金属卤化物钙钛矿光电材料和器件

2009年ABX₃钙钛矿晶型的甲胺铅卤CH₃NH₃PbX₃(X=I、Br、Cl)钙钛矿材料首次应用于太阳能电池,但初始报道效率低、稳定性差。2012年后,可溶液法制备的钙钛矿太阳能电池凭借其吸光系数高、激子结合能低等优点,迅速表现出低成本和高效率的突出优势,并在光电器件等交叉领域具有很强的应用潜力。因此,钙钛矿太阳能电池被Science杂志评为2013年度国际十大科技进展,是化学和材料领域特别是光伏领域新兴的变革性技术之一。钙钛矿太阳能电池材料与器件的发展一直面临大面积、高效率、稳定性和环境友好性等挑战,对应的是钙钛矿晶体可控生长、缺陷钝化、器件优化材料稳定性和铅毒性等科学问题。     

基于分子催化剂光驱动水氧化器件的研究进展

光解水制氢是人们解决未来能源危机的一种重要构想,构建高效的光电化学池是实现这一构想的重要途径,而光驱动水氧化的顺利进行是实现这一过程的关键.本文总结了近年来基于分子催化剂及染料敏化的光驱动水氧化分子器件的研究和进展,介绍了这些分子器件的组装和性能研究等,并根据这些研究的优点和不足提出一些浅见.     

三氧化钼——一种新型有机系钠离子储能器件负极材料

由于锂资源短缺,我们尝试使用三氧化钼作为钠离子储能装置负极材料。通过一种简单的方法合成了三氧化钼,使用XRD、SEM和TEM等测试手段对其物性进行了表征。利用三氧化钼作为有机系钠离子储能器件的负极材料,通过循环伏安和恒流充放电测试探讨了负极材料的储钠机理。以三氧化钼(MoO3)作为负极材料,活性炭(AC)和石墨(graphite)作为正极材料,组装成新型的电化学储能器件,研究了两种器件在1mol/L NaPF6的碳酸丙烯酯(PC)中的电化学性能。两种器件的电压范围分别为0~3.2V和0~3.5V,能量密度最高可分别达到31.6和53 Wh/kg,长循环性能远远优于AC/AC对称电容器。此种储能装置有望成为锂离子电池的一个很好的替代。     

碳纤维基能源器件研究和应用进展

半个多世纪以来,碳纤维及碳纤维增强复合材料因其优异的力学性能、比强度、比模量、轻质、导电性以及热/化学稳定性,逐渐成为航空航天、建筑、运输、生物医用、体育用品以及电子电气等诸多应用领域一类非常重要的高性能结构材料。近二十多年来,得益于纳米材料与技术以及高效可再生能源器件的迅速发展,力学性能突出的碳纤维(包括工业化碳纤维、碳纤维织物、碳纳米纤维以及碳纳米管纤维等)凭借高的导电性、电化学特性、多孔以及表面可修饰性等优点,开始作为良好的电极材料应用于多种电化学能源器件与光电转换能源器件中,并得到了广泛的研究。本文首次综述了碳纤维基能源器件的研究进展,从认识碳纤维的发展历史与应用出发,介绍了碳纤维的表面功能化与电极制备的相关基础知识,重点综述了当前国内外碳纤维能源器件的发展概况,详细介绍了碳纤维作为功能电极材料在燃料电池、微生物燃料电池、锂离子电池、电化学电容器以及太阳能电池等领域的研究和发展概况。最后,通过分析当前碳纤维能源器件研究领域的现状,对该领域在材料制备工艺、电极设计、器件性能优化与器件集成技术等方面面临的挑战和未来研究方向进行了预测和探讨。     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为, 分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响. 在弹性形变区域, 孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显. 在塑性形变阶段, 首先从表面边缘开始产生位错成核, 然后延伸并受阻于孪晶界. 在进一步拉伸载荷作用下, 孪晶界将作为位错源产生新的位错. 模拟结果表明, 银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关. 孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时, 此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小, 只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1), 孪晶界使得纳米线得到强化. 综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响, 为构建高强度金属纳米线打下基础. 最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响, 随着温度的升高, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定; 当拉伸速度逐渐增大, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

金属有机框架在染料敏化太阳能电池中的应用

为了获得高效率的染料敏化太阳能电池,其光阳极应该具有大的比表面积,以吸附足量的染料,获得很强的光捕获能力.从这个角度而言,将具有很大比表面积的金属有机框架材料引入到染料敏化太阳能电池的体系中,无疑是一种有益的探索.本文简介了金属有机框架材料在光伏领域的应用,并重点介绍了我们课题组在利用金属有机框架材料方面进行的一些探索,包括光阳极薄膜的处理、利用金属有机框架材料作为前驱体制备光阳极材料和光散射层.最后,本文对金属有机框架材料应用于染料敏化太阳能电池中的局限性及前景做了简要的展望.     

二维半导体材料与器件——从传统二维光电材料到石墨炔

近年来,二维半导体材料由于其独特的材料结构和电子输运特性得到了科学界的广泛关注,被应用于光电器件、催化和生物传感器等领域。本文系统概述了传统二维材料以及新兴二维材料石墨炔的发现和发展历程。重点聚焦在二维材料在光探测器领域中的应用,探讨了不同二维材料体系及器件结构对光探测器性能的影响;并详细介绍了新兴二维材料——石墨炔,及其合成和应用。展望了传统二维材料及石墨炔在光电转换器件的应用中所面临的机遇和挑战。     

聚合物光伏材料与器件研究进展

高效率的聚合物太阳电池依赖于光吸收活性层材料对太阳光能量的充分利用．电极界面材料将光吸收活性层产生的空穴和电子分别快速高效地抽取到阳极和阴极,并通过进一步改进光伏器件的结构提升能量转换效率和稳定性．本课题组在光吸收活性层中新型聚合物给体材料、新型电极界面材料、利用水／醇性电极界面材料制作新型倒装器件结构的太阳电池方面取得重要进展,推动了太阳电池在能量转换效率和稳定性方面的突破．     

声表面波器件用〈110〉取向ZnO薄膜的MOCVD生长

Zn O是具有纤锌矿晶体结构的多功能半导体材料 ,它具有 3 .3 7e V的禁带宽度和高达 60 me V的激子束缚能 ,是很有希望的紫外发光材料 .由于具有 c轴的择优取向性 ,因此目前人们的注意力主要集中在对 c轴取向 Zn O薄膜的特性研究上 [1～ 3] .但其它取向的 Zn O薄膜也可在某些衬底的特定面上 ,通过特定的条件进行生长 ,如〈1 1 0〉取向的 Zn O薄膜可在特定的条件下生长在蓝宝石 R面衬底上[4～ 7] .由于 (1 1 0 )面的 Zn O薄膜具有一些 c轴取向薄膜所不具备或无法比拟的特性 ,如 :机电耦合系数高达6% (C面薄膜的机电耦合系数却不足 1 % )…     

分子逻辑器件研究进展

分子器件具有尺寸小、设计合成可控、存储量大、反应速度快、人工智能等诸多优点,是当今化学、物理和材料等领域研究最为重要的一个交叉领域.综述了近些年来分子逻辑器件领域的研究进展.介绍了各种类型的分子逻辑门、半(加)减法器、分子逻辑线路以及DNA分子和固态分子计算.最后提出了分子器件存在的问题并展望了其应用前景.