杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响

有机-无机杂化太阳电池综合了有机、无机材料的优点,成本低、理论效率高,受到人们的广泛关注.杂化太阳电池的光活性层由无机半导体和有机共轭聚合物复合而成.当光照射到活性层上时,共轭聚合物吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子迁移到有机给体-无机受体的异质结界面处发生解离而产生自由电子和空穴;自由电子和空穴分别向无机半导体和有机聚合物传输,从而实现电荷的分离和传导.激子在有机-无机异质结界面处的分离效率是影响电池性能的一个重要因素.有机、无机两相材料往往因为接触面积小以及相容性差使此两相材料接触不佳,激子迁移到此界面不能有效分离,从而严重影响了杂化太阳电池的效率.这个问题可以通过此界面的修饰加以改善.本文即综述了有机-无机异质结界面修饰的方法、作用和意义,并展望了杂化太阳电池未来的发展趋势和应用前景.     

共轭聚合物光电探测器研究进展

相较于传统无机半导体材料,有机共轭聚合物半导体具有响应光谱高度可调、质量轻、可大面积制备、与柔性基板兼容等优点,其作为光活性层在下一代可穿戴光电探测器的应用中显示出巨大的应用潜力.共轭聚合物具有多样化的结构设计,不同的分子结构对其光物理化学性能可进行灵活调控,进而展现出各具特色的光电特性.同时,通过结构优化亦可赋予共轭...     

无机-有机杂化光催化剂:合成、机理及应用（英文）

由无机与有机组分组成的无机-有机杂化材料因其优异的性能及良好的物理化学性质在光催化领域得到了广泛的关注.目前,已经开发的单相光催化剂有很多种,但其很难同时满足宽的光激发范围以及高的光吸收能力和强的氧化还原能力等需求,因此,科研人员开发了很多方法去解决上述问题,主要包括以下两大类.第一类,修饰光催化剂扩大光激发范围以及增强可见光吸收.例如构建固溶体、引入表面缺陷、杂质掺杂、染料敏化和表面等离子体共振等策略.第二类,构建半导体异质结,通过界面处的协同作用有效促进光生电子空穴对的转移与分离.例如type II型、直接Z型以及S型异质结等.有机成分与无机成分的杂化是有效解决上述问题的方法之一.大部分有机材料具有成本低、吸光系数高以及比表面积大等优点;但低的强度以及宽的带隙限制了有机材料在光催化上的应用.而大部分无机材料具有高强度、窄带隙以及良好的光学性能.但低韧性和较差的分散性限制了无机材料在光催化上的应用.无机-有机杂化材料不仅保留了无机与有机组分的原有性质,而且界面处组分之间的协同作用会产生新的性质,如高的载流子传输能力和高的光吸收能力等.无机-有机杂化材料是多相材料,其中的一相是纳米材料...     

侧基发光性单体与无机纳米颗粒的组装及其光学性质

发光二极管可广泛应用于计算机、电视以及公共场所大型平板显示器等领域 .其所用的发光材料包括无机材料、有机小分子材料和高分子材料等几类 .作为发光材料要具有高的发光效率,良好的稳定性,以及为了实现全色显示其发光波长要能调节 .发光波长的调节,一般是通过能带的变化来实现 .通常使能带变化的方法有掺杂、改变共轭长度（有机材料） [1－ 4]、和改变颗粒大小（半导体纳米材料） [5, 6]等 .我们在进行无机半导体纳米材料与有机分子材料的组装复合时发现有机发光分子在无机颗粒表面的有序排列也能使发光波长显著变化,这可望成为调…     

含三苯胺的二苯乙烯化合物的合成及其电致发光性能

电致发光器件在光通讯、光信息处理、视频器件、测控仪器等光电子领域有着广泛而重要的应用价值.无机半导体二极管、半导体粉末、半导体薄膜等电致发光器件尽管已取得了令人注目的成就,但由于其复杂的器件制备工艺,高驱动电压、低发光效率,不能大面积平板显示,能耗较高以及难以解决短波长(如蓝光)等问题,使得无机电致发光材料的进一步发展受到一定的影响.相比之下,有机化合物可通过分子设计的方法合成数量巨大、种类繁多的有机化合物发光材料,使得有机材料构成的电致发光器件有着众多的优势,并成为目前电致发光领域的前沿研究课题之一.有关材料的制备^[1~3],发光机理^[4,5],电致发光器件的制备和性能^[6,7]的研究工作取得了相当大的进展.得到了各种发光颜色的器件,器件的发光亮度也较高.但由于电/光转换效率(量子效率)较低(小于10%),而且稳定性差,目前还只能制备出一些原型器件.     

