基于面光源模型的光子晶体LED辐射特性

提出了一种用于计算具有光子晶体(PCs)图案的多层结构的面光源模型。此模型是基于多层散射法的计算方法,可处理二维无限大的光子晶体层结构。与传统的采用点光源作为器件辐射光源不同的是,把器件的发光近似看作由无穷多个点偶极子组成的面辐射源,这种面光源模型与真实的面辐射器件,如发光二极管(LED),有机发光二极管(OLED)等的辐射机制相近,可得到更接近真实的发光特性。基于这个模型,计算了具有二维光子晶体图案的LED器件的发光特性。二维正方晶格和三角晶格光子晶体表面的LED的辐射的角分布光谱表明,具有光子晶体表面发光器件的出光有明显的增强。与传统的点偶极子模型的计算结果比较,面光源模型得到光谱的共振峰的强度较小,出光的空间分布也有所不同。两种模型结果不同,在三角晶格LED结构中尤为明显。对于LED卒取效率的计算同样表明,面光源得到的三角晶格结构卒取效率要比点光源的结果略低。

结温对GaN基白光LED光学特性的影响

制备了一个可测量n型GaN材料电阻的白光LED样品,测量了从室温到170℃下的LED芯片的n-GaN材料的电阻,发现n-GaN材料的电阻随温度的升高而增大,且两者呈一定的指数关系。利用这一特性,通过测量LED工作状态下内部所用GaN材料的电阻,可以实现对LED结温的测量。通过改变积分球底板温度使LED样品处于不同的结温下,测量了白光LED的光谱及色度学参数,结果表明:白光LED的峰值波长、显色指数、色温、光通量均与结温成一定的线性关系。

染料敏化太阳能电池的电子传输和复合特性研究

采用丝网印刷方法在透明导电玻璃上制备了不同厚度的TiO2纳米颗粒多孔薄膜光阳极,并与Pt对电极和I-/I3-电解液组装成染料敏化太阳能电池.通过电池的I-V特性、强度调制光电流谱、强度调制光电压谱和电化学阻抗谱分析,获得了电池的光伏性能和反映电子传输、复合和收集的动力学参数。结果表明:随着TiO2光阳极厚度从5μm逐渐增加到14μm,电池的光电转换效率从4.67%逐渐增加到8.21%,光生电子在光阳极中的传输时间从2.74 ms逐渐增加到7.84 ms,电子扩散系数从3.88×10-5cm2.s-1增加到1.10×10-4cm2.s-1,电荷收集效率逐渐减小,结合这些参数,分析了染料敏化电池中电子传输、复合和收集的动力学过程。

CdS纳米晶颗粒薄膜的制备及其光学特性研究

采用化学浴沉积法,以CdCl2.H2O、CS(NH2)2、NH4Cl、NH3.H2O和去离子水作为反应前驱物,在不同的氨水浓度下制备CdS纳米晶颗粒薄膜。通过扫描电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、紫外-可见光透射光谱、椭圆偏振光谱等方法,研究了反应前驱物中氨水浓度对CdS纳米晶颗粒薄膜的表面形貌、晶体结构、S/Cd原子比、光透过率、光学带隙、折射率、消光系数和光学吸收边等物理性能的影响。结果表明:反应前驱物中氨水浓度在0.4～1.0mol/L范围内,可以在衬底上形成均匀致密的CdS纳米晶颗粒薄膜。随着氨水浓度的增加,CdS纳米晶的平均晶粒尺寸逐渐减少,S/Cd原子比逐渐增加,由富Cd型转变为富S型,禁带宽度逐渐增加。在500～1000 nm波段内,折射率的平均值为1.75;消光系数k小于0.07。

硒化方式对CuInSe_2薄膜结构、成分和形貌的影响

采用直流磁控溅射技术,首先在玻璃衬底上制备Mo薄膜,然后制备CuIn预制层。以固态硒粉为硒源,采用硒薄膜法和硒蒸气法两种硒化工艺,经过三步升温硒化方式对CuIn预制膜进行硒化制备CuInSe2薄膜。通过X射线衍射、能量散射谱和扫描电镜测试分析手段,分析CuIn预制膜和每一步硒化热处理后薄膜结构和形貌的变化。结果表明:两种方法硒化后均形成具有单一黄铜矿相结构的CuInSe2薄膜,薄膜具有(112)面择优取向,硒蒸气法形成的晶粒较大,但均匀性差。

