加强学科交叉 拓宽研究领域是国家重点实验室生存发展的关键

随着对国家重点实验室管理实行优胜劣汰的严格管理,高校国家重点实验室如何面对机遇和挑战,是一个必须深思的问题。该文以硅材料国家重点实验室发展历程为实例,阐述加强学科交叉,拓宽研究领域是高校国家重点实验室生存和发展的根本保证。

硅基一维纳米半导体材料的制备及光电性能

硅基一维纳米半导体材料是新型的硅基光电子材料 ,在硅基光电集成和纳电子领域有重要的应用前景 .主要论述了硅基一维纳米半导体材料 (纳米硅线、纳米ZnO线 )的制备 ,着重一维纳米材料的阵列化制备 ,讨论了其生长机理 ,研究了硅基一维纳米半导体材料的的光学、电学等物理性能 .

硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,被认为是最有应用潜力的下一代锂离子电池负极候选材料。本文系统总结了硅负极材料的电化学储锂特性和储锂机理,分析了硅负极材料存在的主要问题及原因。针对存在的问题,从嵌脱锂过程硅材料粉化调控、稳定固体电解质界面膜(SEI膜)的构建和硅材料导电性调变3方面对硅负极材料的电化学改性进展进行了评述,并指出了硅负极储锂材料今后的研究方向。

杂质对单晶硅材料硬度的作用

室温下使用维氏硬度计研究了硅单晶表面的接触损伤及硅单晶中杂质对表面损伤的影响 .实验发现 ,硅单晶的硬度不仅与晶体的本身特性——晶向有关 ,还与所掺入杂质的种类和浓度有关 .损伤造成的裂纹倾向于沿着〈1 1 0〉晶向扩展 ,而且 { 1 1 1 }面上的硬度要大于 { 1 0 0 }面 .重掺 n型单晶由于能带结构的变化而使硬度下降 ;相反 ,重掺

氮化硅薄膜对晶体硅材料和电池的钝化效果研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在P型直拉单晶硅硅片和铸造多晶硅片以及太阳电池的表面上 沉积了非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,并研究了氮化硅薄膜对材料少子寿命和太阳电池性能的影响。研究发现: 氮化硅薄膜显著地提高了晶体硅材料中少子寿命,同时多晶硅太阳电池的开路电压有少量提高,短路电流普遍 提高了1mA/cm2,电池效率提高了2％。实验结果表明:氮化硅薄膜不仅具有表面钝化作用,也有良好的体钝化 作用。

单晶硅材料机械性能研究及进展

本文综述了硅材料的机械性能研究进展和相应的研究方法。利用高温拉伸、抗弯测试和显微压痕测试等研究手段 ,指出硅材料表面状况、位错和杂质是其机械性能的主要影响因素。表面损伤将降低硅单晶的拉伸屈服强度和抗弯强度 ;而位错的产生和滑移也可降低单晶的机械性能 ,但杂质对位错的钉扎将起到强化单晶机械性能的作用。

UHV/CVD生长锗硅材料的偏析现象

本文对利用超高真空CVD方法生长的Si1 -xGex 合金外延层中的锗表面分布情况和Ge在界面偏析现象进行了深入的研究。通过XPS和SIMS图谱的研究 ,指出表面由于锗的偏析 ,造成锗在体内和表面的含量不同 ,在低温时生长锗硅合金 ,表面氢原子的吸附可有效地抑制锗的偏析 ,但随着温度的升高 。

深亚微米集成电路用硅单晶材料

由于经济和技术的发展,深亚微米集成电路要求硅单晶材料向大直径和无(少)缺陷方向发展。综述了深亚微米集成电路用硅单晶材料的研究和发展,指出对于已开始应用的300毫米硅单晶而言,磁场拉晶、计算机模拟、线切割、双面抛光等工艺成为大直径硅单晶研制的重要特征;利用晶体生长速率和固液界面的温度梯度的设计,硅单晶中的自间隙硅原子、空位以及相关的微缺陷可以被控制;通过快速热处理,引入和控制空位,进而控制氧沉淀的新型内吸杂技术,可以制备高质量的表面清洁区;利用氮杂质掺杂,可以抑制硅单晶中VOID缺陷和增加硅片的机械强度。最后,还讨论了硅单晶材料的今后的研究方向和趋势。

