Chevrel相MxMo6S8化合物电荷转移和Mo原子上4d轨道能级的分裂

本文用配位场方法导出了Chevrel相M_xMo₆S₈化合物中M和Mo₆S₈原子簇间电荷转移和Mo原子上4d轨道能级分裂的解析关系。结合PbMo₆S₈的反射光谱,求得Mo₆S₈原子簇至Pb的电子转移数为1.18,和以前一般文献上认为的两个电子从Pb转移至Mo₆S₈不同。Mo₆上的4d电子数为18.8。 关键词：     

水热法制备Mo1-XWXS2合金材料及晶体结构的研究

采用水热合成法制备合金半导体材料Mo_1-XW_XS₂（X为浓度）,并应用扫描式电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱仪（Raman）对其形貌和晶体结构进行表征。实验结果表明,由SEM形貌测试发现,随着掺杂浓度的增加,Mo_1-XW_XS₂片状合金材料表面逐渐粗糙;由XRD晶体结构表征发现,随着掺杂浓度的增加,Mo_1-X W_XS₂的晶格常数逐渐增大;在合金材料的拉曼频移中,随着掺杂浓度的增加,Mo_1-XW_XS₂中A_1g振动模发生蓝移,而E¹_2g振动模发生红移。通过晶格结构和拉曼频移的检测和分析,证实水热合成法可制备不同浓度的Mo_1-XW_XS₂合金半导体材料。本方法可进一步拓展为二硫族化物合金...     

硫系非晶半导体薄膜中的超快光 Kerr效应

利用飞秒激光超外差光Kerr(OHD-OKE)技术研究了As₂S₃, As₂Se₃, GeS₂, GeSe₂, Ge₂₀As₂₅S₅₅, Ge₂₀As₂₅Se₅₅, Ge₁₀As₄₀S_{20关键词： 全光开关 硫系非晶半导体薄膜 飞秒激光超外差光Kerr(OHD-OKE) 三阶非线性}     

Bi4Se3薄膜的声子结构及电声子相互作用的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论,运用第一性原理研究两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的声子结构和电-声子相互作用.结果表明两种终结面的Bi₄Se₃薄膜体系都是动力学稳定的. Bi₄Se₃薄膜中插入的Bi₂双原子层与Bi₂Se₃五原子层的声子投影态密度并不完全匹配,这会阻碍部分声子的输运,降低热导,从而有利于提高材料的热电性能.另外,两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的电-声子耦合系数都不太大（约0.278）,有利于制备基于室温工作的电子学器件.     

反应扩散法制备的PbMo6S8超导带的超导特性

本文报道反应扩散法制备Chevrel相PbMo₆S₈超导带材的过程以及带材的超导特性。Mo带与H₂S气体反应生成单相的Mo-S化合物(MoS₂或Mo₂S₃,根据反应温度而定),再与Pb的蒸汽反应生成单相的PbMo₆S₈薄层。PbMo₆S₈超导层的临界温度T_c=13.0 关键词：     

铁电极化翻转对硅烯异质结中电子性质的调控

硅烯是硅原子蜂窝状排列构成的二维材料,由于其层内硅原子不在同一平面上而易受到电场等调控,近年来成为理论和实验研究的一个热点.借助于第一性原理计算方法,详细研究了硅烯和二维铁电材料In₂S₃单层材料异质结的堆垛形式和电子结构.计算结果表明,硅烯和In₂S₃可以形成稳定的异质结,In₂S₃衬底的自发铁电极化对硅烯能带有显著调控作用.铁电极化方向向上时,自发极化电场和衬底的共同作用在狄拉克点打开能隙,K和K’点贝利曲率符号相反,对应能谷霍尔效应态.铁电极化方向向下时,硅烯和In₂S₃之间间距变小,费米能级有能带穿过,对应金属态.研究结果对铁电调控硅烯二维异质结提供参考,为硅烯异质结在信息存储领域的应用指明方向.     

单层WS2xSe(2(1-x))合金的制备及其光学性能探究

为了全面理解过渡金属硫族化合物合金成分变化对其带隙及光学性能的影响，通过调控非金属生长源S粉和Se粉的比例，采用化学气相沉积法，制备了一系列具有不同成分的大尺寸单晶WS_2xSe₍2(1-x))合金.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱等对其形貌、结构及光学性能进行了研究.实验结果表明：单层单晶WS_2xSe₍2(1-x))合金成分均匀且具有非线性光学特性.随着合金中非金属S含量的增多，单层WS_2xSe₍2(1-x))合金的拉曼峰发生蓝移；且其带隙也随S的增多而逐渐变大，发光和吸收峰位均逐渐蓝移.     

