真空闪蒸法制备钙钛矿薄膜的光学性质研究

近年来,以有机无机杂化铅卤钙钛矿为吸光层的薄膜太阳能电池受到了广泛的关注,不到十年时间其光电转换效率已经从3.8%提高到了23%,这主要归因于有机铅卤钙钛矿材料光吸收系数高,带隙合适并易于调控,电子-空穴扩散长度长等优点。2016年Gr?tzelL等人利用低气压快速去除薄膜前驱体溶剂的方法,获得了高质量的甲脒和溴离子掺杂钙钛矿薄膜。相比于其他传统的溶液制备方法,这种方法能够很好的解决大面积均匀性的问题,为高效率、大面积钙钛矿太阳电池产业化提供了可能。钙钛矿薄膜的成份、结构及其光学性能对于太阳电池的器件性能起决定性作用,因此在该制备技术下,研究不同掺杂种类钙钛矿薄膜对光学性质的影响具有积极的意义。利用真空闪蒸溶液技术制备了3种成分的钙钛矿薄膜,利用扫描电镜、 X射线衍射,吸收光谱和荧光光谱等表征手段对薄膜的形貌、结构和光学性质进行了研究。结果表明,该技术可以用于制备均匀致密、无针孔的高质量甲脒、溴离子掺杂和氯离子掺杂的钙钛矿薄膜(成分分别为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15,MA3PbI3和MAPb(IxCl1-x)3),薄膜中晶粒的尺寸分别为500, 100和200 nm左右;薄膜的形成过程为溶剂中的DMSO与钙钛矿配位,并在真空闪蒸过程中快速形成相对稳定中间相,经过加热后,薄膜中的DMSO被去除并形成钙钛矿晶体,结构为四方相;甲脒、溴离子和氯离子掺杂的薄膜对可见光有强烈的吸收作用,薄膜吸收边均在750 nm左右;薄膜的掺杂对带隙宽度没有明显影响, 3种成份的薄膜带隙宽度位于1.6 eV左右;甲基胺碘化铅的荧光发射峰在765 nm,甲脒和溴离子掺杂后发光峰位红移至774 nm,氯离子掺杂后薄膜峰位处于761 nm,有微弱的蓝移,且强度出现下降。这可能是晶粒尺寸和薄膜内部缺陷变化导致的。     

Electrical Properties of Organometallic Perovskite Films

Physics of the Solid State - The electrical properties of the films of organometallic perovskites CH3NH3PbBr3 and CH3NH3PbI3 were studied. Current–voltage characteristics for the CH3NH3PbBr3...     

Thermal Stability of the Structure and Optical Properties of Nanostructured TIO2 Films

Russian Physics Journal - The structure and optical properties of titanium dioxide films have been studied during annealing from 100 to 400°C. The films were obtained by ion-plasma...     

钙钛矿薄膜钝化策略的研究进展

钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电转化效率及成本低等优点被引入作为一种新的光伏器件。在过去的十几年内,钙钛矿太阳能电池的研究及发展尤为迅速,性能有了显著提高。然而,要使其进入光伏市场,研究者还需要做出巨大努力。这主要是由于钙钛矿薄膜自身制备的局限性,使其缺陷的存在是不可避免的,这严重影响了钙钛矿太阳能电池中载流子的数目及迁移率,从而制约了钙钛矿太阳能电池效率及稳定性的提升。本综述在对钙钛矿及其缺陷分类简单介绍的基础上,总结了近些年来钙钛矿薄膜钝化的不同策略,希望可以对钙钛矿材料领域的研究人员在选择合适钝化剂方面提供一定的参考。     

Growth Model for Pulsed-Laser Deposited Perovskite Oxide Films

We present a multi-level growth model that yields some of the key features of perovskite oxide film growth as observed in the reflection high energy electron diffraction （RHEED） and ellipsometry studies. The model describes the effect of deposition, temperature, intra-layer transport, interlayer transport and Ostwald ripening on the morphology of a growth surface in terms of the distribution of terraces and step edges during and after deposition. The numerical results of the model coincide well with the experimental observation.     