新颖的硅基光电材料

光电集成是未来信息技术发展的重要方向之一,硅基光电集成具有巨大的应用前景,在硅基材料及集成方面源头创新空间很大。论述了新颖的硅基材料研究现状及应用前景。

太阳电池用多晶硅材料的现状和发展

国际太阳能光伏产业快速发展,造成了太阳电池原材料多晶硅在全球范围内的短缺,引起极大关注。本文简要描述了太阳电池用多晶硅原材料的基本制备原理,阐述了目前多晶硅材料的生产现状和发展情况。

一维硅纳米材料的研究进展

作为微电子领域最重要的半导体材料,硅的一维纳米结构在器件组装、纳米尺寸磁性器件、光电子等领域具有重要的作用,已经成为国际上材料科学研究的一个热点。从制备方法、应用前景等方面综述了国际上关于纳米硅丝和纳米硅管的研究进展,并提出今后的研究方向。

钙钛矿/晶硅叠层太阳电池关键材料与技术研究进展

太阳电池要成为常规能源需不断提高光电转换效率、降低电池成本。叠层太阳电池采用不同禁带宽度的材料吸收太阳光,可减少高于带隙的高能量太阳光的热化损失,以及低于带隙的低能量太阳光不能被吸收的损失,提高电池光电转换效率。近几年,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池因具有带隙匹配、光电转换效率高、工艺简单等特性,成为新兴的研究热点。经过近五年的发展,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的光电转换效率已被快速提升至28%。要实现高效的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池,关键材料与结构的发展必不可少。钙钛矿/晶硅叠层电池主要包括四端和两端结构。其中两端叠层电池,因仅需要一个透明电极,有利于减少寄生吸收、降低成本,成为主流钙钛矿/晶硅叠层电池结构。除了结构改进外,开发高质量的关键材料对高效叠层电池也十分重要。首先,钙钛矿顶电池的金属电极需要替换成透明电极,使得透过顶电池的太阳光能被底电池吸收。目前主流的体系为透明导电氧化物。其次,钙钛矿顶电池的理想带隙为1.7~1.8 eV,因此需要开发高质量的宽带隙钙钛矿电池,以实现开路电压的增益。最后,两端叠层电池的中间界面层起复合载流子和调控光传输的双重作用,需要探寻具有优异光电特性的界面层材料。目前主流的中间界面层体系包括氧化铟锡、掺杂纳米硅以及含纳米硅的氧化硅薄膜等。虽然通过关键材料和结构的发展,叠层电池光电转换效率已经达到28%,但距43%的极限效率还有一定的差距,需进一步提高叠层电池的短路电流密度、开路电压等光伏特性参数。为提高叠层电池的短路电流密度,需降低载流子传输层、透明电极、中间界面层的寄生吸收损失,同时通过绒面结构、减反层、折射率匹配的界面层等光管理手段降低界面的反射损失。提高叠层电池开路电压的关键是提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压。通过上述光电管理协同作用,叠层电池光电转换效率有望突破30%。本文以钙钛矿/晶硅叠层太阳电池性能发展为主线,首先简要介绍了叠层电池的结构及光电性能发展历史;然后介绍叠层电池的关键材料,重点包括透明电极、中间界面层、宽带隙钙钛矿电池;在此基础上,分析叠层电池光电转换效率制约因素及提升途径;最后对叠层电池的高效化、大面积、稳定性的未来发展进行了展望。

硅材料研究进展:从微电子到光伏和光电子

硅材料基础上微电子工业的崛起,对本世纪世界经济和科技的高速发展起了决定性的作用。微电子已成为国民经济的支柱产业,在国家经济、国防和科技的现代化上起着举足轻重的作用。毫无疑问,硅材料作为最重要的半导体材料,是微电子的基础材料,在过去的四十年,硅材料的发展直接促进了集成电路和整个微电子产业的进步。同时,硅材料还是太阳能光电转换(光电池)的主要材料,并且在今后的光电子领域,也会起到重要作用。因此,硅材料的研究是国际学术界关注的焦点之一。本次中德双边会议由浙江大学硅材料国家重点实验室承办,由中德科学中心资助。

硅、锗材料在Si(100)表面的生长研究

利用扫描隧道显微镜和超高真空实验装置系统进行了Si(10 0 )表面生长Si,Ge的实验研究。分析了所生成表面的形貌、结构等物理性质。研究表明 :Si在Si(10 0 )表面的同质生长可以形成纳米结构薄膜。Ge在Si(10 0 )表面生长形成规则的三维小岛。而在Si/Ge/Si(10 0 )多层膜上生长则形成大小二种三维岛。

