n型IBC太阳电池选择性发射极工艺研究

为提升n型叉指背接触(IBC)太阳电池的光电转换效率,采用丝网印刷硼浆和高温扩散的方式形成选择性发射极结构,研究了硼扩散和硼浆印刷工艺对电池发射极钝化性能和接触性能的影响。实验结果表明,在硼扩散沉积时间和退火时间一定的条件下,硼扩散通源(BBr₃)流量为100 mL/min,沉积温度为830 ℃,退火温度为920 ℃时,发射极轻掺杂(p⁺)区域的隐开路电压达到710 mV,暗饱和电流密度为12.2 fA/cm²。发射极局部印刷硼浆湿重为220 mg时,经过高温硼扩散退火,重掺杂(p⁺⁺)区域的隐开路电压保持在683 mV左右,该区域方块电阻仅46 Ω/□,金属接触电阻为2.3 mΩ·cm². 采用该工艺方案制备的IBC电池最高光电转换效率达到24.40%,平均光电转换效率达到24.32%,相比现有IBC电池转换效率提升了0.28个百分点。     

拓扑近藤绝缘体SmB6中的奇异电子性质

拓扑近藤绝缘体是一种本征的强关联拓扑电子体系，其体能隙来源于近藤关联效应。自2010年拓扑近藤绝缘体的理论概念被提出后，六硼化钐(SmB6) 作为第一种被预测为拓扑近藤绝缘体的材料在这十多年中被多种实验手段反复研究验证，被广泛接受认为是第一种拓扑近藤绝缘体。在这篇综述中，我们回顾了关于SmB6 的一些重要实验结果，比如电输运测量，角分辨光电子能谱(ARPES), 表面形貌分析(STM) 等，并论述了如何通过这些关键的实验证据证实SmB6 的拓扑近藤绝缘物相。同时，我们也展示了SmB6 这一关联电子体系的其他奇异物性，包括中间价态在表面和体内的分离现象，以及量子振荡发现的体振荡信号等等。这些性质表明我们对SmB6 这一材料的理解仍然不充分，其中还有更为丰富的物理值得挖掘。     

以天然椰壳为碳源制备硼碳氮微米线

首次以天然椰壳为碳源,高温下在流动氨气中用氯化铁(FeCl3)对无定型硼粉和椰壳进行退火,大规模合成了硼碳氮(BCN)微纳米结构,即由纳米片包覆竹节状纳米管组装而成的微米线.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)以及荧光光谱仪(PL)等手段对所得微米线进行了表征.结果显示,微米线的直径约为200～600 nm,纳米片的平均厚度小于20 nm.纳米片大多是以弯曲和皱折的形态分离的.微米线由B、C、N元素组成,计算出B、C、N的原子比为11.4:1:9.2.提出了汽液固(VLS)和汽固(VS)相结合的生长机理并对B11.4 CN9.2微米线的形成进行了研究.初步讨论了反应温度对微米线的影响.     

硼掺杂VO2（M）纳米棒的合成、相转变及光学特性

采用V2O5和硼酸为原材料,草酸为还原剂,在水热条件下,成功制备出硼(B)掺杂VO2(B)纳米棒,经Ar气环境退火后,得到了V1-xBxO2(M)系列样品。样品的结构、形貌和相转变温度分别用X-射线粉末衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)等进行表征。用X-射线光电子谱(XPS)来表征样品的组份和元素的价态,样品的红外光吸收谱也被测量。结果显示,当B掺杂达到2.0at%时,V1-xBxO2(M)相的转变温度升高到75.03℃。这个升高的相转变温度可归因于B3+替代V4+引起VO6八面体的晶格畸变,以及局域晶格电子密度的降低。     

