GaAs薄膜电池光电转换特性研究

微纳减反层结构及微纳金属等离激元结构能有效提高砷化镓(GaAs)薄膜光伏器件在可见到近红外波段的吸收效率。本文采用有限元法(FEM)分析了微纳减反层对GaAs光伏器件的光谱吸收率的影响,并获得相应结构的光电转换特性。进一步探究了在器件内部布置金纳米线对相应结构的光电特性的影响。对应的计算结果显示,微纳减反层结构及金属纳米线结构能有效增强器件的电学输出特性,并提高器件光电转换能力到19.6%。掌握微结构对光伏器件内部光电特性的影响规律可为器件设计和制备提供有益指导。     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

微纳金属光学结构制备技术及应用

微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈.针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势,报道了基于电子束、X射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术.针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系,基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成,利用X射线光...     

不同波长的激光还原氧化石墨烯的规律

采用可见光波段的488nm、518nm和637nm激光对氧化石墨烯薄膜样品进行光照还原实验,并实时测量还原氧化石墨烯的透过率和电阻率,通过其变化规律表征不同波长的激光对氧化石墨烯还原程度的影响.结果表明:氧化石墨烯的透过率和电阻率在不同波长激光照射下呈现不同的变化规律.采用488nm激光照射时,在激光功率密度很小的条件下,氧化石墨烯即可发生还原反应,还原过程符合光化学还原规律;采用518nm与637nm激光照射时,只有当激光功率密度大于某一阈值时,氧化石墨烯才发生还原反应;激光波长越长,功率阈值越高;还原过程符合光热还原规律.该研究结果可为光还原石墨烯薄膜的图案化工艺改进提供参考和依据.     

基于石墨烯的Au纳米颗粒增强染料随机激光

石墨烯和纳米颗粒的复合材料具有新颖的光学和电学特性,被广泛应用于信息传感、光电转换、医学诊断等领域,具有十分广阔的发展前景.虽然石墨烯拥有优异的光电性能,可以实现对随机激光性质的调控,但目前实现特殊结构的石墨烯与金属纳米结构的复合过程复杂繁琐,利用石墨烯有效降低随机激光阈值仍存在挑战.本文利用便捷的化学还原及吸附法制备Au/石墨烯结构,以染料DCJTB为增益介质,使用旋涂法制备了均匀的薄膜样品;研究对比Au纳米颗粒和Au/石墨烯结构随机激光特性,分析了石墨烯的作用机理.研究结果表明,Au/石墨烯复合材料透射峰与增益介质的光致发光光谱峰最为接近,对于染料分子的能级迁跃起到了促进作用.在相同的增益介质中,石墨烯的加入不仅使得光子在无序介质中散射频次增加,促进了增益效果,而且增强了Au纳米颗粒表面的等离子体共振效应.二者相互协同,展现出了优异的随机激光特性,阈值降低至2.8μJ/mm~2;对样品重复测量可得样品的激射重复性较强、品质较高.本研究对促进随机激光应用、实现高性能的光电器件起到了一定的推动作用.     

二维钙钛矿太阳能电池光电流成像研究

深入了解钙钛矿太阳能电池中微纳空间形貌特征、光电特性与光伏参数之间的关系,对于 指导高效钙钛矿太阳能电池器件的构建至关重要。本文通过将时间分辨共聚焦荧光显微镜与光电 流检测模块相结合,实现了二维（2D）层状钙钛矿太阳能电池在实际工作条件下微纳空间的光电 流、荧光强度和荧光寿命成像检测。发现在钙钛矿多晶膜中同一个晶粒的不同区域,光电流与荧 光强度和荧光寿命成像之间存在明显的负相关性,在微纳空间尺度上建立了光伏参数与材料光电 性质和形貌之间的相互关联,为钙钛矿太阳能电池的性能优化提供了理论指导。     

飞秒激光直写偏振转换器件和几何相位器件(特邀)

