光子重吸收对硅片的光载流子辐射特性影响的理论研究

光载流子辐射技术已广泛应用于半导体材料性能的表征,本文基于一种包含光子重吸收效应的光载流子辐射理论模型,对单晶硅中光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响进行了详细的理论分析.分析结果表明,光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响主要取决于样品掺杂浓度、过剩载流子浓度和过剩载流子的分布.由于过剩载流子浓度及其分布与材料电子输运特性密切相关,电子输运参数的变化将导致光子重吸收效应的影响随之变化.进一步分析了光子重吸收效应对具有不同电子输运特性的样品的电子输运参数的影响,并提出了减小光子重吸收效应影响的方法.

PbS胶体量子点薄膜的光载流子辐射特性研究

胶体量子点材料在太阳能电池和光电探测器等光电器件中有着广泛的应用。利用光载流子辐射技术分析了PbS胶体量子点薄膜中含陷阱态时的激子输运状态。建立了不考虑量子点间净载流子传输的理论模型,针对载流子的复合特性对光载流子辐射信号的影响进行了仿真。最后通过激发功率相关的频率扫描光载流子辐射实验,并结合建立的激子输运模型,提取了有效激子寿命、载流子俘获率、退俘获寿命等参数,证实了理论模型的有效性。

硼化氮化碳/二氧化锡异质结的制备及光催化性能

开发光催化材料被认为是缓解能源短缺与环境污染的有效策略之一,然而,同时实现高效、长期稳定和具有宽响应范围的催化剂仍然是光催化领域一个具有挑战性的目标。采用“一锅热聚合法”成功合成一种对光响应良好的硼化氮化碳/二氧化锡异质结。研究结果表明,硼化氮化碳/二氧化锡异质结材料可表现出优异的光催化活性,在模拟太阳光照射40 min时,对亚甲基蓝(methylene blue,MB)的降解率可达到94.8%。原因为异质结构和B掺杂的协同优化作用,优化作用主要表现为使其光学带隙减小而增强其可见光吸收特性,以及降低电子-空穴对的复合,优化其光催化活性。此外,还通过实验构建异质结界面能带结构模型,对光催化降解反应中的活性物种与反应机理进行了深入辨析与讨论。

少层PtSe_(2)中光生载流子超快动力学研究

二维PtSe_(2)具备宽可调带隙、高稳定性等优点,在新型光电器件方面具有极大应用价值。利用时间分辨太赫兹光谱研究了不同厚度PtSe_(2)中的光生载流子超快动力学,发现该材料瞬态太赫兹光电导的幅度及其激发光强度依赖性随材料厚度的增加呈现出显著的非线性增加趋势。通过太赫兹光电导频谱分析,获得了光生载流子浓度、散射时间、背散射因子等动力学参数,并结合激发波长依赖的太赫兹弛豫动力学,推测束缚激子和自由载流子的竞争是引起这种厚度非线性关系的主要原因。此外,基于光泵浦-光探测光谱证明了PtSe_(2)中的激子效应及半导体-半金属转变。该工作演示了层数对PtSe_(2)中非平衡态动力学的有效调控,对贵金属基二维材料在光电器件方面的应用具有指导意义。

前驱体法制备BCN及其光催化还原CO_(2)性能

以乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺为氮源,以硼酸为硼源制备不同前驱体,通过高温氨解直接合成硼碳氮(BCN-x,分别记为BCN-EDA,BCN-DETA和BCN-TETA)。利用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-Vis和PL对其组成、形貌和光学性能进行表征。并在无牺牲剂和助催化剂的条件下,对BCN-x样品的光催化还原CO_(2)性能进行了评估。结果表明,所制备的样品均为片状结构,且BCN-EDA具有较高的结晶度、较好的光生载流子分离效率。所制备的BCN-x可以在350~780 nm可见光照射下将CO_(2)还原为CO和CH_(4),且BCN-EDA表现出最佳的光催化CO_(2)还原性能,CO产量为32.20μmol/g,且在20 h内能保持相当的光催化稳定性。

TiO_(2)相结的可控合成及其在光催化降解室内甲醛中的应用

通过焙烧法成功制备了a-TiO_(2)/r-TiO_(2)相结试样。XRD和Raman分析表明,通过改变焙烧时间实现了试样中a-TiO_(2)和r-TiO_(2)的含量调控。在光催化降解甲醛试验中,所有a-TiO_(2)/r-TiO_(2)相结试样的活性均高于纯a-TiO_(2)和r-TiO_(2)试样。其中组成(w)为47.6%a-TiO_(2)+52.4%r-TiO_(2)试样的活性最佳,经过5 h光照后甲醛降解率达到了96.9%,反应速率分别为纯a-TiO_(2)和r-TiO_(2)试样的13.6和24.5倍。表面光电压谱和光电流曲线分析表明光催化活性差异的主要原因是a-TiO_(2)/r-TiO_(2)相结促进了光生载流子分离效率,进而提高光催化活性。

TiO_2纳米薄膜电极中光生载流子传输特性研究

采用sol-gel法制备了均匀透明的锐钛矿相纳米TiO2薄膜电极.通过瞬态光电流谱研究了液相电解液中所制备电极内光生载流子的传输特性.结果表明:在TiO2/电解液界面处,TiO2颗粒表面存在两种能够捕获光生电子的表面态.一种是O2吸附所形成的浅能级表面态(So),能级位于导带下0.5eV以内,其捕获光生电子的起始电位约为-0.4V;另一种是晶格氧离子形成的深能级表面态(Sc),能级位于带隙中部,起电子-空穴对复合中心的作用.二者对光生电子的捕获效率与电解液pH值及电极电位(U)有关.高于0.4V的电位能够显著增大光生载流子的传输速率,降低TiO2薄膜费米能级(EFn),有效抑制表面态对光生电子的捕获,进而提高阳极光电流的大小和稳定性.

