底表面光栅结构对于红外热探测器效率影响的研究

红外热探测器利用敏感材料的电学特性,将吸收的热量转化为电信号由检测电路检出,但其吸收效率并不理想.利用底表面光栅结构的大反射率特性,促进红外探测器结构的二次吸收,可有效提高探测器的吸收效率.基于电磁场理论,分析了结构参数对红外光学吸收的影响,利用数值模拟的方法,并通过结构参数的优化使吸收结构在整个波长范围内平均吸收效率提高了近一倍.     

不同形状金属光栅增强PTB7∶PC70 BM有机太阳能电池光吸收效率的研究

金属光栅会激发表面等离子激元,促进光吸收,将金属光栅引入PTB7∶PC70BM有机太阳能电池中,通过优化金属光栅形状,可增强电池的光吸收效率。本文使用有限元方法,研究了在活性层的底部置入不同形状金属光栅,例如方形,椭圆形以及圆形,后器件的光吸收效率。研究结果发现,方形光栅可以使活性层的总吸收率从平板结构的29;提高到52.9;,提高的幅度最大,椭圆形光栅次之,提高到49;,圆形光栅提高的最小,提高到45;。     

基于AAO纳米光栅的薄膜硅太阳能电池表面减反结构设计与仿真

提出了一种新型的表面带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池表面减反结构.理论分析设计了AAO纳米光栅结构参数.用Tracepro光学软件研究了不同占空比和光栅常数对薄膜硅光吸收的影响,得到了最佳结构参数.在此基础上,运用FDTD软件进一步模拟了带有最佳AAO结构尺寸的太阳能电池吸收谱线.仿真结果表明在光栅常数为440 nm,光栅高度为75 nm,占空比为0.5结构尺寸下,AAO具有最强的加强光吸收的作用.     

一维等离激元晶格中的能带结构调控

由于具有将电磁波聚集到深亚波长体积的能力,表面等离激元在纳米光子技术研究工作中得到了广泛的应用。根据其性质,表面等离激元基本可以分为两大类:沿金属与介质界面传播的表面等离极化激元(SPPs)和束缚在金属表面的局域表面等离激元(LSPRs)。SPPs和对应的自由空间电磁波之间存在明显的动量失配,光栅,即一维等离激元晶格,经常被用于弥补动量失配,从自由空间激发SPPs。LSPRs是指在外部光场激发下局域在单个纳米结构周围的表面等离激元。当LSPRs被激发时,会形成近场增强效应,增大对入射光的吸收和散射。事实上,一维等离激元晶格既支持SPPs又支持LSPRs,是研究表面等离激元及其光学性质的很好的基本结构。由于LSPR这个自由度的存在,其中存在着比光子晶体更丰富的能带结构。本文将以一维等离激元晶格为研究对象,分别从能带调控、表面晶格共振、连续域中的束缚态以及玻色-爱因斯坦凝聚四个方面阐述金属等离激元的新颖性质和最新进展。这些性质对于进一步推动表面等离激元的应用具有重要意义。     

5英寸锑化铟晶片加工及表征

锑化铟(InSb)材料因其特殊的性质被广泛用于红外光电探测等领域。随着更大面阵中波红外焦平面探测器的发展以及对低成本InSb红外探测器的需求,所需的晶片材料尺寸也日益增加。本文通过采用新结构石墨托以及高精度低损伤单线切割实现了5英寸InSb晶体定向断段;采用低损伤边缘倒角技术同时优化研磨参数改善了5英寸InSb晶片研磨;通过优化贴片工序提高了5英寸InSb晶片抛光后的平整度;通过优化抛光液pH值以及配比提高了5英寸InSb晶片表面质量。同时,使用X射线晶体定向仪、原子力显微镜等测试仪器对5英寸InSb晶片的晶向及偏差、抛光表面宏观质量、几何参数、表面粗糙度、晶格质量进行了测试表征。测试结果表明,采用优化后的加工工艺制备出了高质量的5英寸InSb晶片,能够满足InSb红外探测器制备需求。     