光学非线性LB膜的时间稳定性与光致漂白效应的关系

用光学二次谐波产生（ＳＨＧ），拉曼散射和紫外－可见吸收光谱等方法研究了偶氮，苯腙及半花菁三种有机染料Ｚ型Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ（ＬＢ）多层膜的时间稳定性问题，发现：随着放置时间的推延，其中ＬＢ膜的二次谐波产生信号强度下降，然后逐渐达到稳定；在高压汞灯光照射下，粉末样品中Ｎ＝Ｎ（偶氮），Ｃ＝Ｎ（苯腙），Ｃ＝Ｃ（半花菁）键伸缩振动所对应的拉曼峰强度以及这三类染样在ＬＢ膜样品中对所应的生色团     

氮化钛薄膜的光学性能分析

利用磁控溅射法，在不同的工艺条件下制备氮化钛薄膜。详细分析了不同工艺条件下薄膜的光谱选择特性以及相应的光学常数，通过俄歇电子能谱对薄膜的不同深度的元素成分进行了分析，由原子力显微镜测量并处理得到氮化钛薄膜的表面形貌图。结果表明，氮化钛薄膜的光学性能严格依赖于氮和钛原子数比，符合化学计量比的TiN薄膜具有良好的光谱选择性。基底加负偏压溅射可进一步改善薄膜的性能。     

钙钛矿薄膜的微结构和光电特性优化

分别以纯二甲基甲酰胺、纯二甲基亚砜以及二者不同比例的混合物作为前驱体溶剂,制备钙钛矿薄膜样品.将薄膜样品分为两组,分别将其置于氮气氛围中进行热退火和二甲基亚砜蒸汽氛围中进行溶剂退火,并对薄膜样品的微观结构和光电特性进行系统研究分析.结果表明,与热退火相比,经溶剂退火后样品的平均晶粒尺寸和均匀性显著提升,从而减小了薄膜中晶粒边界或界面的体积分数.采用混合前驱体溶剂和后续溶剂退火增加了薄膜的厚度和可见光的利用率,有效改善了薄膜形貌,优化了结晶质量.同时薄膜光致发光强度的增加,表明薄膜缺陷态密度降低.采用优化后的钙钛矿薄膜作为吸收层制备太阳电池,其光电转换效率达到15.7%.     

小波分析在气泡幕散射光信号处理中的应用

选取Daubechies小波对尾流气泡幕散射光信号做一维离散小波变换,小波阶数为3,尺度数Level为5,得到了原始信号的小波分析和重构误差结果.经db3小波分解,散射光信号的低频及高频部分区别不大,可能是信号采集频率过低(×10－1 s)导致的结果.对原始信号进行小波分析容易得到均值、中值、模式、标准差等统计量.通过对散射光信号进行一维平稳小波去噪、小波变换密度估计、小波系数选取等方面的分析,揭示了不同压强下散射光信号具有不同的性质.     

衬底钝化处理对CsPbBr3 量子点薄膜发光稳定性影响

钙钛矿量子点因具有发光谱线窄、发光效率高、发光波长可调谐等优异的光学性能,在照明、显示、激光和太阳能电池等领域得到了广泛研究。然而,钙钛矿材料的稳定性问题,一直制约着其在光电器件中的应用。其中,钙钛矿材料在空气中受潮易分解的不稳定性尤为突出,这将严重影响其发光性质。为此,研究人员采用多种手段来改善钙钛矿材料的稳定性。目前,常见的方法是将一些具有疏水性的聚合物材料（例如POSS,PMMA等）引入到钙钛矿纳米晶中,或将钙钛矿纳米晶嵌入到介孔二氧化硅材料中,避免钙钛矿纳米晶暴露于空气中破坏其结构,以此来增强钙钛矿材料的发光稳定性。此外,钝化处理钙钛矿纳米晶表面,也是改善钙钛矿发光稳定性的一种常用方法。这些方法虽然在一定程度上可以改善钙钛矿的发光稳定性,但是在与有机物合成的过程中不免会引入其他有机官能团,介孔二氧化硅的引入,其处理方式相对复杂,而对钙钛矿纳米晶表面的钝化处理会破坏材料的原有结构。以上问题,都会影响钙钛矿的发光性质,不利于其在光电器件中的应用。硅（Si）具有低成本、大尺寸、高质量、导电好等优点,常被选作钙钛矿量子点光电器件的衬底材料。但是,由于Si衬底长时间暴露于空气,其表面易形成一层具有硅烷醇基团（Si-OH）的亲水性薄膜,这将对硅基钙钛矿器件的稳定性产生影响。因此,对Si表面进行钝化处理,破坏其表面Si-OH键,可以降低衬底表面的亲水性,增强疏水性,从而提高钙钛矿材料在器件中的稳定性。本研究使用氢氟酸（HF）对Si衬底表面进行钝化处理,发现钝化处理后的Si衬底表面与水的接触角由50.4°逐渐增大至87.7°,表明Si衬底表面由亲水性逐渐转变为疏水性。利用场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)测试发现,钝化处理后的Si衬底表面变粗糙,并且其表面上的CsPbBr₃量子点(CsPbBr₃ QDs)相对于未处理表面的分散性较好。利用光致发光(PL)光谱研究不同钝化处理时间的Si衬底表面上的CsPbBr₃ QDs薄膜的发光性质。其中,处理与未处理的Si衬底表面上CsPbBr₃QDs薄膜的PL积分强度随功率变化拟合值分别为1.12和1.203,表明其发光机制为激子发光。温度依赖性的PL光谱分析显示,随着温度的升高（10～300 K）,由于晶格热膨胀使CsPbBr₃ QDs带隙增大,发光峰位逐渐蓝移。并且,随着衬底钝化处理时间的增加,CsPbBr₃ QDs薄膜的发光热稳定性逐渐增强,最佳热稳定性可达220 K。而时间依赖性的PL光谱则进一步说明,钝化处理后的Si衬底表面CsPbBr₃QDs薄膜发光的时间稳定性逐渐增强,最高发光时间稳定性可达15 d。因此,通过简单而有效的对Si衬底表面进行钝化处理,可以有效减少了Si表面亲水基团,提高CsPbBr₃QDs薄膜的发光稳定性,为增强钙钛矿量子点在光电器件中的稳定性应用提供了新的研究思路。     