ZnS薄膜制备和光学性能研究

采用化学水浴法,以硫酸锌、硫脲、联氨、氨水和去离子水为反应前驱物制备ZnS薄膜。采用SEM、EDS、XRD和透射光谱分析方法,研究反应前驱物中氨水以及联氨的浓度对ZnS薄膜形貌、成分、结构和光学性能的影响,同时对ZnS薄膜的形成机理做进一步分析。结果表明:ZnS薄膜由纳米颗粒组成,这些ZnS纳米颗粒为非晶态结构。ZnS薄膜中S与Zn原子比最大为0.79∶1,薄膜中夹杂少量ZnO或Zn(OH)2。ZnS薄膜在可见光波段的透过率大于80%,禁带宽度为3.74～3.84 eV。氨水和联氨浓度对薄膜形貌、成分和光学性能有较大的影响。当反应前驱物中氨水浓度为0.5～0.8 mol/L、联氨浓度为0.5～1.0 mol/L时,溶液中的化学反应以在衬底上发生的离子-离子反应占主导作用,能在衬底上形成致密且颗粒大小分布均匀的ZnS薄膜,S与Zn的原子比接近1∶1。

高亮度LED灯具热界面材料制备及热模拟分析

利用具有优异导热性能的石墨烯制备了石墨烯／硅油热界面复合材料，研究了材料的相关性能，并将其用于高亮度LED路灯上的散热封装，在对其封装散热效果分析时发现，该热界面材料能有效地降低器件界面热阻，改善高亮度LED的散热问题；同时采用有限元模拟软件ANSYS对热界面材料的散热效果进行模拟，为改进LED封装技术提供了依据。

一种新型垂直结构的Si基GaN绿光LED

为了改善Si基LED的电流扩展问题以及降低其工作电压,阐述了一种工艺简单新型垂直结构的Si基GaN绿光LED(V-LED)。利用ICP在芯片上刻蚀出通孔结构露出n-GaN层和Si衬底层,在通孔上的n-GaN层和Si衬底层蒸镀金属,将n-GaN层和Si衬底层直接导通,形成第一n电极,在减薄的Si衬底背面蒸镀背电极用于形成第二n电极。并且通过改变探针的测试位置,在同一芯片上进行了V-LED与横向导电的LED结构(L-LED)的比较,V-LED展现出了良好的性能,其串联电阻相对降低了10%,在大电流注入的情况下,相对光输出强度也有了提高。

氨水浓度对化学浴沉积的Zn(O,S)薄膜形貌、结构和性能的影响

采用化学浴法,以ZnSO4.7H2O和SC(NH2)2作为反应前驱物,C6H5O7Na3.2H2O作为络合剂,NH3.H2O作为辅助络合剂和缓冲剂制备Zn(O,S)薄膜。采用SEM、EDS、XPS、XRD和透射光谱分析方法,研究氨水浓度对化学浴法制备的Zn(O,S)薄膜形貌、成分、结构和光学性能的影响以及Zn(O,S)薄膜的形成机理。结果表明:Zn(O,S)薄膜是由ZnO和ZnS纳米颗粒混合组成的,ZnO具有纤锌矿结构,ZnS是以非晶相存在。随着反应溶液中氨水浓度的降低,薄膜中所包含的ZnO逐渐减少,ZnS逐渐增加,S/Zn原子比逐渐增加,透射率和光学带隙也逐渐增大。

反应前驱物中n(S):n(Cd)对CdS薄膜结构及发光特性的影响

采用化学水浴以CdCl2.H2O、CS(NH2)2、NH4Cl、NH3.H2O和去离子水作为反应前驱物制备CdS纳米晶薄膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射光谱和稳态荧光光谱,研究了反应前驱物中不同的n(S)∶n(Cd)对所制备的CdS薄膜的形貌、结构和光学性能的影响。结果表明:反应前驱物中n(S)∶n(Cd)≥3∶1时均能制备出由纳米颗粒组成的、具有立方晶系结构的CdS薄膜;CdS薄膜均为富镉的n型半导体,薄膜中的S/Cd原子比约为0.9∶1;CdS薄膜的吸收边在450 nm左右,在510～2 500 nm范围内透射率均在70%以上,在500 nm处有一较强的发光峰。

Yb^(3+)-Ho^(3+)-F-共掺杂TiO_2纳米晶的上转换发光性能及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用溶胶-水热法制备了Yb^(3+)-Ho^(3+)-F-共掺杂的TiO_2(简写为UC-F-TiO_2)纳米粉末。通过XRD,TEM,拉曼光谱,XPS和发光光谱,研究了Yb^(3+)掺杂浓度对UC-F-TiO_2纳米粉末的结构、形貌和上转换发光性能的影响规律。结果表明:UC-F-TiO_2纳米粉末颗粒的大小约20 nm,由金红石和锐钛矿两种结构混合组成,且随着Yb^(3+)掺杂浓度的增加,金红石结构的TiO_2所占比例增加;在980 nm激光激发下,UC-F-TiO_2发射出中心在543 nm、647 nm和751 nm处的三个发光带。研究了基于UC-F-TiO_2和纯TiO_2纳米多孔薄膜光阳极的染料敏化电池的光伏性能。结果表明:与纯TiO_2制备的电池相比,将UC-F-TiO_2应用于染料敏化电池,电池的光电转换效率提高了29.7%。