采用超薄的GaAs光子晶体吸收层提高太阳能电池的吸收效率

本文提出了一种超薄的GaAs光子晶体吸收层结构.吸收层厚度只有0.2μm,太阳能电池的总厚度只有0.35μm.计算结果表明:当晶格常数T=0.46μm、上表面边长r=0.05μm、下表面边长R=0.1μm、高度为0.2μm时,吸收层的吸收效率较高.在300～700 nm波长范围内,该薄膜太阳能电池的吸收效率比吸收层不含光子晶体的电池提高了61.80;.所设计的薄膜电池结构在波长为300～700 nm、入射角为0°～70°范围内的吸收效率均在60;以上,满足太阳电池对宽频谱、广角度光吸收的要求.     

基于掺杂二氧化硅包覆银纳米球的有机太阳能电池光吸收提高的研究

虽然介质包覆的金属纳米颗粒已经在试验中频繁应用到太阳能电池中,通过减少金属表面激子的猝灭和电荷的复合来提高电池性能.但是基本没有理论研究工作去解释金属颗粒的介质包覆层是如何影响器件的光学性能.本文从理论计算角度研究了二氧化硅包覆银纳米球掺杂在有机太阳能电池活性层中对活性层的光捕获的影响.研究结果表明在垂直入射的条件下,在350 nm到850 nm的波段内,加入包覆Ag纳米球的最优器件的活性层对标准太阳光谱(AM 1.5)积分后的光吸收率达到81.5;.与等效的平板结构相比,活性层的光吸收增强了9.54;.具体的场分布的分析得到光吸收增强原因主要是偶极共振、表面等离激元激发以及之间的相互耦合作用所致.经过对结构参数的研究,发现了介质包覆层越薄,增强效果越明显;包覆的介质层的折射率对光吸收性能的影响不是很明显.     

太阳电池背反镜的吸收损耗性质研究

基于频域有限差分法和入射光场在平板型和织构型非晶硅电池内的传输过程,详细分析了Ag背反镜的吸收性质.研究表明:导模振荡吸收和表面等离子体共振吸收是两种电池结构Ag背反镜的主要吸收机制;在长波段,平板型电池结构的导模振荡吸收和表面等离子体共振吸收均较弱,其Ag背反镜的吸收很小(小于3;),而织构型电池结构可产生较强的导模振荡吸收和表面等离子体共振吸收,其Ag背反镜的吸收较大(某些特殊波长的吸收达50;);织构型电池结构可有效拓展入射光单程通过有源层被完全吸收的波长范围.     

基于POLO钝化接触结构的晶硅电池技术及其研究进展

多晶硅氧化物(POLO)结构是在晶硅表面依次生长一层极薄的界面氧化层与多晶硅层所形成的钝化接触结构。基于POLO结构的钝化接触技术不仅能够获得优异的表面钝化特性,而且避免了金属与晶硅表面的直接接触,极大地降低了金属与晶硅表面的接触复合。目前应用POLO钝化接触结构制作的小面积晶硅太阳能电池转换效率高达26.1%,制作的大面积晶硅太阳能电池产业化效率已经超过24.5%。同时POLO钝化接触技术应用于晶硅电池的制作可以承受高温工艺,兼容现有的晶硅电池产业化设备,是未来极具产业化潜力的钝化接触技术方案。本文主要综述了POLO钝化接触结构中载流子的传输机理及相应的量化参数表征方法;对比了POLO结构制备中界面氧化层生长、多晶硅层的沉积、掺杂及氢化处理的方法;总结了多晶硅层的寄生吸收效应、晶硅表面形貌结构、掺杂浓度分布对POLO结构钝化接触特性的影响;简述了POLO钝化接触技术的研究进展及当前POLO电池制作面临的技术难点。     

光学微腔型a-Si薄膜电池陷光结构设计

先基于频域有限差分法和a-Si材料的有效吸收波长范围,利用光场分布、通光效率和有源层吸收谱等优化了有源层厚度为300 nm的a-Si电池用光学微腔陷光结构的缓冲层厚度和光学微腔通光孔尺寸,并对电池光电流密度谱、总电流密度和电池输出参数进行了计算分析.研究表明:缓冲层厚度为2.6 μm,通光孔直径Φ=D×0.8/8时,电池有源层具有最大的吸收效率;优化电池的短路电流为25.9225 mA/cm2,优于其它陷光结构获得的短路电流.     