苝二酰亚胺/聚噻吩复合膜的光电性能研究

在有机光电材料领域,光稳定性好、光谱吸收范围宽、光电转换效率高的材料是研究工作者不断追求的目标．近年来,导电聚合物研究的不断进展使得开发低成本太阳电池成为可能．共轭导电高分子材料由于在一定程度上同时具有聚合物的柔韧性和可加工性、以及无机半导体特性或金属导电性,因而具有巨大的潜在商业应用价值．     

半导体光催化模拟光合磷酸化研究(IV)-单色光(红、绿、蓝)对ATP合成的影响

报导了以无机半导体材料(Zn*Cd)S∶Ag-KI为催化剂, 红、绿、蓝3种单色光照下的光照度、照光时间、二磷酸腺苷(ADP) 浓度及催化剂量等对三磷酸腺苷(ATP)合成的影响, 获得了单色光光照度、 ADP 浓度、 Na2HPO4 (Pi)浓度及催化剂量等对ATP合成的最佳条件. 在合适的条件下, ADP 浓度为0.1 mmol/L 时的转化率平均可达到2.6～5.8 %, 绿光在合适的条件下对合成ATP有更高的效率, 说明用无机半导体代替植物叶绿体研究控制光-化学转换是完全可行的.     

阴极界面修饰层改善平面p-i-n型钙钛矿太阳能电池的光伏性能

有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿半导体材料结合了有机材料良好的溶液可加工性以及无机材料优越的光电特性,近几年受到了热捧,成为太阳能电池领域一颗耀眼的明星. 伴随着钙钛矿薄膜结晶过程和形貌的优化、器件结构的改进以及电极界面材料的开发,这类有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%迅速提高到目前最高的22.1%. 其中界面工程在提升器件性能上发挥着极其重要的作用. 本文总结了平面p-i-n型钙钛矿太阳能电池中阴极界面修饰层（CBL）的研究进展. CBL从材料上讲可分为无机金属氧化物、金属或金属盐以及有机材料,从构成上讲可分为单层CBL、双层CBLs以及共混型CBL. 本文对这些类型的CBL分别给予详细的介绍. 最后,我们归纳出CBL在改善器件效率和稳定性上所起的作用以及理想CBL所应满足的要求,希望能为以后阴极界面修饰材料的设计提供一定的借鉴.     

聚合物半导体光电转换的理论分析

导电聚合物半导体的最大特点是掺杂物在工作条件下可以移动。这类“可移动掺杂物”型半导体已被许多研究者用为光生伏打效应的材料, 目前所得到光电转换效率普遍较低。本文提出这类光电极的物理模型和数学模型, 并用数值解法解决了这个边界问题; 理论分析表明这类“可移动掺杂物”型半导体最大光电转换效率可以接近于传统无机半导体的光电转换效率; 数值解提出必须注意提高这类半导体的载流子迁移率和体内复合寿命。     

有机化合物表面光电压谱的研究

<正> 半导体与金属接触处产生表面势垒,当光照射在样品与金属的接触界面上时,在光照面和非光照面之间建立起电位差,记录这个电位差和入射光波长的关系得到表面光电压谱。表面光电压谱反映材料的光吸收性质和电子的带-带跃迁,同时又受到光生载流子寿命的影响。应用表面光电压技术已经测量了单晶半导体的光伏效应,少数载流子的扩散长度以及表面态等。近来,王德军等用表面光电压谱的方法研究了无机半导体粉末光催化剂的活性。     