第一性原理研究单层Ge2X4S2(X=P,As)的热电性能

单层Ge₂X₄S₂(X=P, As)是最近预测的一种二维层状材料,它们不仅拥有高的光吸收系数,同时还有较高的载流子迁移率,这意味着它们在光电和热电领域可能有较好的应用前景.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论系统地研究了这两种材料的热电性质.结果表明,单层Ge₂P₄S₂和Ge₂As₄S₂在室温下展现较低的晶格热导率,沿armchair方向分别为3.93 W·m^-1·K^-1和3.19 W·m^-1·K^-1, zigzag方向分别为4.38 W·m^-1·K^-1和3.79 W·m^-1·K^-1,这主要是由低的声子群速度、大的格林艾森参数以及小的声子弛豫时间造成的.基于HSE06泛函计算出的能带结构表明单层Ge₂     

基于形变势理论的掺杂计算Sb2Se3空穴迁移率

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种元素丰富、经济且无毒的太阳电池吸收层材料.太阳电池的性能在很大程度上取决于载流子的传输特性,然而在Sb₂Se₃中,这些特性尚未得到很好的理解.通过密度泛函理论和形变势理论,本文对纯Sb₂Se₃以及掺杂了As, Bi的Sb₂Se₃的空穴传输特性进行研究,计算并分析了影响迁移率的3个关键参数:有效质量、形变势和弹性常数.结果显示,有效质量对迁移率具有最大影响,掺杂Bi的Sb₂Se₃表现出最高的平均迁移率.同时发现, Sb₂Se₃的空穴迁移率呈现出明显的各向异性,其中x方向的迁移率远高于y,z方向,这应该与x方向的原子主要以较强的共价键连接,而y, z方向以较弱的范德瓦耳斯力连接有关.载流子传输能力强的方向有助于有效传输和收集光生载流子,本研究从理论上强调了控制Sb₂Se_3...     

新型硒化锑薄膜太阳电池背接触优化

硒化锑(Sb₂Se₃)具有低毒、原材料丰富和光电性能优异等优点,被认为是最具有发展潜力的薄膜太阳电池光吸收层材料之一.但目前Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率与碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿等太阳电池相比仍存在较大差距.限制Sb₂Se₃薄膜太阳电池光电转换效率进一步提升的关键因素之一是,太阳电池结构中Mo背电极和Sb₂Se₃薄膜构建的背接触界面处容易形成较高的势垒,降低载流子的抽取效率.本工作则对Mo背电极进行热处理生成缓冲层MoO₂薄膜,发现缓冲层MoO₂的引入,可有效地促进Sb₂Se₃薄膜的择优取向生长,同时实现太阳电池Mo/MoO2/Sb₂Se₃背接触势垒降低,相应的填充因子、开路电压和短路电流密度均获得显著提高,构建的太阳电池光电转换效率从5.04%提升至7.05%.     

钼铁硫原子簇化合物的合成与结构化学Ⅲ*以Fe(SR)6为桥的双立方烷化合物的磁学研究

以Fe(SR)₆为桥的系列钼铁硫双立方烷化合物(Et₄N)₄[(MoFe₃S₄(SR)₃)₂Fe(SR)₆],R=ph,o-tol,m-tol和p-tol的磁极矩和¹H-NMR数据作了报导和分析,并与类似的化合物作比较,讨论了它们的电子结构和磁结构。在类立方烷单元[MoFe₃S₄]中未配对电子有明显的离域性,过渡金属原子之间有很强的反铁磁偶合作用。整个分子形成三个基本上相互独立的磁性中心。     

Sb2Se3薄膜表面和界面超快载流子动力学的瞬态反射光谱分析

Sb₂Se₃是一种低成本、环境友好、具有良好应用前景的光伏材料.目前Sb₂Se₃太阳能电池的光电转换效率已经提高到了10%.载流子复合动力学是决定Sb₂Se₃太阳能电池光电转换效率的关键因素.本文利用飞秒时间分辨表面瞬态反射谱详细分析了Sb₂Se₃表面、Sb₂Se₃/CdS界面载流子复合动力学过程.根据相对反射率变化?R/R的演化,得到Sb₂Se₃载流子热化、带隙收缩时间约为0.2—0.5 ps,估计热载流子冷却时间为3—4 ps.还实验证实在Sb₂Se₃/CdS界面处存在自由电子转移和浅束缚电子转移两种电子转移过程.本文提供了Sb₂Se₃表面瞬态反射谱分析方法,所得实验结果拓展了对Sb₂Se₃表...     

