新型硒化锑薄膜太阳电池背接触优化

硒化锑(Sb₂Se₃)具有低毒、原材料丰富和光电性能优异等优点,被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池光吸收层材料之一.但目前Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率与碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿等太阳电池相比仍存在较大差距.限制Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率进一步提升的关键因素之一是,太阳电池结构中Mo背电极和Sb₂Se₃薄膜构建的背接触界面处容易形成较高的势垒,降低载流子的抽取效率.本工作则对Mo背电极进行热处理生成缓冲层MoO₂薄膜,发现缓冲层MoO₂的引入,可有效地促进Sb₂Se₃薄膜的择优取向生长,同时实现太阳电池Mo/MoO2/Sb₂Se₃背接触势垒降低,相应的填充因子、开路电压和短路电流密度均获得显著提高,构建的太阳电池光电转换效率从5.04%提升至7.05%.     

新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种二元单相化合物, 原料储量大、毒性低、价格便宜; 同时其禁带宽度合适(～1.15 eV), 吸光系数大(>10⁵ cm^-1), 长晶温度低, 非常适合制作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池, 理论光电转换效率可达30%以上. 目前文献报道的Sb₂Se₃薄膜太阳能电池效率已达3.7%, 初步证明了Sb₂Se₃材料在薄膜太阳能电池应用方面的巨大潜力. 本文综述了近年来Sb₂Se₃太阳能电池的研究进展, 着重介绍了Sb₂Se₃的材料特性和薄膜制备及相关理论研究, 阐述了不同结构电池器件的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

基于形变势理论的掺杂计算Sb2Se3空穴迁移率

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种元素丰富、经济且无毒的太阳电池吸收层材料.太阳电池的性能在很大程度上取决于载流子的传输特性,然而在Sb₂Se₃中,这些特性尚未得到很好的理解.通过密度泛函理论和形变势理论,本文对纯Sb₂Se₃以及掺杂了As, Bi的Sb₂Se₃的空穴传输特性进行研究,计算并分析了影响迁移率的3个关键参数:有效质量、形变势和弹性常数.结果显示,有效质量对迁移率具有最大影响,掺杂Bi的Sb₂Se₃表现出最高的平均迁移率.同时发现, Sb₂Se₃的空穴迁移率呈现出明显的各向异性,其中x方向的迁移率远高于y,z方向,这应该与x方向的原子主要以较强的共价键连接,而y, z方向以较弱的范德瓦耳斯力连接有关.载流子传输能力强的方向有助于有效传输和收集光生载流子,本研究从理论上强调了控制Sb₂Se_3...     

Ge2Sb2Te5非晶薄膜中超快载流子动力学的飞秒分辨反射光谱研究

利用飞秒时间分辨抽运-探测反射光谱技术研究了室温下Ge₂Sb₂Te₅非晶薄膜中载流子超快动力学及其激发能量密度依赖性.发现光激发后05 ps时间内,反射变化率降到最小值,然后开始迅速增加,在几个皮秒时间内达到大于初始反射率的新的最大值.反射率的减小量、增加量和增加速率均随激发能量密度的增大而增加.利用高密度等离子体的Auger复合及其感应的晶格加热模型较好地定量解释了反射率由最小到最大的快速变化过程,表明高密度等离子体的Auger复合加热 关键词： 抽运-探测光谱 2Sb₂Te₅非晶薄膜')" href="#">Ge₂Sb₂Te₅非晶薄膜 Auger复合 载流子动力学     

EDTA/SnO2双层复合电子传输层在钙钛矿电池中的应用

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池器件因其高效率受到广泛关注,而界面问题是制备高效钙钛矿太阳能电池的关键问题之一.本文研究了一种高效的乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA)/SnO₂双层复合结构,将超薄的EDTA层与ITO(锡-铟氧化物)电极接触, SnO₂层与钙钛矿界面接触,作为电子传输层(ETL)用于制备钙钛矿太阳能电池.有趣的是,复合ETL的顶部SnO₂侧的表面形态可以通过调整下面的EDTA层来进行微调.通过调整EDTA膜厚,可以调控钙钛矿层结晶过程中的成核过程,调节了电子传输层与钙钛矿层之间的载流子提取过程.本文中制备的钙钛矿太阳能电池的回滞效应可以忽略,并且经过第三方认证,已经实现了20.2%的能量转换效率.     

