三唑和环戊烯苯并菲衍生物盘状液晶分子的电荷传输性质

电荷传输是有机电子材料的重要性质. 根据Marcus理论模型, 电荷传输为电子-电子相互作用和电子-声子相互作用过程, 电子-声子相互作用耦合强度越大, 重组能越大, 不利于电荷传输. 电子-电子相互作用耦合强度越大, 电荷传输矩阵元越大, 有利于电荷传输. 对含1, 2, 4-三唑、1, 2, 3-三唑和1, 2, 3-三氮-2, 3环戊烯边链的苯并菲衍生物分子的电荷传输性质进行理论研究. 结果表明, 含1, 2, 3-三唑的苯并菲衍生物分子的空穴传输速率和电子传输速率相当, 速率常数为2× 10¹²s^-1. 含1, 2, 4-三唑的苯并菲衍生物分子的空穴传输速率常数为5× 10¹²s^-1, 约为电子传输速率常数的10倍. 含1, 2, 3-三氮-2, 3环戊烯的苯并菲衍生物分子的电子传输速率常数为3× 10¹²s^-1, 约为空穴传输速率常数的10倍. 目标分子的空穴传输或电子传输速率主要受传输矩阵元的影响, 即电子-电子相互作用耦合强度的大小决定传输速率的变化.     

载流子迁移率对有机太阳能电池性能影响的模拟研究

通过器件模拟的方法研究了载流子迁移率对有机太阳能电池性能的影响。研究发现载流子迁移率同时影响光生电子-空穴对的解离和载流子的输运过程,电子和空穴的迁移率都有一个最佳值。大于最佳值会导致短路电流的微小上升和开路电压的大幅下降;小于最佳值会降低光生电子-空穴对的解离效率,进而使短路电流和填充因子明显下降。     

FA离子重定向引起的电荷局域显著抑制了FAPbI3钙钛矿电子-空穴复合：时域从头算研究

本文利用从头算非绝热分子动力学结合时域密度泛函理论模拟,计算表明部分FA(FA=HC[NH₂]₂⁺)阳离子的重定向造成电子和空穴局域在不同位置,减小了非绝热耦合并抑制了原子运动,从而显著抑制了FAPbI₃的非辐射电子-空穴复合. 虽然慢的核运动同时增加了退相干时间,但是减小的非绝热耦合是影响电荷复合的主导因素,将电子-空穴复合的时间尺度延长至数纳秒,比原始的FAPbI₃激发态寿命长约3.9倍,与实验结果相符. 研究厘清了实验报导的FAPbI₃激发态寿命增加的机理,为设计高性能的钙钛矿太阳能电池和光电器件提供了合理的策略.     

光学与太阳能

开发资源丰富、可再生,清洁的新能源是全球一项紧迫的战略任务.在概述现有能源技术的基础上,从光学和光学技术角度重点对太阳能的直接利用、太阳能电池以及太阳能分解水制氰进行了分析.指出了利用简单有效的太阳能跟踪聚焦系统,以及耐热、低损耗、低成本和宽光谱传输的空芯塑料光纤,可以加大对太阳能的直接利用和普及推广;在太阳能电池方面,应重点研究和发展各种薄膜太阳能电池,采用对可见、紫外和红外光谱吸收的、具有不同带隙的复合材料和采用多结器件,以进一步提高电池的转换效率和降低成本;在太阳能分解水制氢方面,应该把直射到地球表面的、从紫外-可见-红外的宽太阳光谱,利用空腔辐射器作一个变换,转换成绝大部分位于水分子有强烈吸收带的红外区.同时利用催化剂(敏化剂),对水进行红外光催化分解反应,或者利用红外多光子离解这有可能取得工业化规模制氢的突破.     

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.     