非晶态As-Se二元系短程结构的EXAFS研究

用12kW转靶X射线衍射装置测定了非晶半导体a-As₂Se₃,a-AsSe以及a-As_0.05,Se_0.95的k吸收EXAFS,a-As₂Se₃经T≤T_g(玻璃转变温度)的不同温度处理后,亦进行了测定。由获得的径向结构函数分析表明:尽管a-As₂Se₃的短程结构与晶态c-As₂Se₃十分相似,但经过低于T_g的退火处理后,其径向结构函数发生了一定的变化。熔态淬火制备的a-As₂Se₃块体亦发生结构弛豫。此外,在非晶态As-Se二元系中随As含量的变化,材料的近程结构亦不同。 关键词：     

新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种二元单相化合物, 原料储量大、毒性低、价格便宜; 同时其禁带宽度合适(～1.15 eV), 吸光系数大(>10⁵ cm^-1), 长晶温度低, 非常适合制作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池, 理论光电转换效率可达30%以上. 目前文献报道的Sb₂Se₃薄膜太阳能电池效率已达3.7%, 初步证明了Sb₂Se₃材料在薄膜太阳能电池应用方面的巨大潜力. 本文综述了近年来Sb₂Se₃太阳能电池的研究进展, 着重介绍了Sb₂Se₃的材料特性和薄膜制备及相关理论研究, 阐述了不同结构电池器件的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

单层MoSSe力学性质的分子动力学模拟研究

硫硒化钼(MoSSe)是一种新型二维“双面神”半导体材料,具有丰富的物理、化学、力学与电学性质.本文基于Stillinger-Weber势函数,采用分子动力学模拟方法对不同温度下的完美和含晶界MoSSe单层结构展开详细的力学行为分析.结果表明:完美单层MoSSe结构的力学性能呈现明显的各向异性;在单向拉伸作用下,其杨氏模量、强度极限和极限应变均随温度的升高而降低;当温度低于100 K时,沿锯齿形手性方向受拉伸作用的单层MoSSe结构发生由六环蜂窝相向四方相的相变,新四方相的杨氏模量约为原相结构的1.3倍且强度显著提升;当温度高于100 K时,沿锯齿形手性方向拉伸呈现脆性断裂;含晶界单层MoSSe结构受拉伸作用首先在晶界处产生裂缝,并逐步扩展至整个结构后断裂.锯齿形偏向晶界结构的强度随倾斜角度的增大而降低,扶手椅形偏向晶界结构也呈下降趋势.本研究对基于单层MoSSe的电子器件的强度设计和性能优化具有重要指导意义.     

四元硫化物Cu2Zn(Ti,Zr, Hf)S4:一类新颖光伏材料

采用第一性原理电子结构方法研究了四价过渡金属Ti, Zr和Hf替代Cu₂ZnSnS₄(CZTS)中Sn原子以及Se替代S原子所得到的四元硫族化合物的电子结构、光学性质和晶体结构的稳定性. 实验上用Se替代CZTS中部分S得到的Cu₂ZnSnS_4-xSe_x(CZTSSe)作为光吸收材料, 可以进一步提高光伏效率. 我们计算表明用Se替代S后, CZTSe的价带顶明显下移, 并接近Cu(In, Ga) Se₂ (CIGS)价带顶位置. 与CZTSe的电子结构特征一样, Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄四元硫化物的价带顶与母体材料CZTS相比也向低能移动, 并接近CIGS价带顶位置. 由于高光伏效率要求窗口材料ZnO、缓冲层材料和光吸收材料的价带顶和带隙满足一定的渐进的变化关系, 因此可以预见用Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄作光吸收材料可以有效地提高甚至接近CIGS的光伏效率. 通过计算弹性常数和声子谱, 以及有限温度下第一性原理分子动力学模拟, 发现Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄的结构稳定性与CZTS相近. 进一步计算Cu₂Zn(Ti, Zr, Hf)S₄与不同缓冲层间和窗口材料与缓冲层间的反射系数, 并讨论了ZnSe, In₂S₃, ZnS作为缓冲层材料和TiO₂作为窗口材料对光伏效率可能的影响.     