磨料形貌及分散介质对4H碳化硅晶片研磨质量的影响研究

研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一,对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响,基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况,推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明,磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率,材料去除速率越高,晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性,4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面:水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高,磨料分散均匀,水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度;乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小,磨料易发生团聚,增大研磨过程的磨料切入深度,晶片的材料去除速率提高,晶片最大划痕深度随之增大。

基于CsPbBr_(3)量子点的湿度传感器的制备及其在微裂纹检测中的应用

采用简单的溶液路线结合乙酰丙酮铁(AAI)改性技术,制备了分散性良好、尺寸均匀的钙钛矿型CsPbBr_(3)-Fe量子点(QDs),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光(PL)光谱对材料进行表征。并通过旋涂法构筑基于钙钛矿QDs的电阻式湿度传感器。湿敏特性测量结果表明:该湿度传感器在10%~100%的相对湿度(RH)的检测范围内具有良好的线性、快速响应特性;在70%RH时传感器的灵敏度为1.1,响应时间为33 s,恢复时间为38 s。此外,我们运用有限元方法模拟了管道微裂缝的泄漏行为,通过模拟不同流速、压力下的流速场和压力场分布,验证了利用湿度传感器检测泄漏点位置的可行性。

2023年中国光伏技术进展综述

2023年中国光伏技术发展迅速,从晶体硅、硅片、晶体硅太阳电池及其光伏组件、薄膜太阳电池及其光伏组件、新型太阳电池、光伏发电系统集成与应用、光伏功率变换器及平衡部件、光伏电站全生命周期数智化技术、光伏发电标准及实证测试、太阳电池光电转换效率等方面对2023年中国光伏技术发展情况进行了系统总结,客观描绘了中国光伏技术创新地图全貌。得到以下结论:1)三氯氢硅法(改良西门子法)和硅烷法技术的能耗指标达到国际先进水平,多次装料拉晶(RCz)技术仍是主要的硅棒生产方式,结合颗粒硅料的连续直拉单晶(CCz)技术持续取得进展。2)n型太阳电池的市场份额快速增加,TOPCon太阳电池大规模量产,HJT太阳电池产能持续增加,BC太阳电池实现批量生产。晶体硅太阳电池、钙钛矿太阳电池、钙钛矿/硅叠层太阳电池、CZTSSe薄膜太阳电池、有机太阳电池等太阳电池的光电转换效率屡创世界纪录。3)多层次立体化光伏发电应用体系不断丰富,大型地面光伏电站、分布式光伏电站、海上漂浮式光伏电站、天基/空间光伏发电系统、山地光伏电站等多元化应用模式蓬勃发展。

原位反应纳米TiB_2/Cu复合材料的制备和微结构

利用原位反应技术 ,通过控制反应物B2 O3 和石墨的含量制备了原位生长纳米TiB2 增强Cu基复合材料。用XRD ,EDS ,TEM对TiB2 /Cu原位复合材料进行微结构分析 ,研究表明铜基体中弥散分布着 5 0nm的TiB2颗粒 ,并对Cu基体有良好的增强作用。

多壁纳米碳管/Cu基复合材料的摩擦磨损特性

利用销盘式磨损试验机研究了粉末冶金法制备的多壁纳米碳管 /Cu基复合材料的稳态摩擦磨损行为 ,并用扫描电镜分析了复合材料的磨损形貌。结果表明 :多壁纳米碳管 /Cu基复合材料具有较小的摩擦系数 ,并随纳米碳管质量分数的增加而逐渐降低 ;由于复合材料中纳米碳管的增强和减摩作用 ,在低载荷和中等载荷作用下 ,随着纳米碳管质量分数的增加 ,复合材料的磨损率减小 ;而在高载荷作用下 ,由于发生表面开裂和片状层剥落 ,含纳米碳管质量分数高的复合材料的磨损率增高。

一种生物无机材料—石质古迹上天然草酸钙保护膜的研究

酸雨是侵蚀我国大部分地区石质文物的主要威胁之一．近几十年来，室外的许多碳 酸岩石刻和石雕都因此受到了不同程度的破坏．但是，在许多石质古迹上偶尔可以看到某些部 位的石刻文字至今保持完好，仔细观察发现其表面有一层天然形成的保护膜．本工作对这种膜 的样品分别进行了ＦＴＩＲ、ＰＬＭ、ＥＤＡＸ、ＳＥＭ和ＴＥＭ分析，结果表明这是一种以草酸 钙为主要成分的致密的生物无机膜．本文简要讨论了这种膜的分析结果和形成机理．