新型超稳定四氢喹啉连接的共价有机骨架材料的制备及其不对称光催化性能（英文）

不对称光催化有机合成是一种可持续的、环境友好的以太阳光为能源生产光学活性化学品的方法.绝大多数不对称光催化有机合成体系是由有机染料或无机半导体作为捕光材料与手性催化剂耦合构成.然而通常面临有机染料吸收谱带窄、光腐蚀严重,以及无机半导体材料的能带结构和带隙难以调控等问题.直到目前,仍然缺乏具有可调节带隙结构和高循环稳定性的半导体材料.最近,一类通过共价键连接形成、具有晶态有序结构的共价有机骨架材料(COFs)被报道用于光催化有机合成.但多数COFs材料均由可逆的化学键(如B–O–B键、–C=N键等)构成,其化学稳定性和光稳定性有待提升.目前已报道的一些稳定COFs均基于特殊的单体结构或通过后修饰策略制备,其合成路线过长并需要对单体进行额外的修饰.本文中,我们发展了一种具有普适性的通过不可逆四氢喹啉连接的COFs材料的制备方法,并考察了该材料在不对称光催化反应中的活性和稳定性.我们以1,3,5-三(4’-醛基苯基)苯、1,3,5-三(4’-氨基苯基)苯(或联苯胺)和乙烯基乙醚为原料,以三氟甲磺酸钪和三氟甲磺酸镱为催化剂,通过一锅法波瓦罗夫反应制备了两种以不可逆四氢喹啉连接的新型共价有机骨架...     

光电高分子专辑前言

<正>随着时代的进步,电子产品的更新换代大幅提升了人们的工作效率与生活品质.各类电子元件都和半导体材料有着密不可分的联系,但这些半导体材料均基于硅、锗、砷化镓等无机材料.与无机半导体材料不同,有机/聚合物半导体材料由π共轭单元结构构建而成,具有化学结构与器件性能可控的独特优点,在制备低成本、轻柔、大面积的光电器件时,具有极大的优势.因此,有机半导体材料在有机发光二极管、聚合物太阳电池、有机场效应晶体管     

一维有机微纳米光功能材料研究进展

近年来,一维有机小分子微纳材料因为其新颖的光学性能和在未来小型化器件中的广泛应用,受到了人们越来越多的关注.相比于传统无机半导体材料,有机小分子材料具有结构多样性、功能可设计性、易大量制备、易机械加工等显著优势.本文将从一维有机小分子纳米材料的制备方法、形貌调控、光学性能(如光波导、受激发射、电致发光等),及其在光学器件上的应用出发,对近十年来的相关研究进展及成果进行总结和介绍.     

可溶液加工的有机-无机杂化钙钛矿:超越光伏应用的“梦幻”材料

有机-无机杂化钙钛矿材料是可通过溶液工艺低温制备得到的直接带隙半导体晶体薄膜.在众多可溶液加工的半导体材料中,有机-无机杂化钙钛矿薄膜是为数不多的低缺陷密度、双极子传输性能优异的晶体薄膜,同时兼具宽光谱吸收和长载流子扩散距离等特性,是平面异质结太阳能电池的理想选择.另外,作为低缺陷密度的直接带隙半导体晶体材料,杂化钙钛矿薄膜具有优异的发光特性.其发光波长可通过能带工程(在分子水平上改变其组分)进行调节,因此有望在发光二极管和激光等光电器件中得到新应用.总结了钙钛矿材料的优异特性和目前应用研究的进展,并对其未来发展做了展望.     

旋转涂布法制备MoO3变色薄膜的研究

近二十年来,过渡金属氧化物半导体薄膜因其具有光致变色/电致变色特性,可作为无机变色材料广泛应用于信息存储、显示以及灵敏器件等方面,而成为材料科学领域的研究热点之一^[1～4].     

CdS薄膜及其光电化学电池阳离子识别特性的研究

半导体材料CdS薄膜具有优良的光电特性,一直受到人们的关注,广泛用于许多无机薄膜太阳电池的n型窗口层[1,2]。用CdS薄膜组装的光电化学电池也一度引起人们的极大兴趣。二十世纪七十年代以来,半导体光电化学在光能-电能转换、光能-化学能转换和太阳能的光电化学利用方面得到了蓬     

溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺/二氧化钛感光杂化材料

高聚物 -无机物纳米杂化材料的研究已成为当今高分子化学和物理、无机化学和材料化学等许多学科交叉的前沿领域 [1] .聚酰亚胺因其特有的优越性能而成为聚合物中的热选材料 ;感光聚酰亚胺除具备常规聚酰亚胺的优良性能 ,还由于可在材料上直接刻蚀图形 ,简化工艺步骤 [2 ] ,作为通信产业中光波导、光联接等装置的材料而受到市场的关注 .目前有很多关于无机材料 Ti O2 和 Si O2 用于电光领域材料[3～ 5] 及其与聚合物形成的杂化材料用于制作光波导、光联结等电光领域的文献 [6,7] 报道 ,但很少见到可直接刻蚀图形的无机 /聚酰亚胺杂化材料 […     