Cu_2ZnSnS_4纳米晶的溶剂热法制备和表征

利用溶剂热制备了Cu2ZnSnS4（CZTS）球形纳米晶。采用x射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、能量色散谱（EDS）和紫外一可见分光光度计对产物的物相结构、形貌、化学组分及光学性能进行表征。结果表明：所制备的CZTS球形纳米晶具有锌黄锡矿结构，球形颗粒的直径为190～300nm，每个球形颗粒是由很多平均尺寸大约24nm的纳米晶构成。纳米晶具有锌黄锡矿结构，其禁带宽度约为1．55eV。同时研究了反应前驱溶液中不同量的硫脲和氯化锌对所制备的CZTS纳米颗粒的结构、原子组分比和形貌的影响规律，并对其形成机理进行了初步探讨。

钙钛矿太阳能电池的制备工艺与光伏性能研究

设计和制备结构为FTO玻璃/TiO_2致密层/TiO_2介孔层/CH-3NH_3PbI_3吸收层/C电极的钙钛矿太阳能电池。采用两步法制备CH_3NH_3PbI_3吸收层:首先通过旋涂技术制备PbI_2薄膜,然后将PbI_2薄膜在浓度为0.044 mol/L的甲基碘化胺/异丙醇(MAI/IPA)溶液中分别浸泡反应0.5 h、2.5 h、3.5 h和4.0 h后获得CH3NH3PbI_3吸收层。研究了浸泡反应时间对CH_3NH_3PbI_3吸收层的结构和形貌以及对电池光伏性能的影响。结果表明:PbI_2薄膜在MAI/IPA溶液中反应后形成四方结构的CH_3NH_3PbI_3晶粒,当浸泡反应3.5 h时,CH_3NH_3PbI_3晶粒的平均尺寸最大,均匀性较好;XRD图谱中只有CH_3NH_3PbI_3的特征峰,而PbI_2的特征峰完全消失。同时,该条件下制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能最佳,其开路电压0.881 V、短路电流密度达到22.17 mA/cm^2,光电转化效率6.79%,且在整个可见光区的光子-电子的转换效率接近50%。

水热法制备类花状MoS_2纳米纸微球

采用水热合成技术,以钼酸钠、硫脲为反应剂,草酸为助还原剂,去离子水为溶剂,合成了类花状结构的Mo S2纳米纸微球,采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱、透射电镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)对样品的结构、形貌和成分进行分析,重点研究了草酸浓度对Mo S2纳米纸微球的形貌和结构的影响规律。结果表明:在适当的反应剂浓度下,合成的Mo S2是由大量厚度约30 nm左右的纳米纸花瓣聚集在一起形成的类花状微球组成的。Mo S2微球具有2H型六方晶系结构,而每片纳米纸花瓣是单晶结构的层状Mo S2。反应前驱液中草酸的浓度对微球的大小、形貌和结晶度有显著的影响。最后讨论了类花状结构的Mo S2纳米纸微球的生长机理。

化学气相沉积可控制备超薄二维MoS2纳米片

采用化学气相沉积(CVD)技术,以硫粉和MoO3为反应剂、氩气为载气,在SiO2/Si衬底上制备超薄二维MoS2纳米片。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、喇曼光谱和光致发光光谱测试分析技术,研究硫粉送入距离对超薄MoS2纳米片的形貌、结构和光学性质的影响规律。结果表明:硫粉送入距离为17~25 cm时,距离MoO31 cm的SiO2/Si衬底上形成平行于衬底生长的二维MoS2纳米片;硫粉送入距离为25~29 cm时,MoO3正上方的SiO2/Si衬底上形成竖直排列的二维MoS2纳米片。通过调控硫粉送入距离和衬底的位置可以控制MoS2的形成过程,实现水平排列和垂直排列二维MoS2纳米片的可控生长。

高校产教融合协同育人模式的探索与实践

产教融合、校企合作、协同育人是培养高素质创新人才、促进社会科学技术进步的新模式,是推动教育理念变革的原动力,是建设“双一流”、新工科的重要途径。结合广东工业大学材料专业近几年来的教学和研究经验,提出将课程思政纳入产教融合协同育人的人才培养体系,探索新的教学理念下高校育人-科研-企业生产协同发展和新工科人才培养模式。