ZnO薄膜光学常数测量

利用Kramers-Kronig方法(K-K方法)测量了ZnO薄膜的复介电常数和复折射率(折射率和消光系数)。为了满足K-K方法所要求的条件,光源发出的光束通过一个特殊设计的中间带孔的反射镜垂直投射到ZnO薄膜表面,在ZnO薄膜表面产生的反射光穿过反射镜中间的小孔进入单色仪,从而测量出正入射情况下ZnO薄膜的反射光谱。对有限波段下测量的数据经合理的外推后,得出全波段的薄膜反射谱,然后利用K-K方法计算出ZnO薄膜的复介电常数和复折射率。实验结果表明,氧化锌薄膜在可见光范围内的折射率近似为一常数3．5;在430nm附近出现折射率最大值,而在短波长范围所对应的折射率大大降低,其值在0．5—2．5之间起伏波动。     

非晶态In-Sb合金薄膜的光学性质

本文报道了用分光光度仪对In-Sb膜薄的光学性质进行测量的结果,并采用较严格的双层膜透射公式进行处理.获得了折射率n、消光系数k的数据,并由此计算出吸收系数α和波长λ的关系及光学能隙和介电常数虚部2nk.研究了In-Sb薄膜在相变过程中能隙的变化规律.     

ZnO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射方法在玻璃基底上成功地淀积ｃ轴取向性好的ＺｎＯ薄膜。经过优化计算，获得并分析了不同氧分压下制备的ＺｎＯ薄膜的折射率ｎ和消光系数ｋ的数值；同时得到了吸收光学带隙Ｅｏｐｔ，用能带模型解释了Ｅｏｐｔ的变化规律。     

钙钛矿结构ZrBeO3稳定性的第一性原理研究

基于密度泛函理论构建了钙钛矿结构ZrBeO3晶体模型,计算了该晶体模型结合能,表明了该构型热力学稳定性;计算出该结构在不同压力下的弹性常数,并据此计算了ZrBeO3的体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、BH/GH(体模量/剪切模量)等参数,结果表明该材料具有机械稳定性,随着等静压力增加,材料由脆性向韧性转变;计算了零压下ZrBeO3的硬度,为34.5 GPa,表明该结构晶体应为超硬材料;计算了ZrBeO3的声子能谱,结果表明ZrBeO3在低温零压下热动力学不稳定,为此分析比较了不同压力下的声子能谱、不同原子轨道及化学键布居值,研究表明随着压力增加,Be原子sp杂化后形成的Be-O共价键成分增强、Zr-O键离子键成分增强,晶格动力学趋于稳定。     

Progress in Optical Waveguiding Thin Films

Overview of recent activities in the development of active and passive thin film waveguides, waveguide lasers and laser-deposited waveguiding films is given. Published results and parameters are summarized. The focus is on films fabricated by laser deposition.     

Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质

采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质,并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示:Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向,无Cu及其氧化物相关相析出,掺杂对晶格参数的影响较小,与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性,其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小,带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率,具有明显的发光猝灭作用,但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关,这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。     

GeTe 相变薄膜的结构及光学性能研究

相变材料可迅速地实现晶态与非晶态之间的相互转换,在相变存储领域具有重要的应用.本文用脉冲激光沉积(PLD)法在Si衬底上制备了高质量的GeTe相变薄膜,并对不同温度下退火的GeTe薄膜进行了结构和光学反射率的表征.实验结果表明,室温沉积的GeTe薄膜为非晶态结构,薄膜的结晶化温度约为250℃.随着退火温度的增加,(202)衍射峰位逐渐向低角方向移动,(202)面间距逐渐增加,这可能与退火薄膜中存在大的压应力有关.薄膜的光学反射率测试表明我们制备薄膜的晶态和非晶态具有高的反射率对比度.以上结果表明PLD法制备的GeTe薄膜在光学相变存储领域具有较好的应用潜能.