廉价三明治式太阳能电池

 在家庭条件下利用太阳能电池来获取电能的主要障碍是太阳能电池的价格太高,以美国麦克法尔伦德博士为首的科学家小组研制的生产太阳能电池新方法能使价格大大降低,可使太阳能电池发电价格与热电站和核电站发电价格相当,现在的太阳能电池发电价格还贵2倍左右。目前在太阳能电池中利用的是超高纯度的硅,麦克法尔伦德科学家小组另辟蹊径找到了新方法,在他们研制的太阳能电池中拥有涂覆在薄金箔上的吸光染料薄层,同样在非常廉价的二氧化钛半导体层表面上也涂覆有吸光染料薄层。由上层染料薄层吸收阳光,从染料分子中激发出来的电子会穿过薄金箔进入最下面的半导体层,形成的“空穴”取代金箔中的电子。     

具有分离门电抽运石墨烯中电子-空穴等离子体的冷却效应

本文研究了室温条件下具有分离门的电诱导石墨烯n-i-p结构中, 与电子和空穴注入有关的粒子数反转效应. 考虑n区横向电场的屏栅效应, 计算了电子-空穴的有效温度与门电压以及光声子的有效温度与门电压的关系, 结果表明注入可以导致n区中电子-空穴等离子体显著冷却, 直至低于晶格温度; 计算了电流-电压特性以及与频率有关的动态电导率, 在一定的电压下, 动态电导率在太赫兹频段可以为负值. 研究表明电子-空穴等离子体冷却能够加强负动态电导率效应, 提高实现太赫兹激射的可行性. 关键词： 石墨烯 n-i-p结构 有效温度 动态电导率     

甲酸根离子均匀掺杂的卤化银中的光电子特性

甲酸根离子(HCO-2)作为一种“空穴-电子转换剂”掺杂在卤化银中,可以提高潜影形成过程中光电子的利用率,俘获光生空穴,减少潜影形成过程中电子-空穴复合所造成的电子损失;同时还可以释放一个电子,提高感光效率。采用微波吸收介电谱检测技术,检测了不同浓度甲酸根离子均匀掺杂的立方体AgCl和AgBr乳剂在脉冲激光作用下所产生的光电子衰减信号。通过比较光电子的衰减时间和寿命,分析了甲酸根离子的空穴陷阱效应对立方体AgCl和AgBr乳剂中光电子衰减行为的影响,并得到了最佳均匀掺杂浓度（10^-5mol/molAg）。     

缓冲层和掺杂的电子传输层对有机电致发光器件发光效率影响的研究

针对有机发光器件需要提高发光效率问题,利用其最高被占用分子轨道(HOMO)有利于改善空穴注入的特点,将氧化钼(MoO3)插入m-MTDATA与NPB之间;将羟基喹啉锂(Liq)掺入4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(Bphen)作n型电子传输层,制备具有空穴缓冲层和n型掺杂电子传输层的有机电致发光器件。通过单载流子电子器件J-V曲线的比较,将掺杂质量分数确定为w(Bphen)∶w(Liq)=65∶35。在完整器件中,随着MoO3厚度的增加,器件效率改善显著,当MoO3厚度达到1nm时,器件性能最佳,此后趋于饱和,对厚度变化不敏感。说明使用MoO3及n型掺杂后空穴及电子的注入传输均获得明显提高,并在发光区域达到有效平衡,器件的亮度及发光效率获得明显改善,与控制器件相比,电流效率、功率效率及亮度分别提高约62%、约98%和约60%,电压V下降了约28%。     

Pt／TiO2粉末的结构和性能

TiO2半导体光催化技术是一种新型的环境污染物净化技术。传统的TiO2光催化剂太阳能利用率和光量子利用率低，限制了光催化技术的工业化应用。因此缩短催化剂的禁带宽度使吸收光谱向可见光谱扩展和抑制TiO2光生电子与空穴的复合是提高太阳能利用率的技术关键。掺杂可在半导体表面引入缺陷位置或改变结晶度，影响电子与空穴的复合或拓展光的吸收波段，从而影响TiO2的光催化活性。由于金属元素掺杂TiO2的催化活性强烈地依赖于TiO2的价态、结构以及金属元素与TiO2之间的细微作用，文中采用溶胶凝胶法制备纳米Pt/TiO2粉末，     

