基蓝光和绿光边发射激光器的技术难点和相应的解决方案.在GaN基蓝光与绿光激光器中,就制备高质量InGaN/GaN多量子阱、减少内部光学损耗、增加空穴注入效率等方面分别介绍了一些结构与工艺方面的优化方法.简要介绍了垂直腔面发射激光器(VCSEL)、分布式反馈激光器(DFB)的研究现状.     

基于AlInGaAsP材料的应变平衡量子阱太阳能电池

近年来,基于晶格匹配的多结太阳能电池光电转换效率已经接近30;[1,2],中国电子科技集团公司第十八研究所三结GaInP/GaAs/Ge电池技术已经达到小批量生产水平.为了进一步提高多结太阳电池的转换效率,可以采用增加pn结的数量和优化三结电池子电池带宽组合等办法,但上述途径受到材料晶格匹配的限制,目前同时实现晶格匹配和最佳带宽的材料生长还存在一些问题.为此,我们采用与多结电池技术兼容的设备和材料,开展了基于AlInGaAsP材料的应变平衡量子阱太阳能电池的研究.本文给出GaAs单结量子阱电池的实验过程及结果,证实了量子阱结构的引入确实能够提高电池的输出电流.随着研究的深入,我们希望用此结构作为中间电池,以提高三结电池的效率.     

AlGaN双势垒结构对高In组分InGaN/GaN MQWs太阳能电池材料晶体质量和发光性能的影响

本文利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在(001)面图形化蓝宝石衬底(PSS)上生长了一种含有AlGaN-InGaN/GaN MQWs (multiple quantum wells)-AlGaN双势垒结构的高In组分太阳能电池外延材料。高分辨率X射线衍射(HRXRD)和光致发光(PL)谱分析表明,与含有AlGaN电子阻挡层的低In组分的量子阱结构太阳能电池外延材料相比,该结构材料具有较小的半峰全宽(FWHM),计算表明:此结构材料的位错密度降低了一个数量级,达到10⁷ cm^-2;同时,有源区中的应变弛豫降低了51%;此外,此结构材料的发光强度增强了35%。研究结果表明含有AlGaN双势垒结构的外延材料可以减小有源区的位错密度,降低非辐射复合中心的数目,增大有源区有效光生载流子的数目,为制备高质量太阳能电池提供实验依据。     

MOCVD生长GaAsP/InGa(Al)P/GaAs大功率808nm张应变量子阱激光器材料

设计了808 nm高功率GaAsP/InGaAlP/GaAs半导体激光器,采用无铝张应变量子阱和非对称宽波导结构,通过优化金属有机物气相沉积(LP-MOCVD)生长条件,提高了外延材料的生长质量,有效提升了激光器转化效率和输出功率。制作了200μm条宽、1500μm腔长的激光器器件,室温连续条件(CW)测试其阈值电流为650 mA,斜率效率高达到1.35 W/A,输出功率在11 W以上,激射波长808.5 nm@5A,水平和垂直发散角分别为8°和30°,较小的发散角有效的提高了输出光功率密度。     

Mg掺杂AlInP限制层窗口结构高功率(3.7 W) 660 nm AlGaInP宽面半导体激光器

本文采用低压金属有机化学气相沉积系统(LP-MOCVD)生长出Mg掺杂压应变分别限制多量子阱结构的AlGaInP/GaInP 660 nm LD外延材料,制作出腔长1000 μm、条宽150 μm的宽面半导体激光器.采用选择性Zn扩散在管芯两端面区制作出透明窗口结构来提高器件的腔面光灾变阈值(COD).透明窗口结构激光器最大连续输出功率为3.7 W,是正常结构的激光器COD饱和功率的4.4倍.激光器的特征温度T0为68 K,热阻为4.6 K/W.在热沉温度为20 ℃时进行了500 mW恒功率老化,老化时间为1000 h.     

MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜的性能研究

本文采用MOCVD法分别在a面和c面蓝宝石衬底上生长出7层InGaN/GaN多量子阱结构的GaN薄膜,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、吸收光谱等手段对样品进行表征.分析表明:a面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品A)的FWHM为781.2 arcsec,c面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品B)的FWHM为979.2 arcsec.样品A和样品B中存在的压应力分别为0.8523 GPa和1.2714 GPa,薄膜的能带宽度(理论值为3.4 eV)分别为3.38 eV和3.37 eV.以上数据表明a面蓝宝石衬底上生长出来GaN薄膜的结晶质量较好,光学性能更优异.     

