第一性原理的广义梯度近似+U方法的纤锌矿Zn1-xMgxO极化特性与Zn0.75Mg0.25O/ZnO 界面能带偏差研究

在纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG), 2DEG 的产生很可能是由于界面上存在不连续极化, 而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果. 为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源, 研究Zn_1-xMg_xO合金的极化特性与ZnO/Zn_1-xMg_xO超晶格的能带排列是非常必要的. 基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_1-xMg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法. 由于ZnO与Zn_1-xMg_xO 面内晶格参数大小相当, ZnO 与Zn_1-xMg_xO 的界面匹配度优良, 所以ZnO/Zn_1-xMg_xO 超晶格模型较容易建立. 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均. (5+3)Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸, 确保远离界面的Mg_0.25Zn_0.75O与ZnO区域与块体计算情况一致. 除此之外, 基于宏观平均为能量参考, 计算得到Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV, 并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间, 这与近来实验上报道的结果相符. 除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外, 由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力, 导致Mg_xZn_1-xO层产生额外的极化值. 这样必然会在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn界面处产生非连续极化现象, 促使单极性电荷在界面处积累, 从而在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn超晶格中产生内在电场. 此外, 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格的能带排列, 由于价带偏差Δ E_V=0.26 eV与导带偏差ΔE_C=0.33 eV, 表明能带遵循I型排列. Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用. 2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用, 本文的研究结果将对Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 界面2DEG的设计与优化中起到重要作用, 并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_1-xO/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.     

弱光下锑基太阳电池的光谱响应与性能优化

锑基薄膜太阳电池因其制备方法简单,原材料丰富,光电性能稳定等优点而得到了快速发展。其中锑基吸光层材料(硫化锑、硫硒化锑、硒化锑)具有高吸收系数特点,因而在室内或者水下等弱光条件下具有相当大的应用潜力。通过构造两种衰减光谱以研究新型锑基薄膜太阳电池在弱光下的光电响应。首先通过厚度调节硒化锑太阳电池的吸光能力,发现当吸光层厚度较薄时,电池的光电转换效率存在较大差值;而当吸光层厚度过厚时,电池性能又因载流子复合的增大而降低。在吸光层厚度处于合适的0.4～1.2μm之间时,硒化锑太阳电池在长波衰减光谱和短波衰减光谱下都能获得高于16%的转换效率。然后通过硒含量调节锑基太阳电池的光谱吸收范围,发现长波衰减光谱下,锑基太阳电池的器件性能显著高于标准光谱,并且在20%～40%硒含量下能够获得最佳的转换效率。而在短波衰减光谱下,锑基太阳电池的最佳性能出现在硒含量为60%的情况下。因而在弱光条件下,锑基太阳电池的最佳硒含量需要通过具体的光谱特性确定。最后研究了两种衰减光谱下,硫化锑/硒化锑双结叠层太阳电池的光谱响应特性。发现在短波衰减光谱下,叠层太阳电池效率会随着总厚度的增加而增加。而在长波衰减光谱下,...     

钙钛矿太阳电池中的缓冲层研究进展

基于钙钛矿材料优异的光电特性,钙钛矿太阳电池的转换效率迅速提高.但制约钙钛矿太阳电池性能的因素依然存在,例如:界面问题、稳定性问题等.通过在载流子传输层/电极及载流子传输层/光吸收层之间引入能带结构合适的缓冲层,可有效改善界面间的能带失配、载流子复合及化学反应等问题,进而提高钙钛矿电池中的电荷分离及收集效率,实现界面及稳定性问题的有效改善.本文总结了当前钙钛矿太阳电池中引入的缓冲层材料,全面分析了不同缓冲层材料钝化空穴传输层/阳极、电子传输层/阴极、空穴传输层/吸收层及电子传输层/吸收层间界面的机理,对比了不同缓冲层材料对电池性能的影响,总结了缓冲层材料在钙钛矿电池中的作用,最后指出了钙钛矿电池中各界面缓冲层材料的研究趋势及发展方向.     

