杂化钙钛矿太阳能电池结构及光吸收层组成优化研究进展

近年来,有机-无机杂化钙钛矿基异质结太阳能电池发展十分迅速,目前最高光电转换效率已突破20%。本文简要概述了杂化钙钛矿基太阳能电池的结构、原理以及常见的杂化钙钛矿薄膜的制备方法,详细总结了近年来器件结构和杂化钙钛矿材料不断优化的成果和相关研究进展,重点阐述了器件的结构和组成对杂化钙钛矿基太阳能电池光电转换效率的影响,并对有机-无机杂化钙钛矿基太阳能电池未来的研究前景进行了展望。     

有机-无机杂化钙钛矿激光器的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿具有载流子扩散长度长、发光效率高等特点,是一种性能优良的半导体材料,也是一种极具潜力的激光增益介质,受到了光伏、激光等多个领域的广泛关注.概述了利用有机-无机杂化钙钛矿作为增益介质研发的薄膜型多晶钙钛矿激光器、单晶钙钛矿激光器以及微盘钙钛矿激光器的研究进展.介绍了具有优异的电学性能和光学性能的有机-无机杂化钙钛矿制备方法,分析了影响有机-无机杂化钙钛矿激光器性能的主要因素.结果表明,相对于其他类型的激光器,单晶钙钛矿纳米线结构具有更低的激光阈值、更窄的光谱宽度,是实现纳米激光的最佳选择之一.此外,针对有机-无机杂化钙钛矿激光器目前存在的钙钛矿材料的降解、实现电泵浦激光所需电流密度高等问题,对今后钙钛矿激光器的研究重点和发展趋势进行展望.     

二维钙钛矿结构调控及光物理性能研究进展

传统的三维(3D)有机-无机卤化物钙钛矿经历了前所未有的快速发展。然而,它们对水分、光和热的固有不稳定性仍然是限制其商业化发展的关键问题。相比之下,新出现的二维(2D)钙钛矿因其巨大的环境优势而受到越来越多的关注。然而,对二维钙钛矿的研究还处于起步阶段,其结构和光物理特性仍有待深入探索。首先,介绍了二维杂化钙钛矿的结构;然后,对该结构中有机胺以及无机元素的选择进行比较讨论,并对二维杂化钙钛矿中独特的激子性质、电声耦合以及自旋轨道耦合(SOC)效应等方面的研究进行了总结;最后,根据前文论述指出下一步研究需要解决的问题,以期为将来开发和制备性能更优异的二维钙钛矿光电器件提供参考。     

杂化钙钛矿太阳能电池光吸收层薄膜致密性对其效率影响的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿基异质结太阳能电池效率提升速度十分迅猛,其光电转换效率极有可能在短时间内提高至25%以上。其中,杂化钙钛矿薄膜的致密性直接关系到薄膜性能的优劣,对获得高效率太阳能电池具有重要影响。介绍了杂化钙钛矿材料的特性,重点探讨不同方法制备的杂化钙钛矿薄膜致密性对太阳能电池效率的影响,并分析存在的问题和展望其发展前景。     

钙钛矿太阳电池吸收层制备工艺

有机/无机杂化钙钛矿太阳电池因具有高光吸收系数、高转换效率以及低制备成本等优点引起了科学界的广泛关注.综述了近年来有机/无机杂化钙钛矿吸收层几种制备工艺的研究进展,重点分析了目前应用较为广泛且制备工艺相对简单的一步溶液法和两步连续沉积法的工艺条件对钙钛矿薄膜质量及太阳电池光伏性能的影响,并详细介绍了几种制备工艺存在的主要问题及其调控的研究现状.此外,对后续工艺中的有机空穴传输材料及其溶剂、添加剂对钙钛矿太阳电池稳定性的影响及其调控的研究现状进行了简要阐述.为更好地提高钙钛矿太阳电池的效率和长期稳定性,制备工艺的优化和创新是未来钙钛矿太阳电池发展的趋势.     

一种新型材料CH_3NH_3Pb_(0.5)Sn_(0.5)Br_3的制备与表征

采用溶液法制备一种新型有机无机杂化钙钛矿结构CH_3NH_3Pb_(0.5)Sn_(0.5)Br_3材料,采用X线衍射、热重分析、紫外可见光吸收、霍尔测试对其结构、稳定性、光电性能进行表征。结果表明,这种新型材料具有部分层状结构,在251.6℃下分解,同时光吸收范围在紫外和可见光范围,是一种p型半导体材料,载流子迁移率为63.1cm/V·s。     

无机钙钛矿CsPbX3晶体的低温溶液生长及应用研究进展

无机钙钛矿材料CsPbX₃(X=Cl,Br,I)具有光吸收系数高、发射谱线宽度窄、发光效率高等优异的光电性能,与目前在光伏领域大放异彩的有机-无机杂化钙钛矿材料相比,其在化学稳定性和热稳定性方面更胜一筹。文章就CsPbBr₃晶体的低温制备方法及其在光电探测器、发光二极管、激光、高能射线探测等领域的应用研究进展进行了分析和总结。     