纳米异质结光催化剂制氢研究进展

随着世界经济的迅猛发展,人们生活水平飞速提高的同时,能源短缺和环境污染成为当前人类可持续发展过程中的两大严峻问题.氢作为一种能源载体,能量密度高,可储可运,且燃烧后唯一产物是水,不污染环境,被认为是今后理想的无污染可再生替代能源.20世纪60年代末,日本学者Fujishima和Honda发现光照n-型半导体TiO2电极可导致水分解,使人们认识到了利用半导体光催化分解水制氢可直接将太阳能转化为氢能的可行性,利用半导体光催化分解水制氢逐渐成为能源领域的研究热点之一.然而,单相光催化材料的光生电子和空穴复合仍然严重,光催化制氢效率低,无法满足实际生产需要;另外,单相光催化材料不能同时具备较窄的禁带、较负的导带和较正的价带.近年来,国内外学者在新型光催化材料的探索、合成和改性以及光催化理论等领域开展了大量研究工作.不断有不同种类的半导体材料被研究和发展为光催化分解水制氢催化材料.例如,具有可见光催化活性的阴、阳离子掺杂TiO2,具有可见光下光解纯水能力的In0.9Ni0.1TaO4,在256 nm紫外光辐照下量子效率达到56%的镧掺杂NaTaO3,CdS以及(AgIn)xZn2(1-x)S2等.在现有的光催化材料中,单相光催化材料可以通过掺杂、形貌控制合成、晶面控制合成、染料敏化和表面修饰等提高其光催化活性.复合型光催化材料则能通过组合不同电子结构的半导体材料并调控其光生载流子迁移获得优异的光催化制氢性能,大幅拓展了光催化制氢材料的研究范围和提升了光催化制氢性能.构建异质结能够有效提高光生电子-空穴分离效率,促使更多的光生电子参与光催化制氢反应,提高其氧化还原能力,从而提高其光催化制氢效率.在I-型纳米异质结中,半导体A的价带高于半导体B,而导带则是前者高于后者,光照时,光生电子-空穴对的迁移速率是不同的,延长了光生电子的寿命,从而提高了材料的光催化活性.但是在I-型异质结中,电子和空穴都集中在B半导体上,这样光生电子-空穴对的复合几率仍然很高.II-型异质结中电子和空穴的富集处各不相同,因此使用范围也更广泛一些.光辐照激发时,光生电子从半导体B的导带迁移到半导体A的导带上,而空穴则从半导体A的价带向半导体B的价带上转移,从而形成了载流子的空间隔离,有效抑制其复合.但是,在这个类型的异质结中,光生电子转移到了相对位置较低的导带,而空穴则转移到相对位置较高的价带,这样就降低了光生电子的还原能力和空穴的氧化能力.pn型异质结中,在两种半导体相互接触时,由于电子-空穴对的扩散作用,两种半导体的能带发生漂移,其中p型上移,n型下移.而且在两种半导体异质结的界面处会产生空间电荷层,在这个电荷层的作用下,在异质结界面上形成内建电场.在合适波长的光源辐照的条件下,两种半导体同时被激发,光生电子在内建电场的作用下,从p型半导体快速迁移到n型半导体上,而n型半导体中留在价带上的空穴则快速迁移到p型半导体上,这样光生电子-空穴对就得到了有效的分离.在以Z型载流子迁移为主导的异质结构材料中摈弃了中间媒介,通过控制界面的载流子迁移使低能量的光生电子与空穴直接复合保留高能量的光生电子-空穴,从而提高了材料的光催化效率.本文介绍了纳米异质结光催化剂在设计合成方面的研究进展,总结了几种纳米异质结(I-型、II-型、pn-型及Z-型)的光催化原理及其在制取氢气方面的研究进展,并展望了研究发展方向.期望本文能够加深研究者对该领域的理解,为今后高效光催化材料的设计提供帮助和指导.     