平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展

高效低成本太阳电池的研发是太阳能光伏技术大规模推广应用的关键. 近年来兴起的有机- 无机杂化钙钛矿(以下简称钙钛矿)太阳电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点, 引起了学术界和产业界的广泛关注, 具有广阔的发展前景. 其中平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单, 可低温制备等诸多优点, 成为目前研究的一个重要方向. 平面异质结钙钛矿太阳电池分为n-i-p型和p-i-n型两种结构. 其中钙钛矿分别与电子传输层和空穴传输层形成两个界面, 在这两个界面上实现电子和空穴的快速分离. 电子传输层和空穴传输层分别为电子和空穴提供了独立的输运通道. 平面异质结结构有利于钙钛矿太阳电池中电子和空穴的分离、传输和收集. 此外, 该结构不需要高温烧结的多孔结构氧化物骨架, 扩大了电子和空穴传输材料的选择范围. 可以根据钙钛矿材料的能带分布及载流子传输特性, 来选择能级和载流子传输速率更为匹配的传输材料. 本文对钙钛矿的材料特性, 平面异质结结构的由来及发展进行了简要的概述. 其中重点介绍了平面异质结钙钛矿太阳电池的结构特征、工作机理、钙钛矿/电荷传输层的界面特性, 以及电池性能的优化, 包括钙钛矿薄膜制备、空穴和电子传输层的优化等. 最后对钙钛矿电池的发展前景及存在问题进行了阐述, 为今后高效、稳定钙钛矿太阳电池的研究提供参考.     

高质量立方相ZnMgO的制备与紫外受激发射特性研究

利用脉冲激光沉积（PLD）设备在蓝宝石衬底上制备了高质量Zn_1-xMg_xO单晶薄膜,并对其结构和光学特性进行了深入细致的研究。通过能量衍射谱（EDS）确认Zn_1-xMg_xO薄膜的Mg组分为45%。在Zn_0.55Mg_0.45O薄膜的X射线衍射谱（XRD）中观测到了明显的位于36.67°的衍射峰,对应的是（111）晶向的立方相ZnMgO。从透射光谱中可以看出,Zn_0.55Mg_0.45O具有陡峭的吸收边,没有发生相分离,在透射电镜图谱中也得到了证实。该ZnMgO薄膜还表现出了优异的光学特性,在Zn_0.55Mg_0.45O材料体系中实现了峰位位于310 nm的紫外光泵浦受激发射,其激光发射的阈值仅为22 kW/cm²。     

硒化锑薄膜太阳电池的模拟与结构优化研究

采用wx-AMPS模拟软件对硒化锑(Sb_2Se_3)薄膜太阳电池进行建模仿真,将CdS, ZnO和Sn02的模型应用到Sb_2Se_3太阳电池的电子传输层中.结果显示,应用CdS和ZnO都能实现较高的器件性能,并发现电子传输层电子亲和势(Xe-ETL)的变化能够调节Sb_2Se_3太阳电池内部的电场分布,是影响器件性能的关键参数之一.过高或者过低的Xe-ETL都会使电池的填充因子降低,导致电池性能劣化.当Xe-ETL为4.2eV时,厚度为0.6μm的Sb_2Se_3太阳电池取得了最优的7.87%的转换效率.应用优化好的器件模型,在不考虑Sb_2Se_3层缺陷态的理想情况下,厚度为3μm的Sb_2Se_3太阳电池的转换效率可以达到16.55%(短路电流密度J_(SC)=34.88 mA/cm~2、开路电压V_(OC)=0.59 V、填充因子FF=80.40%).以上模拟结果表明,Sb_2Se_3薄膜太阳电池在简单的器件结构下就能够获得优异的光电性能,具有较高的应用潜力.     