水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺,达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^-1增加至6 mg·mL^-1,器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^-1时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_sc)从14.7 mA·cm^-2显著提高至15.1 mA·cm^-2,光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。     

SiW12、CsPbI3协同提高TiO2纳米管光电转换效率的研究

为克服TiO₂纳米管在光电转换时电子-空穴复合率高和吸收光谱范围窄的缺陷,利用多酸H₄SiW₁₂O₄₀(SiW₁₂)和CsPbI₃量子点对其协同修饰,采用电沉积法将SiW₁₂沉积在TiO₂纳米管上,制备了SiW₁₂/TiO₂纳米管复合薄膜;使用高温热注射法合成出CsPbI₃量子点,再通过化学浴沉积法沉积CsPbI₃量子点到复合薄膜上,得到SiW₁₂/CsPbI₃/TiO₂纳米管复合薄膜,探究SiW₁₂沉积时间、CsPbI₃沉积次数对TiO₂纳米管光电性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、红外分光光度计(FT-IR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对薄膜进行表征,使用电化学工作站测试薄膜的光电化学性能。结果表明:TiO₂纳米管沉积多酸SiW₁₂和CsPbI₃量子点后,光吸收范围扩大、电荷转移电阻降低,光电转换效率得到显著提升,最高达到0.52%。说明SiW₁₂和CsPbI₃的协同作用很好地抑制了TiO₂纳米管电子-空穴的复合,并拓宽了吸收光谱范围,提高了TiO₂纳米管的光电转换效率。     

全TOPCon电池正面多晶硅层硼掺杂工艺

为提升隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池光电转换效率,本文通过高温扩散在n型TOPCon电池正面制作p型隧穿氧化层钝化接触结构,提升发射极钝化性能,减少正面金属复合。本文研究了不同沉积时间、推进温度、推进时间等工艺参数对实验样品钝化性能及掺杂曲线的影响。实验结果表明,当沉积时间为1 500 s,推进温度为920℃,推进时间为20 min时,掺硼多晶硅层可获得较优的钝化性能及掺杂浓度,其中样品多晶硅层硼掺杂浓度达到1.40×10²⁰ cm^-3,隐开路电压(iV_oc)大于720.0 mV。依据该参数制备的TOPCon电池光电转换效率可达23.89%,对应的短路电流密度为39.36 mA/cm²,开路电压(V_oc)达到726.4 mV,填充因子(FF)为83.54%。     

高可靠性无铝有源层808 nm半导体激光器泵浦源

针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求,设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构,降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件,制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜。制作的激光器室温测试阈值电流为1.5 A,斜率效率为1.26 W/A,10 A下的功率达到10.5 W,功率转换效率为58%。连续电流测试最大功率为23 W@24.5 A,准连续电流测试最大功率为54 W@50 A,没有产生灾变性光学损伤(COD)。在15 A电流加速老化下,激光器工作4 200 h未出现功率衰减及COD现象,说明制备的无铝有源区808 nm激光器具有高可靠性的输出性能。     

CuInS2量子点敏化ZnO基光阳极的制备与性能研究

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒,采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS₂量子点制备ZnO/CuInS₂和ZnO∶Y/CuInS₂光阳极。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、电流密度-电压(J-V)曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明:所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS₂量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS₂量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。     

Ni2P@2D磷烯双功能电催化剂在光伏辅助全分解水制氢中的应用研究

近年来，二维磷烯(2D BP)因其较短的电荷传输距离、高载流子迁移率和充分暴露的表面活性位点，成为电催化剂的理想材料。然而，不适合的含氧中间体吸附能使其反应动力学迟缓，进而限制了其实际应用。本文通过引入颗粒状的非晶Ni₂P化合物，构建Ni₂P@BP异质结，在改善反应活性的基础上，提高其电化学稳定性。研究结果表明：相较于纯BP和Ni₂P电催化剂，Ni₂P@BP催化剂展现出优异的析氢(HER)和析氧(OER)催化活性，在10 mA/cm²电流密度下的过电势分别为167和186 mV。Ni₂P@BP作为双功能电催化剂，仅需1.54 V的外加偏压(V_app)就可以实现10 mA/cm²的电流密度。将其与a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H三结叠层太阳电池连接，实现了超过7%的太阳能制氢(STH)转换效率，相较于作为双功能电催化剂的纯BP提高了95%。     