光学器件的微型化和集成化是当前研究的热点,其中利用微纳结构实现局域电磁改性的超构光学更是引人关注。本文从微纳结构的制备出发,总结了利用超衍射精密加工的飞秒激光直写技术,制备偏振转换器件和几何相位器件的工作。介绍了微纳结构改性的物理机制,飞秒激光直写光刻胶、飞秒激光烧蚀金属薄膜、飞秒激光诱导纳米光栅等手段在偏振转换器件和几何相位器件制备方面的进展,展望了飞秒激光微纳加工技术在超构光学器件制备方面的挑战。     

高温还原氧化石墨烯膜及其导热性能

采用氧化还原法制备了结构致密且具有较高柔韧性的石墨烯薄膜,探究了薄膜经过较高退火温度还原后结构变化,并通过T型稳态法测量了其热导率,研究了还原温度对薄膜热导率和力学性能的影响。结果表明,高温还原有助于氧化石墨烯中含氧官能团的去除和sp2杂化碳晶格的恢复,并且温度越高还原效果越好。当还原温度高达2800℃时,在200~350 K温度范围内石墨烯膜的热导率在336.9~436 W·m^-1·K^-1之间,伴随着温度的升高,热导率有先增大后减小的趋势。     

基于PET基片的柔性石墨烯应变计加工方法

针对PET塑料耐温性能较差,与标准微纳加工工艺不兼容等问题,开发了面向PET塑料基底材料的光刻、镀膜等微纳加工工艺。通过CVD生长、转移等方式将单层石墨烯薄膜附着于0.5 mm厚PET基底,并采用微纳加工的方式制备了柔性石墨烯压阻应变计。工艺结果表明,本研究所提出的加工方法适用于以PET塑料作为衬底材料的柔性微纳器件的制作。通过对PET塑料衬底施加应变并测量石墨烯的电阻变化率,可计算出石墨烯的压阻应变系数约为1.3。     

基于飞秒激光抽运的石墨烯包裹微光纤波导结构的级联四波混频研究

基于石墨烯的光学非线性特性和器件研究正在成为新一代微纳光子器件的一个重要方向. 采用峰值功率为kW量级的飞秒脉冲抽运和P型掺杂石墨烯薄膜包裹的微光纤所构成的复合波导结构, 在1550 nm波段成功激发并观察到级联四波混频现象. 实验 结果表明, 这种P型掺杂石墨烯包裹的微光纤复合波导具有非线性系数高、结构紧凑, 可承受高功率和超快响应的特点, 对基于该结构的级联四波混频特性的研究在基于超快光学的多波长光源、光参量放大以及全光再生等领域具有参考价值和应用意义     

Metal-enhanced fluorescence of graphene oxide by palladium nanoparticles in the blue-green part of the spectrum

Graphene oxide(GO) has a wide fluorescence bandwidth,which makes it a prospective candidate for numerous applications.For many of these applications,the fluorescence yield of GO should be further increased.The sp~2-hybridized carbons in GO confine the π-electrons.Radiative recombination of electron-hole pairs in such sp~2 clusters is the source of fluorescence in this material.Palladium nanoparticles are good catalysts for sp~2 bond formations.We report on the preparation of GO,palladium nanoparticles and their nanocomposites in two different solvents.It is shown that palladium nanoparticles can considerably enhance the intrinsic fluorescence of GO in the blue-green part of the visible light spectrum.Fluorescence enhancement has been attributed to the catalytic role of palladium nanoparticles in increasing the number of sp2 bonds of GO with the molecules of the surrounding media.It is shown that palladium nanoparticles could be the nanoparticle of choice for fluorescence enhancement of GO because of their catalytic role in sp2 bond formation.     

