CuGaSe2∶Ge中间带半导体材料的制备

采用脉冲激光沉积(PLD)法在钠钙玻璃衬底上制备了CuGaSe2∶Ge薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对CuGaSe2∶Ge薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,采用紫外-可见分光光度计分析了CuGaSe2∶Ge薄膜的光吸收、反射和透射特性.结果表明,在CuGaSe2中掺Ⅳ族元素Ge,价带到中间带和中间带到导带的光子吸收能量分别为0.89 eV和0.71 eV,禁带宽度为1.60 eV,能够形成中间带.     

AlxGa1-xAs材料结构与物理特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论,对Al组分由0～1变化时AlxGa1-xAs体系的晶体结构、差分电荷密度、光电性质以及热力学性质进行第一性原理计算.得到AlxGa1-xAs体系的晶格常数a与Al组分x之间呈线性增加关系.能带结构图显示其禁带宽度将随掺入Al组分x的增加而变大,并且当x≥0.5时,体系能带由直接带隙变为间接带隙.静介电系数ε1(0)随掺入Al组分增加而减小,吸收系数带边随x增大而发生蓝移现象.由材料体系的德拜温度随Al组分的变化情况可知,Al组分增加,体系的声速和弹性劲度常数也相应地增大,高温时比热容的非线性增大是单位质量内AlxGa1-xAs的原胞数非线性增加所导致.通过分析不同Al组分下AlxGa1-xAs体系的光电特征、热力学性质,从而为AlxGa1-xAs在光电子器件以及太阳能电池等方面的应用以及后续的深入研究打下理论基础.     

超硬B-C-N材料的电子结构、硬度和光学性质的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了z-BC₂N和z-B₂CN的4种晶体结构的电子结构、硬度和光学性质。结果表明,z-BC₂N(2)为直接带隙半导体,其禁带宽度2.449 eV,z-BC₂N(1)为间接宽带隙半导体,其禁带宽度为3.381 eV,而z-B₂CN(1)和z-B₂CN(2)为导体;硬度结果显示z-BC₂N(1)、z-BC₂N(2)和z-B₂CN(1)为超硬材料。最后通过计算z-BC₂N基本光学函数与光子能量的关系表征了其光学性质。分析结果表明,z-BC₂N结构可以用作良好的耐磨材料和窗口耐热材料。     

低温化学浴制备PbS薄膜和表征及其在太阳能电池中的应用

为得到高质量的PbS薄膜,使用化学浴沉积法在40℃、50℃和60℃的低温下在包覆有TiO2层的FTO衬底上成功制备了PbS薄膜.所制备的PbS薄膜外观光滑、致密,使用X射线衍射、场发射扫描电镜、紫外可见近红外和紫外光电子能谱分析了该薄膜.根据分析结果,运用谢乐公式计算得到以上温度下制备的PbS薄膜的粒径分别为30 nm、36 nm和39 nm,且相应禁带宽度分别估算为1.58 eV、1.38 eV和1.20 eV.通过紫外光电子能谱结果计算出相应功函数分别为-4.90 eV、-4.60 eV和-4.50 eV,结合PbS薄膜的禁带宽度和功函数计算了其导带边和价带边的大小.此外,以spiro-OMeTAD作为空穴传输层,制备了PbS/TiO2太阳能电池,并获得了0.24;的光电转换效率.     

CdSe纳米晶薄膜的制备与特性研究

采用真空热蒸发技术,在光学玻璃基片上生长出排列整齐、高质量的CdSe纳米晶薄膜.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(IR)等进行表征.结果表明,薄膜结晶性能较好,纳米晶颗粒约为40 ～70 nm,呈半月状,排列整齐;化学元素配比为49.4∶50.6,稍微富Se;红外透过率高,禁带宽度为1.89 eV,高于块状的CdSe晶体(1.70 eV).     