Ga30Sb70/Sb80Te20纳米复合多层薄膜的相变特性研究

采用磁控二靶(Ga₃₀Sb₇₀和Sb₈₀Te₂₀)交替溅射方法制备了新型Ga₃₀Sb₇₀/Sb₈₀Te₂₀纳米复合多层薄膜, 对多层薄膜周期中Ga₃₀Sb₇₀层厚度对相变特性的影响进行了研究. 结果表明, 多层薄膜的结晶温度可以通过周期中Ga₃₀Sb₇₀层厚度进行调节, 且随着Ga₃₀Sb₇₀层厚度的增加而升高. Ga₃₀Sb₇₀/Sb₈₀Te₂₀纳米复合多层薄膜的光学带隙随Ga₃₀Sb₇₀层厚度的增加而增大. 采用皮秒激光脉冲抽运光探测技术研究了多层薄膜的瞬态结晶动力学过程, 利用不同能量密度的皮秒激光脉冲可以实现Ga₃₀Sb₇₀/Sb₈₀Te₂₀多层薄膜非晶态和晶态的可逆转变.     

20GeS2·80Sb2S3硫系玻璃的析晶行为及动力学机理研究

实现玻璃微晶化过程控制的基础是要充分认识其析晶行为及动力学机理. 利用示差扫描量热法和析晶热处理等手段, 研究发现 20GeS₂·80Sb₂S₃硫系玻璃属于表面析晶, 在268℃(T_g+30℃)下热处理60 h, 可以获得表面约40 μm的Sb₂S₃晶层复合玻璃陶瓷样品. 在此基础上, 利用非等温法从理论上分析该玻璃的析晶动力学机理. 计算得到其析晶活化能E_c为(223.6±24.1)kJ·mol^-1, 在热处理温度(268℃)下的析晶速率常数K为1.23×10^-4 s^-1, 属于较难析晶的玻璃组成; 玻璃的晶体生长指数m和晶体生长维数n均为2, 表明其Sb₂S₃相的析晶行为是二维生长过程, 与析晶实验结果完全相符. 由此可知, 对于Sb₂S₃晶体复合的硫系玻璃陶瓷样品可通过玻璃粉末压片烧结、带铸法或丝网印刷法制备获得, 为今后功能硫系玻璃的开发提供实验依据和理论指导. 关键词： 硫系玻璃 微晶化 析晶动力学 析晶行为     

Femtosecond Fiber Laser Based on BiSbTeSe2 Quaternary Material Saturable Absorber

Topological insulator materials, including Bi₂Te₃, Sb₂Te₃, Sb₂Te₃, and Bi₂Se₃, have attracted some attention due to their narrow band gaps, high carrier mobility, wide spectral absorption ranges and other characteristics.We report a new multi-compound topological insulator material BiSbTeSe₂ that, compared with the traditional topological insulator composed of two elements, can integrate the physic...     

GeSe2-Sb2Se3-CsCl玻璃的光学性质与析晶动力学研究

采用熔融淬冷法制备了20GeSe₂-（80-x）Sb₂Se₃-xCsCl（x=2,4,8,10 mol%）硫卤玻璃系统,测试了样品在可见至中远红外区域的透过光谱,研究了硫卤玻璃中CsCl对玻璃短波吸收限的影响;并测试了典型的20GeSe₂-76Sb₂Se₃-4CsCl样品在不同升温速率下的DTA曲线,利用非等温方法研究了其析晶动力学; 关键词： 硫卤玻璃 非等温过程 析晶动力学     

NPB/Alq3 界面激子拆分研究

采用瞬态光电压技术研究了NPB和Alq₃界面激子拆分过程和拆分机理.对NPB和Alq₃组成双层结构的样品,在脉冲355nm激光照射下,测量样品的瞬态光电压信号,通过对不同结构的和有界面激子阻挡层的样品的瞬态光电压分析,并排除了ITO/有机外界面对激子拆分的影响,得出了NPB/ Alq₃界面激子拆分机理是向Alq₃ 注入电子,向NPB注入空穴. 关键词： 激子拆分 界面 瞬态光电压     

a-C: Fe/AlOx/Si基异质结的光伏效应

使用脉冲激光沉积(PLD)依次沉积氧化铝和碳膜制备了a-C: Fe/AlO_x/Si基异质结,研究了其光伏效应及其在太阳能电池上的应用.该太阳能电池在标准日光照射(AM1.5,100 mW/cm²)下,可获得0.33 V的开路电压和4.5 mA/cm²的电流密度,太阳能电池的转换效率为0.35%.通过C-V测量,证明了氧化铝层的引入降低了界面能级数目,增加了界面势垒高度.界面能级数目降低减少了光生载流子在界面复合的 关键词： 光伏效应 非晶碳膜 异质结 氧化铝     