First-principles study of structural and opto-electronic characteristics of ultra-thin amorphous carbon films

Most amorphous carbon(a-C)applications require films with ultra-thin thicknesses;however,the electronic structure and opto-electronic characteristics of such films remain unclear so far.To address this issue,we developed a theoretical model based on the density functional theory and molecular dynamic simulations,in order to calculate the electronic structure and opto-electronic characteristics of the ultra-thin a-C films at different densities and temperatures.Temperature was found to have a weak influence over the resulting electronic structure and opto-electronic characteristics,whereas density had a significant influence on these aspects.The volume fraction of sp3 bonding increased with density,whereas that of sp2 bonding initially increased,reached a peak value of 2.52 g/cm³,and then decreased rapidly.Moreover,the extinction coefficients of the ultra-thin a-C films were found to be density-sensitive in the long-wavelength regime.This implies that switching the volume ratio of sp2 to sp3 bonding can effectively alter the transmittances of ultra-thin a-C films,and this can serve as a novel approach toward photonic memory applications.Nevertheless,the electrical resistivity of the ultra-thin a-C films appeared independent of temperature.This implicitly indicates that the electrical switching behavior of a-C films previously utilized for non-volatile storage applications is likely due to an electrically induced effect and not a purely thermal consequence.     

在BaYF5中Eu2+和Ho3+的荧光和能量传递

在脉冲N₂分子激光激发下,研究了在BaYF,中Eu²⁺和Ho³⁺的发射光谱,激发光谱和荧光寿命,以及Ho³⁺的超灵敏跃迁(⁵I₈→⁵G₆)。在Ho³⁺发射光谱中,⁵S₂→⁵I₈跃迁占主导地位。从Eu²⁺ 关键词：     

激光辐照VO2薄膜温度场分布及透射特性研究

为了探究VO₂薄膜受激光辐照的温度场分布,以及1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的激光功率密度阈值,并比较近红外和中红外波段透过率调制特性差异。首先基于COMSOL建立了薄膜受激光辐照的模型并进行了温度场仿真,然后分别测试了薄膜正反面被不同功率密度的1 064 nm激光辐照100 s内激光透过率随时间响应特性。实验中的VO₂薄膜利用分子束外延法在Al₂O₃基底上制备得到。仿真结果表明,激光功率密度为25 W·mm^-2时,50 nm厚薄膜在被辐照1 ms时间内即达到相变温度。经激光辐照实验发现:50 nm厚的VO₂薄膜正反面受1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的功率密度阈值分别为4.1 W·mm^-2和5.39 W·mm^-2。30 nm厚VO₂薄膜对1 064 nmn激光的透过率调制深度约为13%,对3 459 nm激光透过率调制深度约62%,说明VO₂薄膜对近红外透过率调制特性不明显。     

类金刚石薄膜在硅基底上的沉积及其热导率

采用分子动力学方法模拟了碳在晶体硅基底上的沉积过程, 并分析计算了所沉积的类金刚石薄膜的面向及法向热导率. 对沉积过程的模拟表明, 薄膜密度及sp³杂化类型的碳原子所占比例均随沉积高度的增加而减小, 在碳原子以1 eV能量垂直入射的情况下, 在硅基底上沉积的薄膜密度约为2.8 g/cm³, sp³杂化类型的碳原子所占比例约为22%, 均低于碳在金刚石基底上沉积的情况. 采用Green-Kubo方法, 计算了所沉积类金刚石薄膜的热导率, 其面向热导率可以达到相同尺寸规则金刚石晶体的50%左右, 并且随着薄膜密度与sp³杂化类型碳原子所占比例的升高而升高.     

超短超强激光脉冲辐照超薄碳膜电离状态研究

为了进一步理解极端条件下物质的电离特性, 特别是超短超强激光脉冲辐照超薄靶时等离子体的形成与分布, 本文以超薄碳膜为例, 细致研究了超短超强激光脉冲辐照下原子的离化过程. 分析和比较了强激光场直接作用电离和靶内静电场电离等两种场致电离形式, 在碰撞电离可以忽略的情况下, 发现更多的电离份额是来自靶内静电场的电离方式. 研究了激光脉冲强度对电离的影响, 发现激光脉冲强度越强, 电离速度越快, 产生的高价态离子所占比例也越高.当激光强度为1×10²⁰ W/cm²时, 尽管该强度高于电离生成C⁺⁶所需要的激光强度阈值, 但该激光脉冲并不能将整个靶电离成C⁺⁶离子, 对此本文进行了详细的分析. 在研究激光脉冲宽度的影响时, 发现激光脉宽越小, 电离速度越快, 但越小的激光脉冲电离获得的高价态离子越少.     