MOCVD生长InxGa1-Xn薄膜的表征

本文利用MOCVD方法在(0001)取向的蓝宝石衬底上实现了不同生工艺条件下的InxGa-xN薄膜的制备,并通过XRD、SEM、AFM等测量分析方法系统研究了生长工艺参数对InxGa1-xN薄膜的组分和性质的影响.InxGa1-xN薄膜的制备包括蓝宝石衬底表面上GaN缓冲层的生长以及缓冲层上InxGa1-xN薄膜的沉积两个过程.通过对所制备InxGa1-xN薄膜的XRD、SEM、AFM分析发现,调节生长温度和TMGa的流量可以有效控制InxGa1-xN薄膜中In的组分,并且随着生长温度的升高,InxGa1-xN薄膜的表面缺陷减少.     

Fe掺杂α-Bi2O3光电性质的第一性原理研究

采用第一性原理杂化泛函HSE06方法对Fe掺杂α-Bi2 O3的电子结构和光学性质进行了计算研究.结果表明,Fe掺杂α-Bi2 O3体系有较小的结构变形,本征α-Bi2 O3的禁带宽度为2.69 eV,Fe掺杂使α-Bi2 O3的禁带宽度减小(约为2.34 eV).对其光学性质研究得出Fe掺杂扩展了α-Bi2 O3对可...     

基于磁光应用的TbO1.81和Tb2O3超细粉末的合成

以碳酸氢铵(AHC)为沉淀剂,采用液相沉淀法结合高温热分解获得了TbO_1.81和Tb₂O₃超细粉体。研究表明,沉淀前驱体呈现出一维纳米线形貌特征,纳米线的平均宽度随碳酸氢铵含量的增加而增长。前驱体在空气中直接加热煅烧经过脱水、脱碳和颗粒生长等过程得到了平均粒径约为140 nm的类球状TbO_1.81纳米粉体;而前驱体在流动氢气气氛下加热则获得了颗粒尺寸更小的Tb₂O₃粉体(平均粒度约为85 nm)。碳酸氢铵与Tb³⁺的摩尔比对氧化物粉体的分散有显著影响,最佳摩尔比为1∶1。TbO_1.81和Tb₂O₃的禁带宽度分别约为1.67 eV和5.20 eV。     

不同溶剂和Al掺杂对微波辅助合成ZnO纳米颗粒性能的影响

利用Zn(NO3)2作为Zn源,AlCl3为Al源,以水和乙二醇为溶剂,采用微波辅助合成法制备了一系列ZnO纳米颗粒.用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对其相结构及形貌进行了表征和分析,结果表明,得到的纳米颗粒均为纯的ZnO纤锌矿结构,但溶剂种类对纳米颗粒形貌影响较大.水溶剂和乙二醇溶剂微波辅助合成法制备的ZnO纳米颗粒禁带宽度分别为2.85 eV和3.12 eV,掺Al后的禁带宽度缩减到2.78 eV和3.10 eV.ZnO纳米颗粒在450 nm和560 nm左右处有由于氧空位引起的较强蓝绿光发射,掺Al的ZnO光致发光峰只在560 nm左右处出现.     

钨酸铋钠晶体电子结构的理论模拟

应用嵌入分子团簇的相对论密度泛函理论和离散变分(DVM)计算程序,对Na、Bi两种不同占位状态钨酸铋钠晶体的电子结构进行了理论计算.经计算,(Bi4Na4W5O20)6+团簇的禁带宽度为4.1eV,与实际晶体的禁带宽度相符;导带底主要是W5d轨道与Bi6p1/2轨道,而价带顶则主要由O2p轨道组成;Bi轨道能级受Na、Bi离子占位因素影响较大.     

