硅太阳能电池的调制载流子红外辐射动态响应与参数分析

建立了调制激光诱发硅太阳能电池的少数载流子密度波数学模型,并利用光致载流子辐射检测掺杂浓度、阻抗及载流子输运参数. 对频域响应曲线中的双弯曲效应进行了研究,构建了小交流信号作用的太阳能电池等效电路拓扑结构,仿真分析了不同掺杂浓度、阻抗电阻和载流子传输参数对频响曲线拐点的影响. 通过光致载流子辐射频域扫描实验与多参数拟合检测了单晶硅太阳电池的施/受主浓度、并联电阻和载流子输运参数. 结果表明：光致载流子辐射技术检测大面积太阳能电池频响曲线的双弯曲是由电容效应所引起的,建立的数学模型可定量描述和预测检测结果,并用于测量太阳能电池的掺杂浓度、电阻和载流子输运参数. 关键词： 调制自由载流子辐射 扫频检测 PN结电容 参数测量     

调制自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的三维理论

推导出用于测量半导体载流子输运特性(载流子寿命、载流子扩散系数和前表面复合速度)的调制自由载流子吸收(modulated free carrier absorption, MFCA)检测技术的三维理论模型,给出了调制自由载流子吸收检测信号与调制频率和抽运-探测光相对距离的关系.定性分析了在不同调制频率时各个载流子输运参数对径向位置扫描曲线(信号与两束光相对距离的关系)的影响,结果表明调制自由载流子吸收检测信号对各个参数的灵敏度随抽运-探测光相对距离的增加而增加.仿真和实验结果表明,通过拟合不同调制频率时调 关键词： 调制自由载流子吸收 载流子输运特性 径向位置扫描     

调制激光致硅晶圆载流子辐射扫描成像试验研究

建立了调制激光诱发硅晶圆少数载流子密度波一维模型, 仿真分析了少数载流子输运参数对调制激光诱发载流子辐射信号频域响应的影响. 利用调制激光诱发载流子辐射扫描成像系统对含有表面划痕的硅晶圆进行了扫描成像试验研究. 通过少数载流子密度波模型与多参数拟合方法反求得到了扫描区域的输运参数二维分布图. 该方法得到的少数载流子寿命与利用传统光电导方法测量的少数载流子寿命结果相符; 分析了划痕对载流子输运参数造成的影响, 与光电导方法比较, 该方法可以测量不同位置的全部载流子输运参数且分辨率高.     

方波调制下自由载流子吸收测量半导体载流子输运参数的时域模型

本文建立了用于测量半导体载流子输运特性(载流子寿命、载流子扩散系数和前表面复合速度)的方波调制下自由载流子吸收(free carrier absorption,FCA)检测技术的时域理论模型.通过数值模拟,分析了在不同调制频率下时域曲线的变化趋势以及各个载流子输运参数对时域曲线的影响.结果表明方波调制下的自由载流子吸收的时域信号对各个参数都用较高的灵敏度,且参数值的测量范围大于频域测量范围.     

Q有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃输运

本文描述了跳跃模型在有机聚合物光折变材料中空间电荷场理论上的应用.在Feinberg针对无机光折变晶体提出的电荷传输过程模型-跳跃模型(Hopping Model)基础上,根据有机聚合物光折变材料的特点,考虑了光生载流子产生过程中的电子空穴对的复合过程(对复合和双分子复合过程)和激发光场的频率(即激发光子的能量)对光生载流子产生的影响,给出了有机聚合物材料中光生载流子产生的量子效率和光生载流子的分布密度及其跳跃率的新表示,完成外加调制光场和静电场同时作用下有机聚合物材料中光生载流子传输的跳跃方程,得到空间电荷场建立的动态过程和稳态时的解析表达式及其数值计算结果.     

