基于钙钛矿量子点荧光太阳集光器的蒙特卡洛光子追踪模拟

传统光聚集器热效应明显、结构复杂、成本昂贵。作为替代,荧光太阳集光器具有许多显著优势并能够有效降低太阳能电池的发电成本,因此受到广泛关注。本文通过传统热注入法合成了全无机钙钛矿CsPbBr_3量子点,并在此基础上设计了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光原型器件。通过TEM测试和必要的光学表征,证实本文合成的CsPbBr_3量子点具有典型的立方体结构、76.8%的荧光量子产率、512 nm的发光中心波长和22 nm的中心波长半高宽。此外,结合蒙特卡洛智能优化算法,建立了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光器的理论计算模型,确定了全无机钙钛矿量子点最优掺杂浓度和最佳平均波长集光效率。仿真结果表明,在量子点掺杂浓度为2.1×10~(-5) mol/L时,最优的集光效率达到5.4%。本文提出的蒙特卡洛光子追踪模拟过程将为未来荧光太阳集光器参数设计提供科学的计算方法。     

Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系发光增强和猝灭效应

利用金属蒸发真空多弧离子源注入机, 将Au离子注入到高纯石英玻璃来制备镶嵌有Au 纳米颗粒的衬底材料, 随后将化学方法合成的CdTe量子点旋涂在玻璃衬底上制备了Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系. 通过对镶嵌有Au纳米颗粒的衬底进行热退火处理来控制Au纳米颗粒的生长和分布, 系统研究了Au纳米颗粒的局域表面等离子体共振对CdTe量子点光致发光性能的影响. 利用光学吸收谱、原子力显微镜、透射电子显微镜和光致发光谱对样品进行了表征和测试. 光致发光谱表明, Au纳米颗粒的局域表面等离子体对CdTe量子点的发光有增强效应也有猝灭效应. 深入分析了Au纳米颗粒和CdTe量子点之间的相互作用过程, 提出了关于Au-CdTe 纳米复合体系中CdTe 发光增强和猝灭的新机理. 该实验结果为利用金属纳米颗粒表面等离子体技术制备高发光性能的光电子器件提供了较好的参考.     

强电负性配体诱导CsPbBr_3纳米晶蓝光出射

全无机钙钛矿纳米晶因其出色的光学性能(量子产率高、发射带宽窄、吸收截面大等)与简单便利的制备过程等特点受到了各国研究人员的极大关注.目前,制备的无机钙钛矿纳米晶主要集中在绿光和红光波段,蓝光无机钙钛矿纳米晶研究较少,且存在荧光量子效率低、稳定性差的问题,限制了其应用范围.选用强电负性2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为配体,采用热注入法制备无机钙钛矿纳米晶CsPbBr3,纳米晶呈片状,尺寸均一,结晶度好,荧光峰位于462nm,半高宽为20nm,荧光量子产率可达80%.通过测量CsPbBr_3纳米晶的时间分辨光致发光谱和瞬态吸收谱,研究了CsPbBr_3纳米晶产生蓝光的物理机理.该研究丰富了配体对于纳米晶相互作用的研究内容,极大地促进了无机钙钛矿纳米晶在光学器件中的应用.     

银纳米颗粒对纳米金刚石的拉曼及荧光增强特性研究

纳米金刚石因其优异的光学特性成为当今纳米科学研究中的一个热点.利用等离激元效应提高nitrogenvacancy(NV)色心的荧光和拉曼散射强度,进而可以提高这类传感器的灵敏度.本文主要将纳米金刚石与Ag纳米颗粒结合,利用金属纳米颗粒表面的等离子体共振效应,使NV色心的荧光和拉曼强度得到增强.同时研究了Ag纳米颗粒的质量浓度对拉曼与荧光光谱强度的影响,并进一步研究了相应的荧光辐射跃迁速率与量子效率,对荧光的增强机制进行了探究.     