含添加剂的二步溶液法制备钙钛矿太阳能电池

采用含二甲基亚砜(DMSO)添加剂的二步溶液法制备高质量CH3NH3PbI3吸收层,并制备了结构为FTO/TiO2致密层/TiO2介孔层/CH3NH3PbI3吸收层/碳电极的碳基无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)。研究了PbI2薄膜分别在相同浓度的MAI/IPA溶液中浸泡不同时间,以及在不同浓度的MAI/IPA溶液中浸泡相同时间对CH3NH3PbI3薄膜的形貌、结构以及对PSCs光伏性能的影响规律。结果表明,在PbI2/DMF溶液中添加DMSO之后使制备的PbI2薄膜呈多孔疏松状态,有利于MAI/IPA溶液渗入PbI2薄膜内部,缩短PbI2完全转换成CH3NH3PbI3的时间;当浸泡时间为40 min时,电池的光伏性能最佳,其开路电压为0.82 V,短路电流密度为21.21 mA/cm2,填充因子为0.49,光电转化效率为8.61%。但是当浸泡时间过长,CH3NH3PbI3薄膜表面会出现大晶粒,导致电池的光伏性能变差。而在相同的浸泡时间下,MAI/IPA溶液的浓度则会显著影响PbI2转化成CH3NH3PbI3的速度,MAI/IPA溶液的浓度越高,PbI2完全转化成CH3NH3PbI3的速度越快。

CuInS2纳米纸阵列薄膜的制备及生长机理

采用溶剂热合成技术,以氯化铜、硝酸铟和硫脲为反应物,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为阳离子表面活性剂,草酸为还原剂,无水乙醇为溶剂,直接在掺氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)衬底上合成CuInS2(CIS)薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、能量色散谱(EDS)、紫外-可见(UV-Vis)反射光谱和透射光谱对样品的形貌、结构、成分和光学性能进行分析.结果表明,在适当的反应物浓度下,在FTO衬底上形成了垂直衬底生长的、具有良好结晶性能的黄铜矿结构的CIS纳米纸阵列薄膜.CIS薄膜中Cu,In,S的原子比为1.1∶1∶2.09,在紫外-可见和近红外波段具有良好的光吸收特性,禁带宽度约1.51 eV.结合不同反应时间制备的CIS薄膜的形貌、结构和成分分析,讨论了CIS纳米纸阵列薄膜的生长机理.

预制层中In/Cu原子比对CuInSe_2薄膜成分、结构和形貌的影响

采用磁控溅射技术,共溅射CuIn合金靶和纯In靶,CuIn合金靶的溅射功率不变,通过改变纯In靶的溅射功率,制备了具有不同In/Cu原子比的CuIn预制层;然后以固态硒粉为硒源,采用三步升温硒化方式对CuIn预制层进行硒化。通过EDS、XRD和SEM分析方法,研究了预制层中不同的In/Cu原子比对铜铟硒(CIS)薄膜的成分、结构和形貌的影响。结果表明:CIS薄膜主要由CuInSe2相构成,但存在少量的CuSe相,随着CuIn预制层中In/Cu原子比的逐渐增大,CuSe相所占比例减少,CIS薄膜中In/Cu和Se/(Cu+In)的比值也相应增大,CuInSe2大颗粒分布逐渐均匀,大颗粒之间的细小颗粒逐渐消失。

反应温度对Cu_2ZnSnS_4半导体薄膜形貌和性能的影响

采用溶剂热合成技术,以乙醇为溶剂,以氯化锌、氯化亚锡、氯化铜和硫脲为反应剂,以草酸为还原剂,以十六烷基三甲基溴化铵为阳离子表面活性剂,直接在透明导电玻璃(FTO)衬底上制备Cu_2ZnSnS_4(CZTS)半导体纳米晶薄膜。采用X射线衍射(XRD)、喇曼光谱、透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱研究了反应温度对CZTS纳米晶薄膜的形貌、结构和光学性能的影响规律。结果表明:CZTS纳米晶薄膜具有锌黄锡矿结构,当反应温度从140℃逐渐升高到230℃时,纳米晶的平均晶粒尺寸从4.25 nm逐渐增加到13.17 nm,禁带宽度从1.76 eV减小到1.53 eV;同时,低温下制备的CZTS薄膜由平均直径约450 nm的类球形颗粒组成,高温下制备的薄膜逐步演变成由相互卷绕的纳米纸构成。