钙钛矿材料组分调控策略及其光电器件性能研究进展

近年来，钙钛矿太阳电池的光电转换效率取得了爆发式增长，这与电池中钙钛矿薄膜的制备工艺和材料组分密切相关.关于钙钛矿薄膜的制备方法，相关的研究报道及综述较多，然而钙钛矿材料组分调控方面的研究梳理工作相对缺乏.本综述总结了近年来不同组分体系钙钛矿材料的研究进展，包括有机无机铅卤钙钛矿、全无机铅卤钙钛矿、少铅钙钛矿以及无铅钙钛矿.重点介绍了不同体系中具有代表性的材料组分及其对器件性能的影响，旨在梳理通过组分调控提高钙钛矿电池的效率及稳定性的研究思路，最终实现商业化应用.     

CexTi1-xO2复合氧化物表面结构和体相结构的演变

利用X射线衍射、N₂吸附等温线、X射线光电子能谱、X射线吸收谱、H₂-程序升温还原、甲基橙选择化学吸附和等电点测定等方法研究了共沉淀方法制备的一系列Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物的结构. 成功发展了甲基橙选择化学吸附和等电点方法研究Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物的最外层表面结构, 并定义了“等价CeO₂表面覆盖度”来描述Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物的最外层表面结构. Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物 (x ≥ 0.7)形成立方萤石相固溶体, Ce_0.3Ti_0.7O₂表现出纯的单斜相, 而其它复合氧化物表现出混合相. Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物最外层表面结构的演变行为不同于其体相结构.Ce_0.7Ti_0.3O₂立方萤石相固溶体最外层表面已经部分形成了单斜相Ce_0.3Ti_0.7O₂, 随Ce含量的降低, 单斜相Ce_0.3Ti_0.7O₂从最外层表面向体相生长. Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物立方萤石相固溶体和单斜相Ce_0.3Ti_0.7O₂分别在相对较低和较高的温度表现出好的还原性能. 上述结果提供了全面和深层次的Ce_xTi_1-xO₂复合氧化物结构信息.     

铜铟铝硒硫薄膜的低成本非真空混合法制备

采用溶剂热法制备出铜铟铝硒Cu(In,Al)Se₂ (CIASe)粉末,然后滴涂铜铟铝硒CIASe浆料获得前驱体薄膜,最后通过硒化/硫化过程制备出铜铟铝硒CIASe和铜铟铝硒硫CIASeS薄膜．通过XRD、SEM、XRF及光吸收等表征,发现所制备的薄膜为单相的黄铜矿结构,具有(112)择优取向．同时,在使用硫元素替代硒之后,薄膜的XRD主峰向高的2θ角度漂移,多孔薄膜也变得更加致密．薄膜带隙值也增加到更为合适的范围,从1.21 eV增加到1.33 eV,这也说明了硫化过程有利于提高CIASeS薄膜的质量．     

刚性衬底上铜铟硒纳米棒阵列的合成与表征

在覆盖有钨电极的硅衬底上利用多孔阳极氧化铝模板为生长掩膜电沉积合成垂直排列的铜铟硒纳米棒阵列. 多孔阳极氧化铝模板由阳极氧化磁控溅射制备的铝膜制成. 扫描电子显微镜结果表明,该纳米棒阵列结构致密,直径约100 nm长度约1μm,纵横比为10. X射线衍射、微区拉曼光谱和高分辨透射电子显微镜结果表明,真空条件下450 oC退火处理的铜铟硒纳米棒是多晶纯相的黄铜矿结构的铜铟硒,在纳米棒轴向方向上有比较大的晶粒尺寸. 能量色散X射线光谱表明,铜铟硒纳米棒的化学组成接近InSe₂的化学计量比,由吸收光谱分析推算铜铟硒纳米棒带隙为0.96 eV.     

电沉积－退火工艺制备铜铟硒太阳能电池薄膜及表征

利用电沉积硒气氛下后续退火的工艺制备出了高结晶质量的铜铟硒薄膜．通过X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱、紫外-可见-近红外光谱和阻抗谱技术对退火后的铜铟硒薄膜进行表征,结果表明530 oC硒化退火后的铜铟硒薄膜具有四方的黄铜矿晶体结构,晶粒尺寸达到微米量级,光学带隙为0.98 eV,经过KCN溶液去除表面高导电性的铜硒化合物后铜铟硒薄膜的载流子浓度在10¹⁶ cm^-3量级．利用硒化退火的铜铟硒薄膜作为光吸收层制备了结构为AZO/i-ZnO/CdS/CIS/Mo/glass的太阳能电池,在AM1.5光照条件下对其电流-电压特性测试后发现面积为0.2 cm²的电池可以达到0.96％的能量转换效率,并对限制电池效率的原因做出了初步的分析和讨论.     