铁电材料光催化活性的研究进展

光催化技术被认为是最有前景的环境污染处理技术,这就使得光催化剂材料备受瞩目.近年来,铁电材料作为新型光催化剂材料受到人们越来越多的关注,其原因在于铁电材料特有的自发极化有望解决催化反应过程中的电子-空穴对复合问题,进而提高光催化活性.本文从两个方面对铁电极化如何影响光催化进行综述:一方面,从铁电极化入手归纳总结其对电子-空穴对分离的影响,进而更深入地从极化引发的退极化场和能带弯曲两个部分来阐述具体的影响机理;另一方面,为了消除静电屏蔽,分别从温度、应力(应变)、电场三个外场因素调控极化入手,归纳总结外场调控极化对电子-空穴对分离的影响,进而影响光催化活性.最后对该领域今后的发展前景进行了展望.     

指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器转化效率理论计算(英文)

光子增强热电子发射型太阳能转换器是一种理论效率极高的新型太阳能利用技术.提出利用指数掺杂GaAs材料作为光子增强热电子发射型太阳能转换器阴极,基于能量守恒及电子扩散漂移发射模型,理论计算了指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转化器的转化效率.结果表明:指数掺杂GaAs可以显著提高光子增强热电子发射效率;指数掺杂GaAs光子增强热电子太阳能转化器转化效率随聚光倍数的增加和阴极表面电子复合速率减小而单调上升;当太阳基数大于200、阴极表面复合小于104 cm/s时,指数掺杂GaAs阴极光子增强热电子发射型太阳能转换器效率可达30%.     

太阳能吸附式冰箱性能测试与分析

研制了一种简易太阳能吸附式冰箱,在昆明气候条件下,测试了其年运行性能。测试结果表明,在太阳辐射强度为15-23MJ／m2·d的条件下,每平方米集热面积的制冰量约为3.2-6.5kg／m2·d,系统制冷系数COP约为0.083-0.127。对该太阳能吸附式冰箱而言,较为适宜的气候条件为太阳辐射大于15MJ／m2·d。     

Photocatalysts of Cr Doped TiO2 Film Prepared by Micro Arc Oxidation

通过微弧氧化法在Na3PO4+K2Cr2O7电解液中制备了系列铬掺杂二氧化钛薄膜. X射线和扫描电镜显示薄膜的主要晶相为锐钛矿型二氧化钛,且表面为多孔结构. 在可见光照射下,薄膜对降解亚甲基蓝和分解水有着较好的光催化性能,这主要是由铬的掺杂引起的.由于铬的掺杂,一方面在二氧化钛中形成了Cr3+/Cr4+离子对,另一方面在带隙中形成了氧的空位能级. 前者降低了电子-空穴的复合几率,而后者在二氧化钛的禁带中形成了新的能级. 新能级的形成使得由二氧化钛价带跃迁至氧空位能级所需的光子能量减少. 另外探讨了微弧氧化形成掺杂二氧化钛薄膜的机制.     

水热法制备二氧化钛纳米管-石墨烯复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法制备了二氧化钛纳米管-石墨烯的复合光催化剂。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱仪对复合材料进行了表征与分析,并对其光催化性能进行了测试。结果显示,同纯二氧化钛纳米管相比,二氧化钛纳米管-石墨烯的光催化性能较高。石墨烯与二氧化钛纳米管复合,充当电子受体,载流子迁移率得到提高,从而提升了光催化性能。     