Effects of carbon structure orientation on the performance of glucose sensors fabricated from electrospun carbon fibers

High-performance enzyme-based glucose sensors were prepared by electrospinning carbon fibers. The efficiency of the glucose sensor was assessed based on efficient enzyme immobilization and electrical resistance transfer by examining improved porosity and electrical properties, respectively. The porosity of the electrospun carbon fiber electrode was improved by physical activation to increase the immobilization sites of the glucose oxidase enzyme. The electrical properties were improved by a thermal treatment, which caused carbon orientation effects because of the high thermal energy. The glucose oxidase enzyme immobilization was developed based on improved specific surface area and pore volume, which were studied by pore structure and image analyzers. The glucose sensor was evaluated by amperometric measurements and cyclic voltammetry. The measured current increased with higher glucose concentrations based on the effects of the developed pore structure and the electrical properties. The enzymatic kinetics were also studied using the Lineweaver–Burk equation. The sensitivity of the glucose sensor was improved significantly with increased maximum current, whereas the GOD enzyme activity was diminished by efficient GOD immobilization. It is concluded that a high-performance glucose sensor was obtained using electrospun carbon fibers based on the effects of efficient GOD enzyme immobilization and electrical resistance transfer.     

双轴应变对g-ZnO/WS2异质结电子结构及光学性质影响的第一性原理计算

单层g-ZnO由于吸收光谱宽而受到研究者关注,但载流子复合是单层g-ZnO作为光催化剂无法避免的问题,如何降低电子空穴对复合率,提高单层g-ZnO对可见光利用率成为值得研究的问题,搭建异质结并对其进行双轴应变是一种可行的办法。本文采用第一性原理方法,研究双轴应变对g-ZnO/WS₂异质结电子结构及光学性质的调控规律。结果表明:g-ZnO/WS₂异质结禁带宽度为1.646 eV,由于异质结体系内部产生内置电场,降低了其光生载流子的复合率,同时异质结光吸收带边拓展至可见光区域。对异质结实施应变后,除压缩应变(-2.5%)体系外,其余应变体系吸收带边均出现红移现象,并且红移程度和对电荷的束缚能力均随着应变的增加而增强。相比于未实施应变的体系,应变体系对光生电子载流子的阻碍作用更强,其光催化能力得到更大提高。以上结果说明搭建g-ZnO/WS₂异质结并对其进行双轴应变对异质结的电子结构及光学性质具有显著的调控作用,使其在窄禁带及红外、可见光半导体器件和光催化材料等领域具有应用价值。     

缓冲层厚度对Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术,通过改变Si缓冲层厚度,在p型Si衬底生长了一系列的Ge/Si多层膜样品.利用Raman光谱、X射线小角衍射以及原子力显微镜等分析测试技术,研究了多层薄膜的结晶、膜层结构、表面形貌等性质.结果表明:通过引入缓冲层,在一定程度上可以提高颗粒的结晶性;随着缓冲层逐渐沉积,来自界面态的影响有了明显的减弱,且多层膜结构的生长得到有效改善.红外吸收光谱实验表明多层膜的吸收特性与其周期结构密切相关,因此可以通过改变缓冲层厚度的方法,实现对多层薄膜红外吸收特性的调制.     