高效率有机蓝光和白光电致发光器件

以蓝光材料FIrpic同时掺杂空穴传输层TCTA和电子传输层TPBI,制备了具有双发光层的高效率蓝光器件(D-BOLED),D-BOLED最大发光效率达23.4 cd/A,比单发光层蓝光器件(S-BOLED)提高了约36.8%.这是因为双发光层结构能够更有效地利用扩散到激子复合界面两边载流子传输层的三线态激子.结合基于...     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

Al和N共掺p型Zn1-xMgxO电子结构的第一性原理计算

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,对Zn_1-xMg_xO超晶胞和掺杂Al,N后的Zn_1-xMg_xO超晶胞分别进行了优化计算.结合广义梯度近似计算了Al和N共掺杂后Zn_1-xMg_xO的能带结构、电子态密度和Mulliken电荷布居分布.计算表明：掺入N原子的2p态电子为Zn_1-xMg_xO价带顶提供空穴载流子,使Zn_1-xMg_xO价带顶向高能方向移动;掺入Al原子的3p态电子则与N原子的2p态电子在费米能级附近发生轨道杂化,使费米能级处价带能级展宽,Al和N共掺杂可获得p型Zn_1-xMg_xO. 关键词： 密度泛函理论 1-xMg_xO')" href="#">Zn_1-xMg_xO 电子结构 共掺杂     

Be1-xMgxO合金的能带特性与相结构稳定性研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对纤锌矿和岩盐矿结构Be_1-xMg_xO合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,分析了不同Mg组分下不同结构的Be_1-xMg_xO合金晶格常数和能带差异.结果表明:随着Mg组分的增大,纤锌矿和岩盐矿Be_1-xMg_xO合金的晶格常数都线性增加,但它们的能隙都逐渐减小.对于相同Mg组分的Be_1-xMg_xO合金,岩盐矿结构的能隙要大于纤锌矿结构.当Mg组分为0.89时,Be_1-xMg_xO合金由纤锌矿相转变为岩盐矿相.为了使理论值与实验值相一致,对Be_1-xMg_xO合金的能隙计算值进行修正,得到纤锌矿和岩盐矿Be_1-xMg_xO合金的能隙弯曲系数b值分别为3.451 eV和4.96 eV.对纤锌矿BeO-MgO-ZnO三元合金的能隙和弯曲系数与晶格常数关系做了分析.     

BSA-SDS-Ag聚合物纳米微粒的制备及其水凝胶性质的研究（Ⅰ）

报道了BSA－SDS－Ag聚合物纳米微粒的制备及水凝胶的性质,用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、傅里叶变换红外（FT－IR）光谱考察了这种聚合物微粒的结构,微粒粒径32nm左右,用UV／Vis光谱及SEM考察了冰凝胶的性,表明Ag^ 离子先与BSA产生化学键合,再学原了Ag粒,进行聚合成网状结构的聚合物。     

傅里叶望远镜外场实验性能改进和结果分析

为了实现对傅里叶望远镜成像系统更接近实际的仿真,改进了外场实验系统结构。采用反射式目标,利用准直扩束镜替代空间滤波器和准直透镜,使用大靶面电荷耦合器件作为监视器。在无大气和包含200m水平大气两种情况下,分别对2.5mm的4种不同空间频谱分布目标进行实验。实验选用9×9,17×17,33×33和65×65傅里叶分量分别进行重构。最高成像角分辨率为3.5″。结果表明含大气与无大气重构结果的Strehl比值相近,从而证明傅里叶望远镜成像系统能够克服下行链路低阶大气扰动的影响。     

Optical investigation of dynamics of phenomena of laser-based lithotripsy

Using time-resolved high-speed shadowgraphy, the dynamics of phenomena due to laser-based lithotripsy is studied. Collapsing mechanism of bubble formed therein is investigated. In order to study the mechanism, the optically implemented mathematical morphology is applied. The study of the shape of the plasma and the collapsing region of the bubble of fluid that we are studying can possibly be used for practical application for laser-based lithotripsy.     

Infrared Quantitative Study of Acetylation of Microspheres of Polystyrene

Abstract

Fourier transform infrared spectroscopy has been used to study quantitatively the acetylation of monodisperse polystyrene microspheres with diameters ranging from 7 to 9μm. The CH₂ stretching infrared vibration mode at 2921 cm^?1 was used as the internal intensity standard. The acetylation extent could be easily measured by comparing the relative intensities of the bands of acetyl group (1678, 1415, 1359 cm^?1) or the bands due to the para-substituted benzene ring to the band at 2921 cm^?1 from the calibration curve.     

