钙钛矿单晶的合成研究进展

钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因此有望制备出更高效且更稳定的钙钛矿太阳能电池。本文简要介绍了单晶钙钛矿太阳电池的基本结构及其发展历程,着重介绍了有关单晶钙钛矿薄膜和块状单晶钙钛矿的制备方法,并且对不同方法制备的单晶钙钛矿太阳能电池的效率进行了比较,最后对单晶钙钛矿太阳能电池当前存在的问题以及未来发展进行了简要分析和展望。     

钙钛矿型闪烁晶体的研究进展

闪烁晶体材料一般可用于X射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测。经过100多年的发展,以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。随着人们对闪烁晶体材料进一步深入的研究和科技的发展,现今市面上较好的LaBr₃∶Ce等卤化物闪烁晶体由于生产成本过高、各向异性及脆性等缺点逐渐不能满足发展的需要,而钙钛矿型闪烁晶体材料由于其容易被改善的潮解性、低的生产成本、易于调整的生长条件以及良好的闪烁性能,逐步进入人们的视野。本文从晶体结构、性能、生长方法、发展趋势和应用前景等方面,着重介绍了ABX₃(A⁺为Cs⁺,B²⁺为部分碱土金属离子,X^-为非氟卤族元素离子)钙钛矿型闪烁晶体材料和K基钙钛矿结构闪烁晶体材料。最终,通过掺杂部分稀土元素和改善生长工艺等方法,即可得到光输出高、能量分辨率好,且成本较低、可广泛应用于市场的钙钛矿型闪烁晶体。     

熔体法制备无机钙钛矿半导体核辐射探测晶体与器件的研究进展

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场景来优化半导体器件设计,才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此,本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度,探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能,以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。     

倒置平面结构(p-i-n型)钙钛矿太阳能电池研究进展

自从2009年钙钛矿结构的材料首次应用到太阳能电池研究领域,由于其具有多方面优异的性能,在短短的几年内便得到了迅速的发展.目前,钙钛矿太阳能电池的最大光电转换效率已经达到了22.7;,且有进一步提升的趋势.相比于正置结构的钙钛矿太阳能电池,倒置平面结构的钙钛矿太阳能电池具有更低的成本和更简单的制备工艺,有望实现规模化应用.本文重点介绍了倒置结构钙钛矿太阳能电池的研究进展.首先介绍了钙钛矿太阳能电池的发展历程,然后详细介绍了倒置平面结构(p-i-n型)太阳能电池的结构和研究现状,最后总结了目前钙钛矿太阳能电池研究面临的几个亟需解决的问题,并对钙钛矿太阳能电池的研究和应用前景进行了展望.     

畸变钙钛矿结构的晶体定向转换方法与应用

钙钛矿结构的复杂氧化物因其丰富的物理性能而成为研究热点.本文选取了SrTiO3、BiFeO3、NdGaO3三种钙钛矿结构的氧化物材料,运用透射电镜、JEMS软件模拟等方法研究其晶体结构转换关系.通过对正交、菱方畸变的钙钛矿结构进行立方定向转换的具体方法做理论推导,得到了三种定向之间的转换矩阵,并结合电子衍射、模拟、高分辨像验证了推导结果.我们的研究为畸变钙钛矿结构材料统一为等效立方晶胞讨论提供了依据.     

少铅/无铅钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池作为一种新型的低廉高效的光伏材料在近年来备受关注。铅基钙钛矿太阳能电池有光电转换效率高、成本低、易制备等优点,然而由于铅的毒性以及由此带来的环境污染问题在很大程度上限制了其进一步商业化应用。因此人们开发出一系列新型无毒或低毒钙钛矿材料用于制备环境友好的少铅/无铅钙钛矿太阳能电池。本文简明扼要地介绍了钙钛矿材料的结构和形成条件,着重回顾了Sn基钙钛矿太阳能电池的发展历程,对ⅣA族元素Ge,ⅡA族元素Mg、Ca、Sr和Ba,ⅤA族元素Bi和Sb,ⅢA族元素In以及过渡金属元素Cu等取代或部分取代Pb,以及通过调节卤素X与正离子A的组成及配比来调控少铅或无铅钙钛矿材料性能进行了总结,对少铅/无铅钙钛矿太阳能电池器件研究进展进行了综述,并对其未来的发展方向进行了展望。     