基于CsPbBr3钙钛矿量子点的白光LED器件的电流稳定性研究

大多数针对CsPbBr3钙钛矿量子点的应用研究主要集中于绿光发射的LED,应用于WLED的报道较少,为此对基于CsPbBr3钙钛矿量子点的白光LED器件的电流稳定性进行研究.首先通过热注入法制备CsPbBr3钙钛矿量子点并测试其吸收光谱和发射光谱,吸收峰和发射峰分别为502 nm和512 nm.然后将CsPbBr3钙钛矿量子点与紫外光固化胶混合形成CsPbBr3钙钛矿量子点胶体,叠加红色荧光粉制作两种不同封装结构的白色发光二极管(WLED),分别为WLED Ⅰ和WLED Ⅱ.在10 mA的电流下,WLED Ⅰ的显色指数达到92.1,相关色温为4323 K,流明效率为33.04 lm/W,三个指标均高于WLEDⅡ.最后分别对WLED Ⅰ和WLED Ⅱ进行电流稳定性测试.在将驱动电流从10 mA慢慢增加到150mA以及在720 min的通电时间和15 mA的驱动电流两种条件下,分别测试两种WLED器件的性能.结果 表明,WLED Ⅰ显示出更稳定的变化趋势.     

金纳米颗粒调控量子点激子自发辐射速率

将InAs/GaAs量子点样品薄膜置于覆盖有直径为50 nm的金(Au)纳米颗粒的硅衬底上,可以调控量子点激子的自发辐射速率.实验发现,当量子点浸润层距离Au纳米颗粒表面15—35 nm时,激子自发辐射速率受到抑制,且距离为19 nm时抑制作用最大,导致量子点激子的自发辐射速率减小到没有Au纳米颗粒时自发辐射速率的10^-3.基于经典的偶极辐射模型模拟计算的激子自发辐射速率与实验结果一致.     

全无机钙钛矿量子点的合成、性质及发光二极管应用进展

近年来,全无机铯铅卤素钙钛矿(CsPb X 3,X=Cl,Br,I)量子点由于其色纯度高、具有可调谐的发射波长(410~760 nm)、窄的半峰宽(12~42 nm)和较高的荧光量子产率(最高可达95%以上)以及可全溶液处理等优势而受到人们的高度关注,在显示和照明领域有着较为广阔的应用前景。本文首先介绍了近年来发展起来的全无机钙钛矿量子点的液相合成方法,如高温热注射法、一步反应法、阴离子交换法和过饱和重结晶法等;其次介绍了全无机钙钛矿量子点的形貌、尺寸和晶型调控及材料组分、反应温度和杂质离子对其发光性能的影响,进而总结了无铅全无机钙钛矿量子点的研究进展;然后介绍了全无机钙钛矿量子点在发光二极管方面的应用进展;最后概述了全无机钙钛矿量子点在未来发展中存在的挑战和机遇。     

基于深亚波长双层媒质的钙钛矿量子点荧光增强

近年来,利用金属纳米结构表面等离激元共振提高半导体材料的发光效率取得了重要进展,但是相关结构体系面临着加工技术复杂、重复性差等缺点。本文报道了一种新型超薄、大面积、共振可调的平面双层纳米媒质用于增强量子点发光,其结构由深亚波长厚度、高吸收率特性的氧化铜(CuO)薄膜和金(Au)薄膜构成。实验结果显示,通过改变CuO薄膜厚度可以灵活调节CuO/Au双层堆栈结构的反射光谱,以其为基底旋涂CsPbBr_3钙钛矿量子点后与裸石英旋涂CsPbBr_3量子点参考样品相比实现了最大7倍的荧光发光增强。理论分析表明,荧光增强效应与强光学非对称法布里-珀罗薄膜干涉引起的高效光吸收和局域场增强导致的自发辐射速率加快相关。     

基于CsPbBr_3纳米晶掺杂硫醇-烯聚合物的荧光太阳集光器制备及集光性能

荧光太阳集光器在光伏建筑一体化方面的潜在应用受到了广泛关注。本文采用CsPbBr_3纳米晶作为集光器的发光中心,采用硫醇-烯聚合物作为集光器的透明光波导基质。通过荧光发射谱、吸收谱以及荧光寿命谱等对集光性能进行研究,发现将CsPbBr_3纳米晶掺入硫醇-烯聚合物后,发光峰位蓝移了11 nm、半高宽展宽了20.4 nm,这可归因于硫醇-烯聚合物基质的介电约束效应。同时,硫醇-烯聚合物基质大幅提高了CsPbBr_3纳米晶的发光稳定性。当CsPbBr_3纳米晶在硫醇-烯聚合物基质中的掺杂浓度为5.6%时,荧光太阳集光器的集光效率可达8.9%。采用商用的多晶硅太阳能电池耦合在荧光太阳集光器的边缘,在标准AM1.5的太阳光照条件下,器件开路电压为0.47 V,短路电流密度为7.14 mA/cm~2,填充因子为24.01%,光电转换效率为2.30%。     