上转换太阳电池的数值模拟

采用细致平衡原理,将太阳,环境作为辐射体,只考虑电池辐射复合,建立了太阳电池的模型。通过模拟,得出单结太阳电池的极限效率为31%,当使用上转换器时,单结电池的极限效率增至47.3%;对于双结电池,当顶电池带隙宽度为1.7 eV,底电池带隙宽度从1.1 eV变化到1.5 eV,模拟的最大效率为39.9%,有上转换器最大时效率提高到了47.4%。     

超薄异质结太阳能电池理论模拟计算及分析

采用AFORS-HET软件对超薄异质结太阳能电池的窗口层、本征层的掺杂浓度、厚度、带隙等参数进行了数值模拟和优化,结合实际具体分析了每个参数对超薄异质结电池性能的影响规律,且得出了最佳的优化参数。模拟结果表明:对于衬底厚度仅为80 μm的超薄异质结太阳能电池,随着窗口层厚度的增加,电池性能整体呈现下降的趋势,通过结合实际,得出窗口层的最佳厚度范围是5～9 nm;随着窗口层掺杂浓度的增加,电池性能整体呈现先增加后趋于恒定的趋势,窗口层理论上的最佳掺杂浓度范围为7×10¹⁹～8×10¹⁹;窗口层的带隙宽度对电池的开路电压和效率影响较大,对填充因子和短路电流有较小的影响,窗口层的最优带隙范围为1.85～2.0 eV。随着本征层厚度的增加,电池的填充因子FF和效率E_ff呈现先增加后减小的趋势,短路电流逐渐减小,而开路电压基本不变,本征层的最佳厚度是5～10 nm;当本征层的光学带隙小于1.8 eV时,对电池性能影响较小,当大于1.8 eV,电池性能急剧下降,因此本征层的最佳带隙范围是1.6～1.8 eV。     

P型微晶硅氧薄膜光电性能研究

本工作采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了P型微晶硅氧窗口层薄膜,讨论了P型微晶硅氧的光电特性随硼烷掺杂率的变化.采用紫外-可见透射光谱,拉曼光谱,傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR),暗电导测量对薄膜的光电特性进行了表征.结果表明,P型微晶硅氧材料均表现为微晶态,随着硼烷掺杂率增加,晶化程度逐步降低,暗电导率快速减小,光学带隙持续降低.该结果可归因于硼烷掺杂的增加抑制晶化使得非晶成分增多,有效掺杂率降低导致薄膜电导率下降,另一方面,对硅氧物相分离的阻碍作用导致薄膜带隙下降.硼烷掺杂率为0.4;样品的电导率高达0.158 S/cm且光学带隙为2.2 eV,兼具高透射性和良好电导率,可作为高效硅基太阳电池的窗口层.     

MoS2/SnS异质结太阳能电池的模拟研究

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料,其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近,并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>10⁴ cm^-1),因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS₂/SnS异质结太阳能电池,主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现:SnS吸收层最佳厚度为2 μm,最佳掺杂浓度为1.0×10¹⁵ cm^-3;同时高斯缺陷态浓度超过1.0×10¹⁵ cm^-3时,电池各项性能参数随着浓度的增加而减小,而带尾缺陷态超过1.0×10¹⁹ cm^-3·eV^-1时,电池性能才开始下降;其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重,界面缺陷态浓度超过1.0×10¹² cm^-2时,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外,通过模拟获得的转换效率高达24.87%,开路电压为0.88 V,短路电流为33.4 mA/cm²。由此可知,MoS₂/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。     

Photocurrent measurements on GaAs1−xNx epilayers grown by metalorganic chemical vapor deposition

GaAs_1−xN_x epilayers were grown on a GaAs(0 0 1) substrate by metalorganic chemical vapor deposition. Composition was determined by high resolution X-ray diffraction. Band gap was measured from 77 to 400 K by using photocurrent measurements. The photocurrent spectra show clear near-band-edge peak and their peak energies drastically decrease with increasing nitrogen composition due to band gap bowing in the GaAs_1−xN_x epilayers. Those red shifts were particularly notable for low nitrogen compositions. However, the shifts tended to saturate when the nitrogen composition become higher than 0.98%. When the nitrogen composition is in the range 1.68–3.11%, the measured temperature dependence of the energy band gap was nicely fitted. However, the properties for the nitrogen composition range 0.31–0.98% could not be fitted with a single fitting model. This result indicates that the bowing parameter reaches 25.39 eV for low nitrogen incorporation (x=0.31%), and decreases with increasing nitrogen composition.     