一步溶液法制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜

有机-无机杂化钙钛矿薄膜作为太阳电池的光吸收层,其薄膜的形貌、结构以及结晶程度等因素对电池的光电转换效率起到了决定性的作用,而薄膜的质量主要取决于制备工艺.采用一步溶液法制备了有机-无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbI3)薄膜,主要分析了在氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃、玻璃和多晶硅3种不同衬底上生长CH3NH3PbI3薄膜的形貌和结构的差异.结果表明,在FTO导电玻璃和玻璃衬底上生长的薄膜的晶粒尺寸和晶粒分布均匀,而在硅衬底上生长的薄膜的边缘晶粒尺寸大于中心处的晶粒,并详细分析了造成这种现象的原因.此外,在50℃的低温下对在FTO导电玻璃衬底生长的CH3NH3PbI3薄膜进行了不同时间的退火处理.实验结果表明,随着热处理时间的增加,晶粒尺寸也增加,但是合成的CH3NH3PbI3薄膜部分发生了分解.     

有机卤化物盐对钙钛矿太阳电池器件性能的影响

有机无机杂化钙钛矿已被证明是优良的光吸收材料,可用于高效率光伏领域。增大钙钛矿薄膜的晶粒尺寸和对晶界缺陷的钝化是提高太阳电池性能的重要途径。文章报道了一种简单的缺陷钝化技术,将有机卤化物盐BAI引入钙钛矿的混合阳离子中,以起到增大晶粒和钝化缺陷的作用,使钙钛矿太阳电池的光电转换效率从19.46%提升至21.56%。这种效率的提升是在不损失短路电流和填充因子的情况下,开路电压从1.04V提高到1.11V的结果。这种提升钙钛矿型太阳电池开路电压的方法,为进一步提高钙钛矿型太阳电池的光电性能提供了新的途径。     

钙钛矿太阳电池用NiO/石墨烯复合空穴传输材料北大核心

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池（PSC）因其效率高、成本低及制备工艺简单等优点而得到广泛的关注。采用无机材料替代有机空穴传输材料可以进一步降低电池成本,拓宽钙钛矿太阳电池空穴传输材料的选择范围。采用水热合成法制备了NiO/石墨烯复合材料前驱体,经过高温处理,得到NiO/石墨烯复合材料,并将其应用于钙钛矿太阳电池空穴传输层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析仪-差式扫描量热仪（TGA-DSC）等手段表征了复合材料组分及微观结构。同时,探索了复合材料质量浓度和制膜工艺对空穴传输层性能的影响。研究结果表明,当复合材料的氯苯溶液质量浓度为1.25 mg/mL时,采用喷涂工艺制膜得到的空穴传输层具有最优的性能,其相应钙钛矿太阳电池的光电转化效率为1.44%。NiO/石墨烯复合材料在钙钛矿太阳电池中表现出优于NiO和石墨烯的性能,体现了NiO和石墨烯在复合材料空穴输运过程中的协同作用。     

有机无机杂化型钙钛矿材料光电探测器研究进展

有机无机杂化钙钛矿材料(CH_3NH_3Pb X_3)因其优异的光电转化效率,在太阳能电池研究方向获广泛关注。因可调禁带宽度、较高电荷迁移率、较大光吸收系数等突出性能,基于CH_3NH_3Pb X_3材料光电探测器的研究成果不断涌现,在未来光电子学、电子信息领域有重要应用前景。本文以CH_3NH_3Pb X_3光电探测器综合性能为出发点,总结了界面工程、能带工程等器件性能提升方法,从光电探测器光谱响应范围、光吸收能力、响应度与检测率、柔性、稳定性五个方面归纳了近年来CH_3NH_3Pb X_3材料光电探测器的研究进展,并对现存挑战和未来前景作出解析与展望。     

双氮杂桥C60衍生物的合成及非线性光学性质

为了研究一种新型双氮杂桥C60衍生物的非线性光学特性,利用z扫描和光限幅实验分别研究了该化合物在532nm、脉宽8ns条件下的非线性光学和光限幅特性,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,该化合物有较强的非线性吸收和非线性折射,非线性吸收系数=1.9210-10m/W,3阶非线性系数（3）=6.3410-12esu;化合物有较低的光限幅箝位值。该化合物是一种非常有前途的非线性光学材料。     

二维金纳米阵列制备及其光学响应

有序贵金属纳米结构由于其本身所特有的光学响应及灵活调控能力,在微纳光电子材料与器件研究领域得到了广泛应用。在众多相关研究中,如何实现金（Au）纳米周期结构的大面积快速制备是人们关心的重要问题之一。采用纳米球自组装刻蚀方法,在大孔周期结构模板内部成功制备了新型二维Au纳米阵列,并有效避免了杂散Au纳米颗粒的产生。通过进一步的工艺优化和参量控制,实现了Au纳米颗粒尺寸的灵活调控,并探讨了其结构形成的物理机理。光学测试研究结果揭示了二维Au纳米阵列的表面等离子体吸收与散射响应,并证明其在近红外飞秒脉冲激励下具有显著的双光子吸收（饱和）效应。该研究结果在太阳能电池,光开关及材料微纳制备等领域具有潜在应用。     

三氮杂桥C60衍生物的合成及其非线性光学性质

制备和研究了三氮杂桥C60衍生物（C60TA）的非线性光学性质。利用紫外（UV-Vis）、质谱（MS）和核磁（NMR）对制备的C60TA进行结构表征,UV-Vis谱图450 nm波长处无明显线性吸收,是非常好的非线性光学化合物。利用Z-扫描实验测定了在波长为532 nm、脉宽为8 ns条件下C60TA的非线性性能,结果...     