基于CsPbBr_(3)纳米晶掺杂硫醇-烯聚合物的荧光太阳集光器制备及集光性能EI北大核心CSCD

荧光太阳集光器在光伏建筑一体化方面的潜在应用受到了广泛关注。本文采用CsPbBr_(3)纳米晶作为集光器的发光中心,采用硫醇-烯聚合物作为集光器的透明光波导基质。通过荧光发射谱、吸收谱以及荧光寿命谱等对集光性能进行研究,发现将CsPbBr_(3)纳米晶掺入硫醇-烯聚合物后,发光峰位蓝移了11 nm、半高宽展宽了20.4 nm,这可归因于硫醇-烯聚合物基质的介电约束效应。同时,硫醇-烯聚合物基质大幅提高了CsPbBr_(3)纳米晶的发光稳定性。当CsPbBr_(3)纳米晶在硫醇-烯聚合物基质中的掺杂浓度为5.6%时,荧光太阳集光器的集光效率可达8.9%。采用商用的多晶硅太阳能电池耦合在荧光太阳集光器的边缘,在标准AM1.5的太阳光照条件下,器件开路电压为0.47 V,短路电流密度为7.14 mA/cm ^(2),填充因子为24.01%,光电转换效率为2.30%。     

Au:TiO2和Au:Al2O3纳米颗粒复合膜的线性和非线性光学特性

主要从实验和理论两个方面,探讨了不同Au颗粒尺寸和不同基质对Au：TiO₂和Au：Al₂O₃复合膜线性和非线性光学性质的影响.用吸收光谱研究了Au颗粒尺寸和基质与Au复合膜表面等离子体共振带之间的关系;用皮秒Z扫描技术研究了共振和非共振情况下(激发光波长分别为532nm和1064nm),Au颗粒尺寸和基质与复合膜三阶非线性极化率的关系.基于表面等离子体共振理论和局域场增强理论对复合膜进行了分析,得到了不同Au颗粒大小和不同基质时Au复合膜的 关键词： 金属纳米颗粒 复合膜 三阶非线性 表面等离子体共振     

经典光场相干控制金属纳米线表面等离子体传输

利用全量子力学的方法从理论上研究了利用经典光场相干控制半导体量子点-金属纳米线复合体系中表面等离子体传输特性. 计算中假设金属纳米线表面等离子体具有线性色散关系,半导体量子点具有梯形三能级结构. 分析表明:通过加或不加经典光场,可以控制表面等离子体被反射还是透射;加上光场后,反射峰、透射峰的位置以及两反射峰之间的距离都可以由经典光场控制. 关键词： 表面等离子体 量子点 散射     

Au/Ag纳米颗粒的成像技术与应用

基于10 nm尺度图形加工技术,通过改变金属纳米结构的大小和形貌,利用金属纳米结构的表面等离子体共振性能开发出SEM纳米彩色图片制作技术,使得图形的像素在60 nm尺度可控(约100万dpi)。利用图像处理技术可以快速生成加工版图,而通过电子束曝光和沉积技术则能够得到结构不同的Au/Ag纳米颗粒。结果表明:由于结构不同的Au/Ag纳米颗粒的表面等离子体共振性能不同,使其发光性能覆盖了可见光波段。本文通过改变Au/Ag纳米颗粒的大小,利用图像处理算法对不同大小的Au/Ag纳米颗粒进行排列组合,从而得到SEM纳米彩色图片。     

金纳米粒子降低吸附态细菌叶绿素a荧光量子效率的机理研究

本文通过比较细菌叶绿素a(BChl a)吸附于Au纳米颗粒表面前后吸收光谱、荧光光谱、绝对量子产率和荧光寿命的变化,研究金纳米颗粒表面对吸附态细菌叶绿素a(BChl a)自发荧光辐射过程的影响。结果表明,BChl a吸附到Au纳米颗粒表面后,单体和二聚体BChl a吸收峰位均红移约3nm;BChl a单体发射的荧光峰位置从784nm红移到791nm,BChl a二聚体发射的荧光峰位置从684nm红移到689nm,二者荧光均发生淬灭;荧光量子效率降低;荧光寿命在误差范围内保持不变。原因可能来自两个方面:(1)BChl a吸附到Au导电表面后使得与自发辐射跃迁速率相关的光子能态密度变小,从而使BChl a自发辐射速率降低;(2)BChl a与纳米Au颗粒表面间的无辐射能量转移导致吸附态BChl a非辐射速率增大。     