双波长自由载流子吸收技术测量半导体载流子体寿命和表面复合速率

提出了采用双波长自由载流子吸收技术同时测量半导体材料载流子体寿命和前表面复合速率的方法.通过数值模拟,定性分析了不同载流子体寿命和前表面复合速率对信号的影响,同时对测量参数的可接受范围和不确定度进行计算并与传统频率扫描自由载流子吸收方法测量结果进行比较.结果表明：提出的双波长自由载流子吸收方法可明显减小载流子体寿命和前表面复合速率的测量不确定度,提高参数测量精度;表面杂质和缺陷越多的样品,其前表面复合速率测量不确定度越小.进一步分析表明,此现象与不同波长激光抽运产生的过剩载流子浓度分布不同有关.     

电子辐照下GaAs/Ge太阳电池载流子输运机理研究

通过地面模拟辐照试验获得不同能量电子辐照下GaAs/Ge太阳电池电学参数退化的基本规律, 在此基础上使用PC1 D模拟程序分析太阳电池内部的载流子输运机理, 建立不同能量的电子辐照下GaAs/Ge太阳电池中多数载流子浓度和少数载流子扩散长度随辐照粒子注量变化的基本规律. 研究结果表明: 多数载流子浓度和少数载流子扩散长度均随入射电子注量的增大而减小, 多数载流子去除率和少数载流子扩散长度损伤系数均随电子能量的增高而增大, 多数载流子去除效应和少数载流子扩散长度缩短分别是电池开路电压和短路电流退化的主要原因.     

太赫兹辐射场下的石墨烯光生载流子和光子发射

通过半经典的玻尔兹曼平衡方程理论研究了太赫兹辐射场下的石墨烯光生载流子和光子发射.研究得到了太赫兹辐射场下石墨烯的光生载流子浓度和光子发生率的解析公式.研究发现,掺杂电子浓度越小,或者温度越低,光生载流子浓度越大;掺杂电子浓度越大,或者温度越低,石墨烯的光子发射率越大.通过改变门电压或温度,可以有效地调控石墨烯光生载流子浓度和光子发射概率.理论研究结果和解析表达式对发展以石墨烯为基础的新型太赫兹光电器件具有重要的参考价值.     

红外波长上转换器件中载流子阻挡结构的研究

复杂半导体材料结构中的载流子分布特性对器件性能有重要影响. 本文针对一种新型的波长上转换红外探测器, 研究了载流子阻挡结构对载流子分布和器件特性的影响. 论文通过自洽求解薛定谔方程、泊松方程、电流连续性方程和载流子速率方程分析了不同器件结构中的空穴分布. 同时, 生长了相应结构的外延材料, 并通过电致荧光谱分析了载流子阻挡结构对器件特性的影响. 结果表明, 2 nm厚的AlAs势垒层既能有效阻挡空穴又不影响电子输运, 有利于制作波长上转换红外探测器. 此外, 论文分析了阻挡势垒层的厚度和高度以及工作温度对载流子分布的影响. 本文研究结果亦可应用于其他载流子非均匀分布的半导体器件.     

半导体特性的调制自由载流子吸收变距频率扫描方法研究

根据调制自由载流子吸收（modulated free carrier absorption,MFCA）检测技术的三维理论模型,采用变间距频率扫描方式测量单晶硅样品的电子输运参数,进行了仿真与实验,对结果进行了分析;通过多参数拟合,获取了测试样品的载流子扩散系数、少数载流子寿命和前表面复合速度.仿真与实验都表明,变间距频率扫描结合多参数拟合,可以提高输运参数的测量精度. 关键词： 调制自由载流子吸收 电子输运参数 变间距频率扫描 多参数拟合     

基于光子技术的UV-B辐射对植物细胞伤害评价方法

用50 μW/cm2 UV-B连续辐射大豆愈伤组织16 h,发现大豆愈伤组织的自发发光强度逐渐增长,延迟发光呈现衰减的趋势.通过对延迟发光动力学过程的分析,得到了UV-B辐射下大豆愈伤组织延迟发光的特征参数积分强度I(T)、初始光子数I0、相干时间τ和衰减参数β的变化规律.结果表明,大豆愈伤组织延迟发光初始光子数I0、...     