Application of the method of X-ray fluorescence analysis for determination of the degree of chlorination of copper phthalocyanin

To whom correspondence should be addressd.     

Symmetry of Lagrangians of nonholonomic systems of non-Chetaev’s type

This paper studies the symmetry of Lagrangians of nonholonomic systems of non-Chetaev's type. First, the definition and the criterion of the symmetry of the system are given. Secondly, it obtains the condition under which there exists a conserved quantity and the form of the conserved quantity. Finally, an example is shown to illustrate the application of the result.     

混合物物态方程的计算

 在采用体积相加原理计算混合物物态方程的基础上,建立了一种物理模型确定混合物温度。根据混合物中各组分温度和压强平衡条件,采用压强-密度迭代方法计算给出混合物物态方程,编制了两种组分的混合物物态方程计算程序。为检验建立的温度模型的合理性及程序的有效性,分析了不同密度、温度状态的氢（H2）和钨（W）组成的混合物状态参量,计算了以下情形及其组合情形的混合物物态方程：H₂和W以不同质量比混合;质量比固定,单组分状态不同;温度区间和密度区间不同。研究表明:实际应用中在建立的混合物温度模型基础上确定的混合物物态方程是合理的。     

在磁场作用下水的特性的变化和它的变化机理

我们研究了在磁场作用下水的光学性质和电学性质等的变化,实验发现它们的这些特性和未受磁场作用的水有重大改变特别是在红外光谱和拉曼光谱中的变化更加明显,这种现象就称为水的磁化。我们从水的中红外光谱得知在3000~3800 cm-1的范围内有奇特的六个峰值存在,从水分子结构和红外光谱的特性出发了解到它们分别代表了自由水分子的OH键的对称与反对称的振动,众多水分子通过氢键连接而成的线性链和环形链的OH键的对称与反对称振动,于是从这个实验我们看到了在这个水中存在有众多水分子结合成的环形氢键链的存在。我们用水分子的极化特性,一阶相变的特性和实验进一步证实了这些环形链的客观存在,根据质子或氢离子在氢键系统中传递理论得知在磁场的罗仑兹力作用下处于水中环形氢键链中质子能够进行传导产生环形电流.这些环形电流象一个分子电流或是个小磁体,它们能彼此相互作用或与外加磁场相互作用,从而改变了水分子的分布和结构状态,导致了水的一些特性的变化,这就是水的磁化的分子机理,我们用这个机理解释了我们从实验中所发现的磁处理过的水的特性如饱和效应和记忆效应等,因此这是非常有趣的实验和现象.     

Electron microscopy study of aggregation of microclusters of sulphur

A study of aggregation of sulphur particles in colloidal suspension of sulphur in water-methanol mixture using TEM and electron diffraction is reported. From the micrographs the aggregates formed have been found to be random and tenuous indicating a fractal structure. The electron diffraction patterns of the aggregates are used to study the mechanism of diffusion and reaction limited aggregation.     

混合物状态方程的计算

多介质流体动力学过程的数值模拟往往涉及混合物状态方程的计算. 做图法和Newton 法是混合物状态方程计算常采用的方法, 前者虽直观精度却差, 后者计算效率高却只具有局部收敛性, 当解与其初始猜测值相差较远时Newton法不一定能够获得收敛解. 为此, 本文给出一种具有大范围收敛性的嵌入算法(imbedding method)求解混合物状态方程, 其基本思想是通过引入嵌入参数, 将待解的混合物状态方程和易解的混合物状态方程线性组合, 构成嵌入方程组, 当嵌入参数从0连续地变化到1 时, 嵌入方程组的解由易解的混合物状态方程的解连续地变化为待解的混合物状态方程的解. 嵌入方程组可由Newton法迭代求解, 也可转化为以嵌入参数为自变量的常微分方程组, 从而易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解. 进一步利用热力学基本关系, Maxwell形式的微分方程描述了压力和温度随嵌入参数的演化速率与应变速率和组分质量分数演化速率的关系. 对铅锡混合物热力学量的计算表明了本文算法的有效性.