表面等离子共振现象的新应用——微弱磁场的测量

提出了一种新的表面等离子体共振传感器, 它包含三层结构: 棱镜、金属薄膜及二能级介质. 通过理论分析发现, 与通常表面等离子体共振系统不同, 这一物理系统中同时存在两种共振效应 (表面等离子体共振和能级间量子跃迁的共振效应), 它们共同作用的结果导致一系列新的物理现象, 其中一个令人感兴趣的现象是入射光的反射率对外场导致的微小能级移动十分敏感 (这一现象是通常的表面等离子体共振系统所不具有的). 由于能级移动依赖于外场, 所以最终入射光的反射率对外场具有灵敏的响应. 本文以外磁场导致能级移动的情况进行了理论计算, 结果表明, 这种表面等离子体共振系统的入射光的反射率对外加磁场极其敏感. 这一特性可以用来测量物质表面附近的微弱磁场, 有可能发展成为一种新型检测技术.     

惰性气体离子注入铝镁尖晶石合成金属纳米颗粒的探索

实验在表面蒸镀了金属(Cu,Au)薄膜的尖晶石(MgAl₂O₄)样品中注入惰性气体离子(Ar,He),随后对注入样品进行了退火处理.在紫外可见光谱上观察到了由于金属纳米颗粒存在引起的较强的表面等离子体共振吸收峰,提供了材料中金属纳米颗粒形成的证据.采用这种方法在材料中引入金属纳米颗粒,发现影响金属纳米颗粒形成的因素除了退火温度外,金属薄膜厚度的影响不可忽略. 关键词： 金属纳米颗粒 离子注入 惰性气体离子 紫外可见光谱     

金属纳米颗粒双圆环阵列的表面格点共振效应

由金属纳米粒子构成的周期性规则阵列,可以通过粒子间的耦合来激发表面格点共振效应,从而极大压缩单粒子的局域表面等离子体共振效应的线宽.本文将该表面格点共振效应从二维周期性结构推广到轴对称的圆环结构中,提出了双圆环金属纳米粒子阵列结构的电磁响应模型.在此基础上,得到了双圆环阵列发生表面格点共振效应的条件,并发现当阵列结构参数满足特定条件时,该阵列的所有偶极子分量会发生集体共振效应,从而获得极高的近场增强因子.     

金纳米颗粒光散射提高InAs单量子点荧光提取效率

采用光学方法确定InAs/GaAs单量子点在样品外延面上的位置坐标, 利用AlAs牺牲层把含有量子点的GaAs层剥离并放置在含有金纳米颗粒或平整金膜上, 研究量子点周围环境不同对量子点自发辐射寿命及发光提取效率的影响. 实验结果显示, 剥离前后量子点发光寿命的变化小于13%, 含有金纳米颗粒的量子点发光强度是剥离前的7倍, 含有金属薄膜的量子点发光强度是剥离前的2倍. 分析表明在金纳米颗粒膜上的量子点荧光强度的增加主要来自于金纳米颗粒对量子点荧光的散射效应, 从而提高量子点发光的提取效率.     

Ba2+离子掺杂CsPbBr3蓝光量子点合成及其光学性能

近年来,全无机卤素钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)因其荧光带宽窄、带隙可调、合成工艺简单以及荧光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)高等优点而被应用于光电器件领域.但相比于PLQY接近于100％的红光与绿光CsPbX3量子点,PLQY低于10％的蓝光量子点光学性能...     

CdTe QDs/Au NRs的SERS及光诱导电荷转移研究

控制和利用半导体基底的荧光背景是解决半导体纳米材料应用在表面增强拉曼(SERS)领域的关键问题。该研究通过将具有高荧光背景的碲化镉量子点(CdTe QDs)与贵金属金纳米棒(Au NRs)纳米材料复合,依赖于光激发下CdTe QDs与Au NRs之间的电荷转移,获得了兼具多功能特性(例如表面增强拉曼散射和光催化)的纳米复合材料。在该研究中,将染料分子亚甲基蓝(MB)作为探针分子,CdTe QDs/Au NRs纳米复合材料的之间的电荷转移降低了CdTe QDs的荧光背景,展现出良好的SERS增强性能。