质子辐照CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池的损伤效应

针对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的空间应用,研究了动能为0.1—20.0 MeV的质子在CH₃NH₃PbI₃(简称MAPbI₃)薄膜及其太阳能电池中引起的损伤效应.结果表明, PSCs具有良好质子辐照稳定性,当0.1 MeV(2.0 MeV)质子的注量超过1×10¹³ p/cm² (1×10¹⁴ p/cm²)时,才会引起电池光电性能的降低. PSCs载流子传输层的辐照退化可能是造成电池性能降低的主要原因. MAPbI₃中的有机成分MAI会在质子辐照作用下发生分解,分解产生的气态产物(NH₃和CH₃I)将最终导致PSCs表面金电极的剥落.对于具有更大离子射程的10 MeV和20 MeV质子,入射质子会在PSCs的玻璃基底中产生色心缺陷,造成玻璃对可见光透射率的降低.色心缺陷可以在室温或100℃条件下发生热退火,降低玻璃的透射损失.     

采用PEABr添加剂获得高效且稳定的碳基CsPbBr3太阳能电池

全无机CsPbBr₃钙钛矿材料因其本征稳定性好、成本低廉从而在光伏领域展现出巨大的应用潜力,但目前CsPbBr₃太阳能电池的光电转换效率仍远低于其他体系的钙钛矿太阳能电池.本文以无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃全无机钙钛矿电池作为研究对象,以多步旋涂法为基础,通过在PbBr₂(DMF)溶液中添加2-苯乙胺溴盐(PEABr)来调控CsPbBr₃薄膜的结晶质量,降低薄膜缺陷态密度,钝化晶粒间界,并对其中的关键工艺参数包括CsBr的用量(旋涂次数)、旋涂PbBr₂薄膜时的衬底预热温度以及退火温度进行了优化.最终在大气环境下获得了兼具稳定和高效的无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃太阳能电池,器件的光电转换效率达到8.25%,并在无封装条件下保存1500 h仍可保持90%以上的效率,对于进一步拓展CsPbBr₃钙钛矿电池的优化设计思路具有重要意义.     

Monolithic epitaxy and optoelectronic properties of single-crystalline γ-In2Se3 thin films on mica

The growth of γ-In₂Se₃ thin films on mica by molecular beam epitaxy is studied. Single-crystalline γ-In₂Se₃ is achieved at a relatively low growth temperature. An ultrathin β-In₂Se₃ buffer layer is observed to nucleate and grow through a process of self-organization at initial deposition, which facilitates subsequent monolithic epitaxy of single-crystallineγ-In₂Se₃ at low temperature. Strong room-temperature photoluminescence and moderate optoelectronic response are observed in the achieved γ-In₂Se₃ thin films.     

CdS/CdMnTe太阳能电池异质结界面与光电性能的第一性原理计算

CdS/CdMnTe异质结是具有集成分立光谱结构的叠层电池的"核芯"元件,是驱动第三代太阳能电池发展的核心引擎,其界面相互作用对大幅度提高太阳能电池的转换效率至关重要.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算构建CdS (002), CdMnTe (111)表面模型及Mn原子占据不同位置的CdS/CdMnTe异质结界面结构模型,分析CdS (002), CdMnTe (111)表面及异质结界面的电子性质和光学性质.晶格结构分析表明, CdS/CdMnTe异质结的晶格失配度约为3.5%,弛豫后原子位置与键长均在界面处发生一定程度的变化.态密度分析发现异质结界面的费米能级附近不存在界面态,并且界面处的Cd, S, Te原子之间的轨道杂化可增强界面的结合能力.差分电荷密度分析显示,界面处发生了电荷的重新分配,电子由CdMnTe转移到CdS侧.光学分析显示, CdS/CdMnTe异质结主要吸收紫外光,吸收系数可达105 cm~(–1),但不同Mn原子位置的异质结光学性质也稍有差别.在200—250 nm范围, Mn原子位于中间层的异质结的吸收系数更大,但在250—900 nm范围内, Mn原子位于界面层的异质结吸收峰更高.本文合理构建了CdS/CdMnTe异质结模型,计算分析了其界面光电性能,可为提高叠层电池的光电转换效率提供一定的理论参考,为实现多带隙异质结的实验研究提供一定的理论依据.     