Y掺杂WS2二维材料的第一性原理研究

WS₂由于其优异的物理和光电性质引起了广泛关注。本研究基于第一性原理计算方法,探索了本征单层WS₂及不同浓度W原子替位钇(Y)掺杂WS₂的电子结构和光学特性。结果表明本征单层WS₂为带隙1.814 eV的直接带隙半导体。进行4%浓度(原子数分数)的Y原子掺杂后,带隙减小为1.508 eV,依旧保持着直接带隙的特性,随着Y掺杂浓度的不断增大,掺杂WS₂带隙进一步减小,当浓度达到25%时,能带结构转变为0.658 eV的间接带隙,WS₂表现出磁性。适量浓度的掺杂可以提高材料的导电性能,且掺杂浓度增大时,体系依旧保持着透明性并且在红外光和可见光区对光子的吸收能力、材料的介电性能都有着显著提高。本文为WS₂二维材料相关光电器件的研究提供了理论依据。     

Cobalt phthalocyanine nanowires: Growth,crystal structure,and optical properties

Cobalt phthalocyanine nanowires with new crystal structure and broad optical absorption spectra were fabricated by using organic vapor phase deposition method. The morphology, crystal structure and optical properties of CoPc nanowires were characterized by SEM, X‐ray diffraction, Fourier transform infrared and UV‐visible spectroscopies. Analyses of X‐ray diffraction patterns and Fourier transform infrared spectra indicate that the crystal structure of CoPc nanowires represents a new polymorph, which is designated J‐CoPc. These J‐CoPc nanowires with high directionality (average diameter ∼50 nm) surprisingly possess much broader optical absorption spectra in the visible spectral region than those of the α‐ and β‐phase CoPc, enabling high potential for practical applications in novel molecular electronic/optical devices.     

Advanced in Development IR Modulators of Ferroelectric Liquid Crystals Utilizing Transient Light Scattering Effects

Abstract

The highly efficient IR-modulation has been achieved using LC electro-optic elements. Experimental infrared modulator elements have been fabricated and demonstrated utilizing the transient light scattering effect of ferroelectric liquid crystal with asymmetric waveform voltage drive. The new elements performed 80%, 50%, 40% and 25% modulation degree in the 632.8nm, 2, 3-5 and 8-12 μm region. And we observed micro domain structure under the scattering state by a polarizing microscope to understand the mechanism of the domain switching. In addition, we evaluated properties of the scattering angular and temperature dependence quite important for the design of optics for the application in the infrared range.     

A study of alkali resistance of CaO---Al2O3---SiO2 glasses

The alkali resistance and structure of CaO---Al₂O₃---SiO₂ glasses are studied in this paper. The change of coordination number of aluminum ions in the glasses, caused by corrosion from the cement extract aqueous solution, was determined by means of X-ray fluorescence spectra and infrared absorption spectra. The interrelationship between glass compositions, structure, and alkali resistance is discussed.     

离子束溅射制备Si/Ge多层膜及红外吸收性能研究

采用离子束溅射方法在Si衬底上制备Si/Ge多层膜.通过改变生长温度、溅射速率等因素得到一系列Si/Ge多层膜样品.通过X射线衍射、拉曼散射、原子力显微分析(AFM)等表征方法研究薄膜结构与生长条件的关系.在小束流(10mA)、室温条件下制备出界面清晰、周期完整的Si/Ge多层膜.通过红外吸收谱的测量发现薄膜样品具有较好的红外吸收性能.     

Attractive sulfonamide bridging bonds constructing lanthanide centered photoactive covalent hybrids

A new kind of sol–gel derived organic–inorganic hybrid material was prepared for the first time.In this case the organic portion of an acylamine derivation grafted by 3-aminopropyl trimethoxysilane and covalently linked together via sulfonamide linkages. Fourier transform infrared (FTIR), in ultraviolet absorption (UV) spectra and ¹H nuclear magnetic resonance (NMR) spectra were used to confirm these modifications and the X-ray diffraction (XRD) spectra were used to determine the framework. The material’s phosphorescent spectra and luminescence spectra were recorded. An efficient intramolecular energy transfer process between acylamine and lanthanide ions took place within these molecular-based hybrids. Strong green and red emissions were achieved for Tb³⁺ and Sm³⁺ ions, respectively.