不同比例的MEH-PPV与PCBM共混体系光电池性能研究

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2^/-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(donor,D), PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料(acceptor,A),制成了不同比例的共混体系太阳电池.从不同比例的D/A材料共混体系的原子力图、光荧光谱、器件的单电荷传输的暗导J-V图、太阳电池的光敏图及器件双电荷传输的光、暗导J-V图方面,详细分析了不同比例的D/A材料对器件性能影响.得出了当D/A材料比例为1∶4时,器件中活性层能形成良好的互穿网络,光生激子能有效地分离,被分离的电荷能有效地传输,太阳电池的性能最好.其光电池在100mW/cm²强度光照下,其开路电压V_oc为0.8V,短路电流密度J_sc为3.47mA/cm²,填充因子FF为55.9%,能量转换效率η为1.55%. 关键词： 太阳能电池 聚合物 性能     

结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射研究GexGa8S92-x玻璃结构

本文在固定Ga原子含量为8%的情况下,结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射光谱对硫系玻璃Ge_xGa₈S_92-x(x=24%,26.67%,29.6%,32%和36%)的结构进行了研究.通过分析玻璃结构中各单元结构的演变情况,发现玻璃内部网络结构主要为S原子桥接GeS₄和GaS₄四面体结构.随着Ge含量的逐渐增大,S链状或环状结构单元迅速减少,并消失于Ge_26.67Ga₈S_65.33玻璃组分中;而类乙烷结构S₃Ge-GeS₃中的Ge—Ge同极键和S3Ge/Ga-Ga/GeS3结构中的M—M (Ge—Ge,Ga—Ga或Ge—Ga)同极键同时出现于Ge_29.6Ga₈S_62.4玻璃中,并且其结构数量随着Ge含量的增大而逐渐增加.由此可以判定,首先,在硫系玻璃Ge_xGa₈     

Bi2S3/BiOCl复合光催化剂的水热合成及其高活性

采用一种简便的水热法在433 K的温度下成功合成了具有不同Bi₂S₃质量分数的Bi₂S₃/BiOCl复合光催化剂,利用各种技术对其进行了表征.在紫外光照射下,以甲基橙水溶液的光催化降解为模型反应,评价了Bi₂S₃/BiOCl复合光催化剂的活性.研究结果表明:与纯Bi₂S₃和纯BiOCl相比,Bi₂S₃/BiOCl样品明显具有更高的光催化性能,尤其当Bi₂S₃在Bi₂S₃/BiOCl中的质量分数为26.5%时,Bi₂S₃/BiOCl复合催化剂的光催化活性与商业P25(TiO₂)的活性非常接近,而这种商业P25在紫外光照射下是公认的高效光催化剂.这种明显提高的光催化活性主要归功于光生电子和空穴在Bi₂S₃和BiOCl形成异质结界面上的有效转移,降低了电子-空穴对的复合.     

20GeS2·80Sb2S3硫系玻璃的析晶行为及动力学机理研究

实现玻璃微晶化过程控制的基础是要充分认识其析晶行为及动力学机理. 利用示差扫描量热法和析晶热处理等手段, 研究发现 20GeS₂·80Sb₂S₃硫系玻璃属于表面析晶, 在268℃(T_g+30℃)下热处理60 h, 可以获得表面约40 μm的Sb₂S₃晶层复合玻璃陶瓷样品. 在此基础上, 利用非等温法从理论上分析该玻璃的析晶动力学机理. 计算得到其析晶活化能E_c为(223.6±24.1)kJ·mol^-1, 在热处理温度(268℃)下的析晶速率常数K为1.23×10^-4 s^-1, 属于较难析晶的玻璃组成; 玻璃的晶体生长指数m和晶体生长维数n均为2, 表明其Sb₂S₃相的析晶行为是二维生长过程, 与析晶实验结果完全相符. 由此可知, 对于Sb₂S₃晶体复合的硫系玻璃陶瓷样品可通过玻璃粉末压片烧结、带铸法或丝网印刷法制备获得, 为今后功能硫系玻璃的开发提供实验依据和理论指导. 关键词： 硫系玻璃 微晶化 析晶动力学 析晶行为