CdS化学修饰TiO2纳米管阵列电极的传质特性分析

通过声电阳极氧化-化学沉积的方法制备CdS修饰的TiO₂纳米管阵列,并对其进行形貌表征及光电性能和传质特性的研究。结果表明;相对于未修饰的TiO₂纳米管列电极,CdS纳米粒子的化学修饰在增强电极对可见光吸收能力的同时,可减小电荷载流子的迁移阻力而有效提高光生电荷的分离和传递速率。在超声场中进行化学沉积,CdS纳米粒子可在TiO₂纳米管壁上均匀沉积,使得传质阻力进一步降低而获得相对最大的光电流和电荷载流子密度(9.29×10¹⁹cm^-3)。     

中空TiO2纳米球的制备

报道了一种新的无机模板法合成中空的TiO₂纳米球,该法以TiCl₄为钛源,中空Sb₂S₃微球为模板,利用TiCl₄水解产生的TiO₂沉积在模板的表面,同时产生的HCl消蚀Sb₂S₃,一步制备中空纳米材料。     

纳米TiO2颗粒/亚微米球多层结构薄膜内电荷传输性能研究

本文主要利用TiO₂亚微米球较强的光散射特性设计了纳米TiO₂颗粒/亚微米球多层结构光阳极, 并借助强度调制光电流谱(intensity-modulated photocurrent spectroscopy)、电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy)和入射单色光光电转化效率(incident photon-to-current conversion efficiency), 研究亚微米球的引入对多层结构薄膜内缺陷态、电子传输时间、电子收集效率和界面电荷转移性能的影响. 强度调制光电流谱反映出亚微米球表面缺陷态少, 但其颗粒间接触不紧密, 导致在接触部位形成了势垒, 阻碍了电子的传输, 导致电子传输时间增长. 电化学阻抗谱结果表明不同多层结构电池界面复合无明显差别, 同时底层采用纳米TiO₂ 透明薄膜结构的电池, 其光利用率要明显高于底层采用亚微米球薄膜结构的电池, TiO₂费米能级电子填充水平也相对增大, 使得电池的光电转换效率得到提升. 多层结构复合薄膜电荷传输和光伏特性的研究, 为高效染料敏化太阳电池光阳极设计提供了实验基础.     

CdSeS合金结构量子点的多激子俄歇复合过程

多激子效应通常是指吸收单个光子产生多个激子的过程,该效应不仅可以为研究基于量子点的太阳能电池开拓新思路,还可以为提高太阳能电池的光电转换效率提供新方法.但是,超快多激子产生和复合机制尚不明确.这里以CdSeS合金结构量子点为研究对象,研究了其多激子生成和复合动力学.稳态吸收光谱显示, 510, 468和430 nm附近的稳态吸收峰,分别对应1S_(3/2)(h)-1S(e)(或1S), 2S_(3/2)(h)-1S(e)(或2S)和1P_P(3/2)(h)-1P(e)(或1P)激子的吸收带.通过飞秒时间分辨瞬态吸收光谱和纳秒时间分辨荧光光谱两种时间分辨光谱技术对CdSeS合金结构量子点的超快动力学进行了探究,结果显示, 1S激子的双激子复合时间大概是80 ps,这一时间比传统量子点的双激子复合时间(小于50 ps)延长了近一倍,结合最近发展的超快界面电荷分离技术,在激子湮灭之前将其利用起来,这一时间的延长将有很大的应用前景;其中,在2S和1P激子中除上述双激子复合外,还存在一个通过声子耦合路径的空穴弛豫过程,时间大概是5—6 ps.最后,利用纳秒时间分辨荧光光谱得到该样品体系单激子复合的时间约为200 ns.     

梯度掺杂对n型异质结太阳能电池性能的影响

通过仿真软件AFORS-HET对a-Si:H(p)/i-a-Si:H/c-Si(n)异质结太阳能电池的光伏特性进行分析及优化,主要对比了a-Si:H(p)层的均匀掺杂和表面掺杂浓度D₁=1×10²⁰ cm^-3>界面掺杂浓度D₂=4×10¹⁹ cm^-3的梯度掺杂情况时的光伏特性,实现了在梯度掺杂时22.32%的光电转换效率。与均匀梯度掺杂相比,发射层的梯度掺杂除了引入一个附加电场,还优化了能带结构、光谱响应、表面复合速率。结果表明,梯度掺杂可以有效地改善电池的光电转换性能。