A2 BNiX6型双钙钛矿分子光电性质的第一性原理研究

A2 BB′X6型双钙钛矿分子材料由于其结构稳定、性质优异、成本低廉等优点受到了人们的广泛关注,具有无毒、环境稳定性高等特点,同时也成为目前太阳能电池研究领域的热点.为了筛选优质的双钙钛矿分子,本文采用密度泛函理论设计了10种A2 BNiX6型双钙钛矿分子.研究了分子的结构稳定性、电子性质和光学性质,分析了不同位置的元素对其能带和光学性质的影响.研究结果表明,A2 BNiX6型双钙钛矿都是直接带隙,非常有利于可见光的吸收.尤其是X位置为F原子的A2 BNiF6的4种双钙钛矿带隙值为1.52～1.69 eV,非常适合作为光吸收材料.光学性质研究表明,A2 BNiF6双钙钛矿是一种透明材料,在透明发光材料方面具有广泛的应用前景.尽管相对于杂化泛函存在一定误差,但这些研究为双钙钛矿太阳能电池的吸光材料提供了理论支持.     

铅基卤化物钙钛矿太阳电池的模拟研究

多元硫化物Cd_0.5Zn_0.5S和氧化亚铜Cu₂O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu₂O和Cd_0.5Zn_0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明:当光吸收层(CH₃NH₃PbI₃)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm;当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×10¹⁴ cm^-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小;此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为:开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm²,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu₂O/CH₃ NH₃PbI₃/Cd_0.5Zn_0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。     

钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性研究

近年来,有机-无机钙钛矿太阳能电池由于卓越的光电性能和极低的材料成本引起广泛关注,更被认作是一种前景广阔的光伏材料.目前,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经超过22;,展示了极大的发展潜力,但对紫外线辐射和水的长期稳定性差.因此,关于钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在电池的高效性和稳定性.本文对提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性的多种方法进行综述,介绍了近期获得的突破,旨在为实现提高钙钛矿太阳能电池的高效性和稳定性提供基本依据.     

零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶的生长和X射线探测性能

金属卤化物低维钙钛矿具有高效的发光性能,并且作为闪烁体在辐射探测领域表现出极大的潜力。本文采用布里奇曼坩埚下降法生长出全无机零维钙钛矿结构Cs₃Cu₂Br₅单晶。研究了Cs₃Cu₂Br₅的光学吸收、光致激发和发射,时间分辨光致发光和以及X射线探测性能。Cs₃Cu₂Br₅晶体结构为正交晶系,空间群为Pnma。在X射线激发下,Cs₃Cu₂Br₅晶体具有峰值约为467 nm的宽带发射,该发射来自自陷激子发射。Cs₃Cu₂Br₅的稳态光产额约为4 000 ph./MeV,且X射线余辉性能表现与BGO晶体相当。     

A Mechanism of High-Tc Superconductivity Relating to Perovskite Crystal Structure

A mechanism of high-T_c superconductivity related to the perovskite crystal structure is proposed by a “phonon attenuation model”, which means that in the perovskite-like crystal structure, a number of “ordering” vacancies or holes occur due to the non-stoichiometric structure features. Such a reticular “spongly-like” structure facilitates lattice thermovibration attenuation perovskite (phonon attenuation) during temperature reduction. This leads to an abrupt drop of the resistivity, owing to the conduction electrons transmitted through the media without collision with irregularities in the lattice due to the lattice thermovibration. This probably is the main reason for high-T_c superconductivity of the perovskite cuprates.     