硼原子掺杂对碳纳米管吸附Ne原子影响的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）和局域密度近似（LDA）方法，优化计算得到碳纳米管（CNT），硼原子取代碳原子及其吸附氖原子前后系统的几何结构，能量，电子能带和态密度。结果显示，碳纳米管的能带结构与石墨的层状几何结构相似，能量的变化只在kz=0和kz=0.5平面之间沿着c轴方向出现。B原子取代C原子使价带和导带分别分裂为两个和三个能带。对Ne原子的吸附使价带能量沿着c轴方向升高并导致Fermi面附近的态密度下降。Ne原子的吸附在谷位H最稳定，顶位A其次。C-C间σ键的弯曲使Ne原子吸附在桥位b1比桥位b2处更为稳定。Ne原子在管外的吸附均为放热过程，而管内则为吸热过程。结构分析表明Ne原子对C原子有排斥作用，对B原子却具有吸引作用。B原子取代C原子的位置略凸出于CNT的管壁之外，使Ne原子的吸附能增加。     

带有噻吩侧基的有机硼小分子电子受体光伏材料

有机小分子电子受体材料的侧基能够影响异质结有机太阳能电池的给体/受体匹配和器件性能。我们设计并合成了一个硼原子带有噻吩侧基的有机硼小分子(MBN-Th)。该分子的LUMO离域在整个骨架上,HOMO定域在中心核上,其独特的电子结构使该分子具有两个强的吸收峰(波长分别为490和726nm),因此分子具有宽的吸收光谱和强的太阳光吸收能力。与苯基侧基相比,噻吩侧基使分子的HOMO能级下移0.1 eV,LUMO能级保持不变,进而引起分子带隙减小和吸收光谱蓝移20nm。基于该有机硼小分子受体材料的异质结有机太阳能电池,实现了4.21%的能量转化效率和300–850nm的宽响应光谱。实验结果表明,硼原子上的噻吩侧基是调控有机硼小分子光电性质的有效方法,可以用于有机硼小分子受体材料的设计。     

钒硼双原子阳离子活化甲烷研究

Methane activation by transition metal species has been extensively investigated over the past few decades. It is observed that ground-state monocations of bare 3d transition metals are inert toward CH₄ at room temperature because of unfavorable thermodynamics. In contrast, many mono-ligated 3d transition metal cations, such as MO⁺ (M = Mn, Fe, Co, Cu, Zn), MH⁺ (M = Fe, Co), and NiX⁺ (X = H, CH₃, F), as well as several bis-ligated 3d transition metal cations including OCrO⁺, Ni(H)(OH)⁺, and Fe(O)(OH)⁺ activate the C―H bond of methane under thermal collision conditions because of the pronounced ligand effects. In most of the above-mentioned examples, the 3d metal atoms are observed to cooperate with the attached ligands to activate the C―H bond. Compared to the extensive studies on active species comprising of middle and late 3d transition metals, the knowledge about the reactivity of early 3d transition metal species toward methane and the related C―H activation mechanisms are still very limited. Only two early 3d transition metal species HMO⁺ (M = Ti and V) are discovered so far to activate the C―H bond of methane via participation of their metal atoms. In this study, by performing mass spectrometric experiments and density functional theory calculations, we have identified that the diatomic vanadium boride cation (VB⁺) can activate methane to produce a dihydrogen molecule and carbon-boron species under thermal collision conditions. The strong electrostatic interaction makes the reaction preferentially proceed the V side. To generate experimentally observed product ions, a two-state reactivity scenario involving spin conversion from high-spin sextet to low-spin quartet is necessary at the entrance of the reaction. This result is consistent with the reported reactions of 3d transition metal species with CH₄, in which the C―H bond cleavage generally occurs in the low-spin states, even if the ground states of the related active species are in the high-spin states. For VB⁺ + CH₄, the insertion of the synergetic V―B unit (rather than a single V or B atom) into the H₃C―H bond causes the initial C―H bond activation driven by the strong bond strengths of V―CH₃ and B―H. The mechanisms of methane activation by VB⁺ discussed in this study may provide useful guidance to the future studies on methane activation by early transition metal systems.     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金中的硼

建立电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金中硼元素的分析方法。采用盐酸–氢氟酸–硝酸溶解钛合金样品,选择208.889 nm为硼的分析谱线,通过基体匹配法消除基体钛的干扰。在优化条件下对钛合金样品进行测定,线性相关系数大于0.999 0,硼的定量下限为0.000 5%,测定结果的相对标准偏差不大于3.00%(n=11),硼的加标回收率为95.00%～102.50%。该方法快速、准确,可以满足实际生产中钛合金样品的测定要求。     

质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明:能量为30~120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。