从聚酰亚胺单分子链电荷陷阱特性的改变探讨体材料的沿面放电现象

沿面放电是破坏绝缘系统性能的原因之一.聚酰亚胺常用于高频电力设备的气-固绝缘中,为此利用密度泛函理论,从原子分子层面探讨了在外电场下聚酰亚胺及其受极性基团OH~–影响后的单分子链结构、能级与态密度、静电势、激发态等微观参数对陷阱形成以及沿面放电的影响.结果表明,外电场下,聚酰亚胺分子结构卷曲,偶极矩增加,易于积聚电荷形成空间电荷中心,尤属引入极性基团OH~–后变化较明显;聚酰亚胺分子中,苯环区域形成空穴陷阱,酰亚胺环区域形成电子陷阱,且电子陷阱能级的数量较多,其中空间电荷陷阱深度随外电场的增加逐渐变深;聚酰亚胺分子在引入极性基团OH~–后激发能降低,使得分子内部的电子变得容易被激发;电子与空穴的空间分离度随电场增加而降低,利于空穴与电子的复合而发出光子.     

可见光响应SO_4~(2-)/Ce-TiO_2的光谱特征及催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了Ce掺杂TiO_2,经H_2SO_4处理得到酸化Ce掺杂TiO_2。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis)及X射线光电子能谱(XPS)技术对样品的性质进行了表征,以罗丹明B(RhB)在样品上的可见光催化降解为模型反应,评价了所制备样品的光催化性能。XRD测试结果表明,铈掺杂使TiO_2产生晶格缺陷、粒径减小,有利于光生电荷的转移,继而提高催化剂的活性;FTIR谱图说明SO_4~(2-)以桥式双齿配位吸附形式存在;PyFTIR谱图显示,酸化铈掺杂TiO_2样品表面同时存在Brnsted和Lewis酸位,但以Lewis酸为主。Lewis酸中心的缺电子性质有利于样品表面的光生电子与光生空穴分离,从而改善催化剂的活性;UV-Vis结果表明,Ce掺杂减小了TiO_2的带隙能,引入的杂能级能够捕获导带上的光生电子和价带上的光生空穴,降低光生电子-空穴对的复合几率;同时还可以使能量较小的光子激发杂能级上捕获的电子,拓宽光响应范围;XPS分析表明SO2-4/Ce-TiO_2样品上同时存在Ce3+/Ce4+的混合价态,Ce~(3+)/Ce~(4+)氧化-还原转换有助于TiO_2受光激发后产生的光生电子和空穴的分离,从而提高光量子效率。酸化Ce掺杂TiO_2对RhB的可见光催化降解反应有很好的活性,实验结果证明,H_2SO_4酸化和Ce掺杂的协同作用改善了样品的可见光响应,促进了其可见光催化反应活性。     

TiO2混晶光催化性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,通过搭建混晶界面的方式计算并分析了TiO2混晶的光催化性能.从光的吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率以及载流子的转移效率三方面,与锐铁矿相和金红石相TiO2单晶进行对比分析.结果显示TiO2混晶的电子-空穴对分离率高于锐钛矿相TiO2、金红石相TiO2单晶,TiO2混晶中吸收峰明...     

太阳能热利用技术概况

太阳能是理想的可再生能源.太阳能热利用技术目前还处于发展时期.文章对太阳能热利用成熟技术、先进技术以及当前研究的中心问题进行了简要的概述.成熟技术部分主要包括热水器、太阳灶、太阳房等广为人们使用的太阳能热利用技术;先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利用技术,包括太阳能热发电、太阳能空调制冷、太阳能制氢、太阳能海水淡化及太阳能烟囱发电等;在当前研究的中心问题部分,主要论述了解决太阳能热利用的关键技术问题.     

N,Co共掺杂锐钛矿相YiO2光催化剂的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势方法研究了N,Co共掺杂锐钛矿相TiO2的微观结构和光学性质.结果表明:N,Co共掺杂后TiO2晶格中产生的偶极矩使光生电子-空穴对更有效地分离;在TiO2导带和价带之间形成了新的杂质能级,一方面使吸收带边红移到可见光区,光吸收性能明显增强,另一方面有利于光生电子-空穴对的分离,提高TiO2的光量子效率;与纯TiO2相比,N,Co共掺杂锐钛矿相TiO2带边的氧化还原势只有微小的变化,共掺杂后TiO2的强氧化还原能力得以保持.