基于光纤二维材料集成器件的脉冲激光器及外场调控(特邀)

脉冲光纤激光器在加工、光通信、生物医学、非线性研究等领域有很大的应用前景,所以得到了广泛的关注。为了得到脉冲激光输出需要使用饱和吸收体,其中二维材料具有独特的光电特性,在光学和光电器件中已经有很多的应用,尤其是二维材料具备良好的饱和吸收,制备工艺简单,易与光纤系统集成,工作波长宽等特点,被广泛地应用于脉冲光纤激光器。文中回顾了二维材料和光纤的集成方式以及相应的脉冲光纤激光器的输出特性,并且对这类脉冲光纤激光器进行了外场调控的研究。     

稀土元素上转换材料在钙钛矿太阳能电池中应用的研究进展

无机有机杂化钙钛矿太阳能电池被认为是最有发展前景的第三代光伏技术之一,经过短短几年时间的研究,钙钛矿太阳能电池现今的最高效率已经突破22%.随着钙钛矿太阳能电池的效率越来越接近理论效率,为了进一步提升电池效率,研究人员将目光投向了钙钛矿材料不能有效吸收的近红外波段.在本文中,我们回顾了近两年来将上转换材料与钙钛矿太阳能电池相结合的研究,将它们分成较为传统的方法和新型方法.传统的方法即是使用较为单一的NYF纳米颗粒对钙钛矿太阳能电池进行掺杂,利用稀土离子的上转换效应,吸收近红外光,扩宽钙钛矿的吸收范围,从而提升太阳能电池的性能;而新型的方法即是在传统的单一使用稀土离子的基础上,添加其他离子或者引入重掺杂半导体材料来进一步提升太阳能电池性能的方法,从实验结果看,这两种方法都取得了较好的结果.     

光功能玻璃的新进展（Ⅱ）

染料掺杂玻璃包括有机染料浸渍的多孔硅玻璃、溶胶—凝胶(Sol—gel)玻璃及染料直接加入熔体的特殊低温有机/无机玻璃。染料掺杂玻璃的光学非线性与基本的吸收饱和有关。有机染料的非谐振非线性可能是无机玻璃的几个数量级,由饱和引起的近谐振强度—吸收关系的变化也可能引起大的光学非线性。     

掺杂对二维SiC材料光电性质的影响

利用第一性原理赝势平面波方法计算了Si-C邻 近元素(B、N、Al、P)掺杂二维SiC的几何结构、 电子结构和光学性质。结果表明:掺杂后的二维SiC晶格常数(a、b)、键长及角度均发生了明显变化;同时, 在禁带中引入了杂质能级,导带和价带均向低能方向发生了明显的移动,带隙发生变化,费 米能级附近引入了 杂质的2p及3p态电子。光学性质的计算表明:在低能端B、N、Al掺杂使二维SiC吸收电磁波 的能力明显增 强;静态介电常数增大而能量损失峰降低。以上结果说明可以根据需要利用B、N、Al、P掺 杂来调制二维SiC材料的光电性质。     

虚像相位阵列的二维成像原理及其应用

虚像相位阵列（VIPA：virtually-imaged phased array）是一种具有大角度色散的光学器件,利用其大角色散的特性,可以用来制作高分辨率滤波器和色散补偿器。将虚像相位阵列和衍射光栅结合实现二维成像是光谱处理领域的重大进步。从二维成像原理出发,详细介绍其在研制高分辨率和高信噪比的光学滤波器、实现复杂的二维光谱处理以及光谱成像等研究领域的最新应用。     

不同浓度Ti:Bi2Te3的调Q光纤激光器

基于二维材料的非线性光开关是调Q光纤激光器的核心器件,二维材料光开关的浓度会直接影响其非线性光学吸收特性,从而改变脉冲的时域特性。因此,针对二维材料浓度对调Q光脉冲的影响进行了研究,并通过实验制作了基于不同浓度Ti: Bi₂Te₃可饱和吸收光开关,分析了Ti: Bi₂Te₃浓度对非线性光学吸收特性的影响,获得了调Q光脉冲的调制深度、脉冲宽度、重复频率和单脉冲能量随不同浓度Bi₂Te₃的变化关系。最终,针对谐振腔参数对Ti:Bi₂Te₃浓度进行优化,在泵浦功率为71 mW时,获得了中心波长为1 560 nm、脉冲宽度为8 μs,重复频率为14.2 kHz、平均输出功率2.15 mW、对应单脉冲能量为151.4 nJ的脉冲输出。