NO在Ag/Pt(110)-(1×2)双金属表面的吸附：亚硝酸盐/硝酸盐表面物种的生成

以俄歇电子能谱、X射线光电子能谱和热脱附谱研究了室温下NO在Ag/Pt(110)-(1×2)双金属表面的吸附. 在该双金属表面上观察到了可能的亚硝酸盐/硝酸盐表面物种,其在更高温度下分解生成N₂. 然而,室温下NO在清洁Pt(110)表面和Ag-Pt合金表面上并不会生成这种亚硝酸盐/硝酸盐表面物种. 亚硝酸盐/硝酸盐表面物种的形成归因于高度配位不饱和Ag粒子的高活性及其与Pt基底之间的协同作用.     

还原氧化石墨烯修饰Bi2WO6提高其在可见光下的光催化性能

通过两步水热法合成了一种新型的还原氧化石墨烯(RGO)修饰的Bi₂WO₆(Bi₂WO₆-RGO), 结果表明其在可见光下的光催化性能得到了显著的提高. 研究了RGO在Bi₂WO₆-RGO中的含量对其光催化性能的影响, 从而确定出RGO相对于Bi₂WO₆的最佳掺杂质量比值为1%. 通过扫描电镜(SEM)研究发现, RGO并没有改变Bi₂WO₆光催化剂的结构和形貌. Bi₂WO₆-RGO在可见光下的光催化性能得以提高可以归功于RGO. 其可能的机理是石墨烯的存在有利于光生载流子(激子)的分离, 从而导致产生更多的O₂^·-用于有机染料污染物(如罗丹明B (RhB))的降解. RhB分子在石墨烯上的有效吸附可能也是导致Bi₂WO₆-RGO光催化性能提高的另一原因.     

一维锰氧化物纳米棒在以O2为氧源的苯甲醇氧化反应中的催化性能

采用水热法合成MnOOH一维纳米线,通过MnOOH在不同气氛和温度中煅烧得到尺寸和形貌相似的不同锰氧化物,并用于以O₂为氧源的苯甲醇液相氧化反应. 结果表明,MnO₂对苯甲醇氧化反应具有较高的催化活性. 通过XPS、SEM、TEM和H₂-TPR等手段对催化剂的形貌和结构进行了表征,并讨论了可能影响反应活性的一些因素. MnO₂的良好催化性能可能与其晶格氧具有较高的迁移率以及氧化还原能力有关. 通过简单的焙烧处理,可以使MnO₂催化剂在苯甲醇氧化反应中具有良好的重复使用性.     

新型锂盐Li[(CF_3SO_2)(n-C_4F_9SO_2)N]电解液在高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电池中的性能

探讨一种新型磺酰亚胺锂盐(三氟甲基磺酰)(全氟丁基磺酰)亚胺锂{Li[(CF_3SO_2)(n-C_4F_9SO_2)N],LiTNFSI}的碳酸丙烯酯(PC)电解液的电导率、耐氧化性及基于该电解液的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4|Li电池循环性能和自放电行为.结果表明,1.0 mol/L LiTNFSI-PC电解液的室温电导率适中,氧化电位较高,并且基于该电解液的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4|Li电池表现出优异的循环性能,综合性能明显优于1.0 mol/L LiPF_6-PC电解液体系.这主要得益于1.0 mol/L LiTNFSI PC电解液与LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4良好的界面匹配性.     

氧化还原对SrVOx外延膜晶相及物性的可逆调控

本文揭示了SrVO₃和Sr₂V₂O₇薄膜通过氧气或真空气氛中热处理来相互转化的现象. 基于该现象,高质量的Sr₂V₂O₇外延薄膜被间接合成. 性能表征结果显示半透明金属性的SrVO₃与透明绝缘的Sr₂V₂O₇可以实现可逆转换,该现象在可控的电学、光学器件中具有潜在应用价值.