膜厚可调CuS对电极的研制与光伏应用

利用化学浴沉积法在FTO基底上制备了厚度可调CuS对电极(CE).通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计及电化学工作站对CuS对电极的物相结构、微观形貌、光学性质及电化学性能进行了表征.结果表明,在多硫电解液体系中,CuS对电极的电催化活性优于Pt电极;调控沉积周期,可进一步优化CuS对电极表面形貌及电化学性能;CuS对电极最佳沉积周期为6个周期(C),此时电荷转移电阻达到最小值0.67Ω/cm2,与CdSe胶态量子点敏化TiO2光阳极组装的电池,能量转换效率可达2.11;.     

异价阳离子替代实现的金属卤化物CsCdCl3的明亮宽带绿色发光

全无机金属卤化物灵活多变的结构及优异的发光性能使其在固态光电子领域显示出重要的应用前景。本研究采用异价阳离子取代策略，用三价锑离子部分取代CsCdCl₃中的二价镉离子，促进自陷激子的产生，使CsCdCl₃∶Sb³⁺产生了明亮的宽带绿色发光，中心波长为530 nm。机理研究结果表明，CsCdCl₃∶Sb³⁺中相邻SbCl₆八面体被孤立，形成了低维电子构型，促进了Sb³⁺局域化，实现了量子效率最高为95.5%的高效发光。此外，尽管CsCdCl₃和RbCdCl₃均属于ACdCl₃(A为碱金属家族),但它们的晶体结构明显不同。RbCdCl₃属于正交晶系，空间群为Pnma;CsCdCl₃属于六方晶系，空间群为P6₃/mmc。CsCdCl₃的结构对称性大于RbCdCl₃,其...     

自组装层修饰溅射氧化镍对刮涂制备的宽带隙钙钛矿太阳电池性能影响研究

氧化镍作为高效钙钛矿太阳电池中常用无机空穴传输层材料，具有良好的光学透过性及化学稳定性，并且还可以通过磁控溅射等方法进行大面积制备，且成本低廉。然而相比于有机空穴传输材料，氧化镍和钙钛矿界面处的能级失配、缺陷及不良化学反应等限制了基于氧化镍空穴传输层的宽带隙钙钛矿太阳电池的性能。为解决这一问题，本文提出了采用(2-(9H-咔唑-9-基)乙基)膦酸((2-(9H-carbazol-9-yl) ethylphosphonic acid, 2PACz)自组装层作为氧化镍/宽带隙钙钛矿界面修饰材料。该分子可以有效钝化氧化镍表面缺陷、调节上层钙钛矿的成膜及促进界面电荷传输，最终宽带隙钙钛矿太阳电池的光电转换效率由16.18%提升至18.42%。本工作为氧化镍空穴传输层在宽带隙钙钛矿太阳电池中的应用提供了一种可借鉴的策略。     

SiC衬底上β-Ga2O3薄膜生长及p-SiC/n-β-Ga2O3异质结光伏特性

本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术在p型4H-SiC衬底上,制备出沿(403)择优生长的β-Ga₂O₃薄膜。结果表明,衬底生长温度对β-Ga₂O₃薄膜的形貌、结构、组分,以及生长机理都有重要影响。当生长温度由300 ℃升高至500 ℃时,薄膜结晶质量随生长温度升高而提高,当温度进一步升高到600 ℃时,薄膜结晶质量变差,这是由于在相对低温(500 ℃以下)阶段,生长温度越高,沉积在衬底上原子的动能越大,越容易迁移,使得β-Ga₂O₃薄膜主要按照二维生长模式进行生长,薄膜结晶质量提高,表现为随着生长温度升高,粗糙度降低。但当温度上升到600 ℃时,由于4H-SiC衬底和β-Ga₂O₃薄膜之间的热膨胀系数存在差异,导致薄膜生长由主要以二维生长模式向三维岛状演变。基于p-4H-SiC/n-β-Ga₂O₃构筑的异质结太阳电池,其标准测试条件下光电转换效率达到3.43%。