β-SiC单晶块体拉伸变形行为分子动力学研究

用分子动力学方法研究面心立方SiC(β-SiC)、C元素置换掺杂β-SiC单晶块体体系[001]向拉伸变形行为,对体系的拉伸断裂微观机理和5×10⁸/s,1×10⁹/s,1×10¹⁰/s三种应变速率下的力学行为进行分析.发现当拉伸应变量达到某个临界值后,Si-C sp³,C-C sp³键会分别向Si-C sp²和C-C sp²弱键转化.形成一定量sp²键后,β-SiC内部出现孔洞并发生断裂.由于C-C sp³键比Si-C sp³键更易向sp²弱键转化,导致C元素掺杂会降低SiC的强度、弹性模量和拉伸断裂应变.此外还发现此三种应变速率不影响β-SiC的杨氏模量,但影响其拉伸强度.     

Surface energy and hybridization studies of amorphous carbon surfaces

Surface properties of a large number of amorphous carbon (a-C) films have been investigated using contact angle measurements and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Dense a-C surfaces with variable sp³/(sp² + sp³) average hybridization were grown using sputtering or pulsed laser deposition (PLD) and were further chemically modified by thermal annealing, ion bombardment or covalent grafting of organic monolayers. The average carbon hybridization, impurity level and mass density, were deduced from XPS and photoelectron energy loss spectroscopy (PEELS). The depth sensitivity of the dispersive (Lifshitz–van der Waals) interaction, estimated at 1–2 nm from the dependence of γ^LW on the grafted perflorodecene molecule coverage, is much better than XPS which probes a 3–5 nm depth. The observation of a non-monotonic behavior in the correlation between surface hybridization and electron donor component of surface energy reveals that the average carbon hybridization alone does not describe the entire surface energy physics. The role of π bond clustering in the polar interactions is thus considered and some implications on surface reactivity and mutual interactions with molecular or biomolecular species are discussed.     

激光分离卵磷脂混合物的实验研究

对于沸点相近并且分子自由程相差不大的物质,常规分离方法难以实现有效的分离,激光分离有效地弥补了常规分离方法的不足.用脉冲CO2激光器和连续CO2激光器对大豆卵磷脂混合物进行了激光分离实验,用高效液相色谱对激光辐照前后的样品进行了分析.经192.31 W/cm2的脉冲CO2激光辐照,卵磷脂的质量分数相对提高了26.7%,...     

激光辐照对热退火金属/掺氟二氧化锡透明导电薄膜光电性能的影响

采用532 nm纳秒脉冲激光对热退火的铝(Al)/掺氟二氧化锡(FTO)、铜(Cu)/FTO和银(Ag)/FTO三种双层复合薄膜表面分别进行处理, 结果显示薄膜样品的光电性能都得到提高.其中, 热退火Ag/FTO薄膜的平均透光率(400–800 nm)增幅最大, 从72.6%提高到80.5%, 主要是由于其表面产生了具有减反增透作用的光栅结构.激光辐照后热退火Ag/FTO薄膜的导电性也略有提高, 其方块电阻从5.6 Ω/sq下降到5.3 Ω/sq, 原因主要是激光辐照的热效应造成的退火作用使薄膜的晶粒尺寸增大, 减少了晶界散射而使载流子迁移率提高.计算结果显示, 激光辐照后热退火Ag/FTO薄膜的品质因子从0.73×10^-2Ω^-1增大为2.16×10^-2Ω^-1, 表明其综合光电性能得到显著提高.激光辐照可同步实现薄膜表面光栅结构的制备和附加退火作用, 这为金属层复合透明导电薄膜光电性能的综合优化提供了新的思路.