Synthesis and characterization of Cu2ZnSnSe4 nanocrystals prepared by one pot route

Quaternary compound Cu₂ZnSnSe₄ (CZTSe) is one of the most promising absorber layer materials for thin film solar cells. In present work, the CZTSe nanocrystals were successfully synthesized via one pot route, and the influences of reaction temperature on the structural, compositional, morphological and optical properties of as‐synthesized CZTSe nanocrystals were investigated in detail via X‐ray powder diffraction (XRD), energy dispersive X‐ray spectrometry (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and UV‐Vis spectrophotometry, respectively. The characterization results of as‐synthesized nanocrystals, under optimal synthesis condition (250 °C, 1 h), indicated that the nanocrystals was monodispersed with polycrystalline, the size was in the range of 10–15 nm, and the band gap energy was around 1.44 eV which is very closed to the best band gap energy for the solar cell. All results suggested that the as‐synthesized CZTSe nanocrystals were good light absorber layer material for thin film solar cell.     

Sb2(S1-x Sex)3(0≤x≤1)薄膜太阳能电池的研究进展

Sb2(S1-xSex)3(0≤x≤1)化合物是重要的半导体材料,主要包括Sb2Se3、Sb2Se3及Sb2(S,Se)3三种材料,元素储量丰富且环境友好、组分简单、价格低廉,同时其禁带宽度合适(1.1～1.8 eV),吸光系数大(＞105 cm-1),非常适合用作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池的吸收层,有可能成为下一个研究热点.本文综述了近几年来Sb2Se3、Sb2Se3及Sb2(S,Se)3薄膜太阳能电池的研究进展,并对其发展趋势进行了展望.     

钇掺杂多孔结构氧化锌纳米棒的制备与性能研究

采用两步法在二氧化锡掺氟(SnO2:F,FTO)导电玻璃基板上制备出钇(Y)掺杂多孔结构氧化锌(ZnO)纳米棒,首先利用浸渍-提拉法在FTO导电玻璃基板上制备ZnO晶种层,然后利用水热法在ZnO晶种层上生长Y掺杂ZnO纳米棒.研究了不同浓度Y掺杂ZnO纳米棒的晶相结构、微观形貌、化学组成及光学性能.实验结果表明:所制备的Y掺杂ZnO纳米棒为沿c轴择优取向生长的六方纤锌矿结构,随着Y掺杂浓度的增加,ZnO纳米棒(002)衍射峰强度先增大后减小,纳米棒的平均长度由1.3μm增加到2.6μm.ZnO纳米棒的形貌由锥状结构向柱状结构演化,纳米棒侧面的孔洞分布密度增加.所制备的Y掺杂ZnO纳米棒具有一个较弱的紫外发光峰和一个较强的宽可见发光峰.所制备样品的光学带隙随着Y掺杂浓度的增加而减小,其光学带隙在3.29～3.21 eV之间变化.利用Y掺杂ZnO纳米棒作为量子点敏化太阳能电池的光阳极可极大提高太阳电池的光电转换效率.     

CuInS2量子点敏化ZnO基光阳极的制备与性能研究

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒,采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS₂量子点制备ZnO/CuInS₂和ZnO∶Y/CuInS₂光阳极。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、电流密度-电压(J-V)曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明:所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS₂量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS₂量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。     

Ion-Beam Crystallization of InGaAs Island Nanostructures on GaAs Substrates

Crystallography Reports - The possibility of growing arrays of InxGa1 – xAs nanocrystals on GaAs substrates by ion-beam deposition is experimentally shown. The influence of...