Performance of dual-band short-or mid-wavelength infrared photodetectors based on InGaAsSb bulk materials and InAs/GaSb superlattices

In this paper,we demonstrate bias-selectable dual-band short-or mid-wavelength infrared photodetectors based on In_(0.24)Ga_(0.76)As_(0.21)Sb_(0.79)bulk materials and InAs/GaSb type-II superlattices with cutoff wavelengths of 2.2μm and 3.6μm,respectively.At 200 K,the short-wave channel exhibits a peak quantum efficiency of 42%and a dark current density of5.93×10~(-5)A/cm~2at 500 mV,thereby providing a detectivity of 1.55×10~(11)cm·Hz~(1/2)/W.The mid-wave channel exhibits a peak quantum efficiency of 31%and a dark current density of 1.22×10~(-3)A/cm~2at-300 mV,thereby resulting in a detectivity of 2.71×10~(10)cm·Hz~(1/2)/W.Moreover,we discuss the band alignment and spectral cross-talk of the dual-band n-i-p-p-i-n structure.     

Gd3+/Y3+共掺对Nd:CaF2晶体光谱性能的影响

通过坩埚下降法生长了系列共掺Nd,Gd:CaF₂和Nd,Y:CaF₂晶体, 研究了Gd³⁺/Y³⁺共掺对Nd³⁺光谱性能以及Nd:CaF₂晶体晶胞参数的影响规律. 对于0.5 at.%Nd, x at.%Gd(x=2,5,8,10):CaF₂系列晶体, 当调控Gd³⁺掺杂浓度为2 at.%时, 具有最大的荧光寿命499 μs; 当Gd³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 具有最大的吸收截面1.47×10^-20 cm², 最大的发射截面1.9×10^-20 cm²; 当Gd³⁺掺杂浓度为8 at.%时, 具有最佳的发射带宽29.03 nm. 对于0.6 at.%Nd, xat.%Y(x=2, 5, 8, 10):CaF₂系列晶体, Y³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 有最大的吸收截面2.41×10^-20 cm², 最大的发射截面3.17×10^-20 cm²; 当Y³⁺掺杂浓度为10 at.%时, 具有最长的荧光寿命359.4 μs,并且具有最大发射带宽26 nm.     

激光辐照固体靶产生等离子体反冲研究

提出一种通过诊断等离子体反冲动量来计算激光加载产生冲击压强的方法. 当强激光辐照固体靶表面时, 所产生的高速喷射的等离子体对靶具有反冲作用, 通过诊断等离子体反冲动量的变化可以计算激光辐照固体靶产生的冲击压强变化. 本文利用辐射流体力学软件研究了这种诊断方法, 模拟采用的激光功率密度为5×10¹²-5×10¹³ W/cm², 激光脉宽选取纳秒量级. 模拟结果表明该方法是有效且可行的.     

Er~(3+)掺杂Na_5Lu_9F_(32)单晶体的红外光学特性

采用坩埚下降法成功地生长了Er~(3+)离子掺杂的Na_5Lu_9F_(32)(NLF)单晶体。测定了单晶体在400~2 500nm波段的吸收光谱与2.5~25μm红外波段的透过光谱。Na_5Lu_9F_(32)单晶体在400~7 150 nm宽波段范围具有好的光学透过性,在该波段的透过率达到90%。在透过光谱中几乎观察不到2.7μm中红外波段的吸收,说明单晶体中OH~-离子的含量极低。根据测定的吸收光谱,通过Judd-Ofelt理论计算了Er~(3+)在单晶体中的光学强度参数Ω_t(Ω_2=2.08,Ω_4=2.07,Ω_6=0.75),以及相应的辐射跃迁速率、荧光分支比和荧光寿命。根据Futchbauer-Ladenburg公式估算了样品的发射截面大约分别为1.42×10~(-20)cm~2(~4I_(13/2)→~4I_(15/2))和1.66×10~(-20)cm~2(~4I_(11/2)→~4I_(13/2))。在980 nm半导体激光器(LD)激发下,研究了单晶体的近红外1.5μm与中红外2.7μm的发射光谱特性。     