纳米异质结光催化剂制氢研究进展（英文）

随着世界经济的迅猛发展,人们生活水平飞速提高的同时,能源短缺和环境污染成为当前人类可持续发展过程中的两大严峻问题.氢作为一种能源载体,能量密度高,可储可运,且燃烧后唯一产物是水,不污染环境,被认为是今后理想的无污染可再生替代能源.20世纪60年代末,日本学者Fujishima和Honda发现光照n-型半导体TiO_2电极可导致水分解,使人们认识到了利用半导体光催化分解水制氢可直接将太阳能转化为氢能的可行性,利用半导体光催化分解水制氢逐渐成为能源领域的研究热点之一.然而,单相光催化材料的光生电子和空穴复合仍然严重,光催化制氢效率低,无法满足实际生产需要;另外,单相光催化材料不能同时具备较窄的禁带、较负的导带和较正的价带.近年来,国内外学者在新型光催化材料的探索、合成和改性以及光催化理论等领域开展了大量研究工作.不断有不同种类的半导体材料被研究和发展为光催化分解水制氢催化材料.例如,具有可见光催化活性的阴、阳离子掺杂TiO_2,具有可见光下光解纯水能力的In_(0.9)Ni_(0.1)TaO_4,在256 nm紫外光辐照下量子效率达到56%的镧掺杂NaTaO_3,CdS以及(AgIn)_xZn_(2(1-x))S_2等.在现有的光催化材料中,单相光催化材料可以通过掺杂、形貌控制合成、晶面控制合成、染料敏化和表面修饰等提高其光催化活性.复合型光催化材料则能通过组合不同电子结构的半导体材料并调控其光生载流子迁移获得优异的光催化制氢性能,大幅拓展了光催化制氢材料的研究范围和提升了光催化制氢性能.构建异质结能够有效提高光生电子-空穴分离效率,促使更多的光生电子参与光催化制氢反应,提高其氧化还原能力,从而提高其光催化制氢效率.在I-型纳米异质结中,半导体A的价带高于半导体B,而导带则是前者高于后者,光照时,光生电子-空穴对的迁移速率是不同的,延长了光生电子的寿命,从而提高了材料的光催化活性.但是在I-型异质结中,电子和空穴都集中在B半导体上,这样光生电子-空穴对的复合几率仍然很高.II-型异质结中电子和空穴的富集处各不相同,因此使用范围也更广泛一些.光辐照激发时,光生电子从半导体B的导带迁移到半导体A的导带上,而空穴则从半导体A的价带向半导体B的价带上转移,从而形成了载流子的空间隔离,有效抑制其复合.但是,在这个类型的异质结中,光生电子转移到了相对位置较低的导带,而空穴则转移到相对位置较高的价带,这样就降低了光生电子的还原能力和空穴的氧化能力.pn型异质结中,在两种半导体相互接触时,由于电子-空穴对的扩散作用,两种半导体的能带发生漂移,其中p型上移,n型下移.而且在两种半导体异质结的界面处会产生空间电荷层,在这个电荷层的作用下,在异质结界面上形成内建电场.在合适波长的光源辐照的条件下,两种半导体同时被激发,光生电子在内建电场的作用下,从p型半导体快速迁移到n型半导体上,而n型半导体中留在价带上的空穴则快速迁移到p型半导体上,这样光生电子-空穴对就得到了有效的分离.在以Z型载流子迁移为主导的异质结构材料中摈弃了中间媒介,通过控制界面的载流子迁移使低能量的光生电子与空穴直接复合保留高能量的光生电子-空穴,从而提高了材料的光催化效率.本文介绍了纳米异质结光催化剂在设计合成方面的研究进展,总结了几种纳米异质结(I-型、II-型、pn-型及Z-型)的光催化原理及其在制取氢气方面的研究进展,并展望了研究发展方向.期望本文能够加深研究者对该领域的理解,为今后高效光催化材料的设计提供帮助和指导.     

无机卤化物钙钛矿纳米结构的带隙可调制备及光电应用研究

在半导体领域,通过合金化集成两种以上半导体的单纳米结构近年来相继问世,随着纳米材料的成分变化,可以灵活实现半导体的带隙调控,在光通信以及集成光电器件领域有着广泛的应用。然而,传统半导体纳米结构因不同成分之间存在晶格失配,其带隙调节的范围受到了很大限制。因此,钙钛矿作为对晶格失配具有高容忍度的半导体材料,在半导体带隙调控及器件研究领域显示出了巨大的潜力。本文综述了无机卤化物钙钛矿一维合金纳米材料的合成方法以及近年来的研究进展,总结了可调带隙钙钛矿一维合金纳米材料在光电子器件领域中的应用,包括波长可调谐纳米激光器、光电探测器、白光发光二极管、全光开关、太阳能电池等。实现单纳米结构带隙工程将对未来集成器件的发展产生深远的影响。