二维层状金属碘化物的制备及光电磁器件的应用进展

二维金属碘化物,呈现范德瓦耳斯层状堆垛结构,平均原子序数大,具有合适的能带间隙、强的磁电耦合效应,是一种新型的光电探测材料,能被用于制备高能射线探测器,且一些磁性二维金属碘化物能被用于磁电器件。由于其在光电磁器件方面的潜在应用,近期成为了低维材料研究的热点。并且在材料制备方面,层状金属碘化物一般熔点较低,制备条件温和简单,可用于二维层状材料生长机理的研究。本文首先介绍了层状金属碘化物的结构、性质,然后着重阐述了二维层状金属碘化物的制备方法,最后讨论了层状金属碘化物在光电磁器件方面的应用。期望读者对二维层状金属碘化物有更深入的了解,更好地推动二维层状金属碘化物的应用。     

半绝缘碳化硅单晶衬底的研究进展

碳化硅(SiC)被认为是最重要的宽禁带半导体材料之一,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质.基于SiC材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行,而且在高电压、高频率状态下也具有更高的可靠性.近20年来,随着材料生长技术、制造工艺与器件物理的迅速发展,SiC材料及器件在雷达...     

传统合金型热电材料研究进展

随着热电材料制备方法的多样化和性能表征手段的具体化,合金型热电材料以其优异性能在众多热电材料中脱颖而出,成为拥有高热电性能和高转换率的热电材料.主要介绍了根据适用温度划分的三类传统合金型热电材料:低温热电材料Bi2 Te3、中温热电材料PbTe和高温热电材料SiGe,重点归纳总结了金属合金热电性能优化方法,最后概述了其实际应用领域并展望其未来的发展前景.     

PVT法生长4H-SiC晶体及多型夹杂缺陷研究进展

作为第三代半导体材料的典型代表,碳化硅因具备宽的带隙、高的热导率、高的击穿电场以及大的电子迁移速率等性能优势,被认为是制作高温、高频、高功率以及高压器件的理想材料之一,可有效突破传统硅基功率半导体器件的物理极限,并被誉为带动“新能源革命”的绿色能源器件。作为制造功率器件的核心材料,碳化硅单晶衬底的生长是关键,尤其是单一4H-SiC晶型制备。各晶型体结构之间有着良好的结晶学相容性和接近的形成自由能,导致所生长的碳化硅晶体容易形成多型夹杂缺陷并严重影响器件性能。为此,本文首先概述了物理气相传输(PVT)法制备碳化硅晶体的基本原理、生长过程以及存在的问题,然后针对多型夹杂缺陷的产生给出了可能的诱导因素并对相关机理进行解释,进一步介绍了常见的碳化硅晶型结构鉴别方式,最后对碳化硅晶体研究作出展望。     

低维第五主族纳米材料的研究进展:从结构性质到制备应用

石墨烯的零带隙和二硫化钼载流子迁移率低的性质阻碍了它们在电子器件中的应用。单层黑磷的成功制备和磷烯的直接带隙、较高的载流子迁移率和负的泊松比等性质弥补了石墨烯和二硫化钼的不足,引发了人们对低维第五主族纳米材料的研究兴趣,使低维第五主族纳米材料在材料科学和光电子等领域快速发展。本文总结了近几年第五主族低维纳米材料的一些研究成果,结合理论计算和实验合成两个方面进行研究,分析了材料的结构和性能之间的关系,最后对上述材料的制备方法及应用情况进行了总结。低维第五主族纳米材料呈现出多种晶体结构、较高的动力学稳定性、丰富的电子结构性质和较高的载流子迁移率等特性。上述性质使得低维第五主族纳米材料在低维光电子器件等方面具有广泛的应用前景。     

基于钠助熔剂法的GaN单晶生长研究进展

宽禁带氮化镓(GaN)材料以其独特的性质和应用前景成为国内外研究的热点,高质量GaN单晶衬底的制备是获得性能优异的光电子器件和功率器件的基础。钠助熔剂法生长条件温和,易获得高质量、大尺寸的GaN单晶,是一种具有广阔商业化前景的GaN单晶生长方法。钠助熔剂法自20世纪90年代末期被发明以来,经过20多年的发展,钠助熔剂法生长的晶体在尺寸与质量上都取得了长足的进步。本文从晶体生长原理和关键工艺(籽晶选择、温度梯度以及添加剂)等方面综述了钠助熔剂法生长GaN单晶研究进展,并对其面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。