Shadow photography of laser-driven shock waves in air

The interaction of a pulsed TE-CO₂-laser (10.6 μm wavelength, 7 μs pulse length, 0.7 J pulse energy, 10⁷ W/cm² power density, 100 kW mean power) with metals in air was investigated. Laser-supported absorption phenomena and material ablation processes are compared to those of conventional pulsed TEA-CO ₂-lasers. Of interest were the time-dependent plasma formation and the evolution of the shock waves. To achieve a time resolution better than 10 ns, a pulsed dye laser was used as a light source for the shadow photography     

Two-photon absorption and nonlinear optical properties of a new organic dye PSPI

Trans-4-[p-(pyrrolidinyl)styryl]-N-methylpyridinium iodide (abbreviated as PSPI thereafter) is a two-photon absorption (TPA) dye newly synthesized by our research group. It possesses much larger TPA cross-section and much stronger upconversion fluorescence emission than those of common organic dye (such as rhodamine) when excited with near infrared (IR) radiation. TPA spectrum and upconversion efficiency spectrum of HEASPI solution at various wavelengths were measured. There is 34 nm blue shift for the central wavelength of the TPA induced absorption peak compared with two times of the linear absorption peak. The biggest molecular TPA cross-section σ₂^′ is 2.85×10⁻⁴⁷ cm⁴ s/photon at 930 nm. At 1064 nm, σ₂^′ is 3.12×10⁻⁴⁸ cm⁴ s/photon. The highest efficiency is 3.9% at 1010 nm, whereas 2.9% at 1064 nm. Its optical power limiting properties at 930 nm have also been illustrated.     

TEM study of the origin of the surface microroughness in DSL photoetched Si-implanted GaAs wafers

TEM has been used to study the origin of the surface microroughness that formed in both ²⁹Si as-implanted and rapid thermal annealed LEC undoped GaAs wafers after DSL photoetching. The degree of microroughness increased as the implant dose increased from 3 × 10¹² to 3 × 10¹⁴ atoms/cm². It has been found that such a microroughness is due to the fine-scale damage induced by the implantation in the as-implanted wafers and to interstitial dislocation loops in the implanted and then annealed wafers. Microroughness appears during DSL etching because such defects are effective recombination centres for the holes involved in the dissolution of the GaAs surface so that the wafers etch slower at the point-defect clusters and dislocation loops.     

基于准弹性中子散射谱分析水化硅酸钙(C-S-H)中受限水的动态

研究水化硅酸钙(C-S-H)中受限水动态的一种重要手段是准弹性中子散射(quasi-elastic neutron scattering, QENS)实验. C-S-H样品的QENS谱数据可通过跳跃扩散和转动扩散模型进行分析拟合, 进而导出C-S-H样品微纳孔中水动态的相关物理参数: 不动水指数C、转动扩散系数D_r、均方位移< u² >、自扩散系数D_t及平均停留时间τ₀. 本文对水与水泥质量比为30%的C-S-H样品, 测量温度为230-280 K的QENS谱进行了分析, 得到的拟合参数可定量描述C-S-H样品内不同尺度的微纳孔中受限水随温度变化的动态过程. 转动扩散系数D_r随散射矢量Q的变化可知, Q值较大时, 水分子的转动对QENS谱影响较大. 均方位移 < u² > 随Q值的不同而变化, 其拟合值可区分C-S-H样品中的不动水、强受限水和受限水. 在Q较小时, D_t 和τ₀ 的拟合值随温度而变化, 并分别在230和240 K突然增大, 由此揭示温度为230-240 K 时, C-S-H 样品中受限水分子的动态特性发生了转变.