共轭聚合物薄膜中光生载流子的产生及输运机制

对共轭聚合物光生载流子的产生机制进行了初步探讨，分析了由最初产生的电子空穴对经过晶格驰豫之后形成极化子激子的热离化过程，认为同一链上的激子会迅速复合，只有链间激子对光电流作出贡献 .研究了共轭聚合物中载流子的输运机制，导出了共聚物的电导率公式，其计算值与实验结果符合，我们认为是极化子的链间跃迁实现了整个共聚物的电导和光致发光，较好地解释了实验事实 .

光抽运太赫兹探测技术研究ZnSe的光致载流子动力学特性

利用光抽运-太赫兹探测技术,研究了ZnSe的载流子弛豫过程和太赫兹波段电导率的时间演化过程.在中心波长为400 nm的抽运光作用下,ZnSe的载流子弛豫过程用双指数函数进行了很好的拟合,其快的载流子弛豫时间和慢的载流子弛豫时间均随抽运光密度的增加而增大.快的载流子弛豫时间随抽运光密度的增加而增大与样品中的缺陷有关,随着激发光密度的增加,激发的光生载流子浓度增大,缺陷逐渐被光生载流子填满,致使快的载流子弛豫时间增大;慢的载流子弛豫时间随着抽运光密度增加而增大主要和带填充有关.不同抽运光延迟时间下ZnSe在太赫兹波段的瞬态电导率用Drude-Smith模型进行了很好的拟合.对ZnSe光致载流子动力学特性的研究为高速光电器件的设计和制造提供了重要的实验依据.

微波吸收法研究(ZnCd)S∶Cu发光材料光生载流子的衰减过程

采用微波吸收法,测量了(ZnCd)S∶Cu及ZnS∶Mn,Cu粉末材料受到超短脉冲激光激发后,其自由电子和浅束缚电子的衰减过程。发现Cd2+的浓度对导带电子和浅束缚电子的寿命影响较小,而Cu+的浓度对导带电子和浅束缚电子的寿命有明显的影响,提高激活剂掺杂浓度会使自由电子的寿命大大缩短。

半导体/介质纳米颗粒镶嵌材料中光致载流子弛豫过程的研究进展

从全光通信对光子器件的要求出发 ,报道了近年来在半导体 /介质纳米颗粒镶嵌材料中光致载流子弛豫过程的研究进展。强量子限制效应可以大大地减小激子的寿命 ,但这种材料 ( - 族例外 )普遍存在着长寿命的俘获态 。

有机掺杂体系中的光生载流子的产生

研究苯基取代的聚苯撑乙烯共聚物 Ph PPV和盘状液晶分子 HBC-Ph C1 2掺杂不同比例的酰亚胺分子 PDI体系的稳态光电流行为 .结果表明 ,PDI含量在 0 .1 %～ 1 0 %范围时 ,光生载流子的量子效率与体系的种类和掺杂剂含量无关 ;PDI含量 >1 0 %时 ,与未掺杂时相比 ,光生载流子的产率增加 2～ 3个数量级 .

聚丁二炔晶体中的光生载流子输运机理的探讨

通过分析聚丁二炔（ＰＤＡ＇Ｓ）中的稳态和瞬态光电流衰减的光生载流子迁移率，提出了一个新的光生载流子输运模型．认为光电流衰减的初始快速（ｐｓ级）分量是由于广延带态中的“热”载流子，而较长时间（ｎｓ级）的分量是由于缺陷（如链端等）支配着输运，是其一维特性的结果．

光生载流子对半导体波导材料折射率影响的模型研究

以半导体矩形波导材料为例 ,提出了正在研究中的全内反射型光控光开关的光注入及光生载流子对折射率影响的分析模型。得出在控制光照射方向上半导体材料的折射率随控制光强度变化而变化的分布情况。并分别得到了 1 .5 5μm和 1 .3 1μm通讯波长的光控光开关的控制光 (0 .8μm)

二维平面异质结构实现光生载流子快速分离和传输

随着全球经济和技术的快速发展,传统的化石能源的过度消耗引起了严重的环境污染和能源短缺等世界性问题,开发新型能源技术已成为当前人类发展所面临的重要目标~1。利用光催化水分解把太阳能转变为氢能的方式被普遍认为是解决人类未来能源的有效途径之一,这亟需高效、稳定和廉价的太阳能水分解制氢催化剂材料。然而,在体相材料的光催化水分解过程中,长的迁移距离、缓慢的迁移速率使得大量光生电子-空穴在到达表面活性位点前就发生复合,

结合光电化学和瞬态吸收光谱技术研究光电化学分解水载流子动力学

半导体光电化学制氢是一种重要的、有前景的太阳能应用技术.其产氢效率主要取决于光生载流子的产生、分离和传输效率.深入理解光生载流子的动力学过程对于设计高效的太阳能产氢器件有重要的指导意义.光电化学和瞬态吸收光谱技术是研究光催化反应微观动力学和机理的强有力手段.本文介绍作者应用这些技术在半导体光电化学制氢方面所取得的部分最新研究结果,并对存在的问题和今后研究重点提出了一些看法.

铜基硫化物光催化改性研究进展

铜基硫化物禁带宽度窄,具有局域表面等离子体共振效应,对可见光有良好的吸收能力,且储量丰富、无毒,这些优势使铜基硫化物光催化剂引起了研究者们的广泛关注。然而,铜基硫化物光生电子和空穴复合速率高,可见光利用效率低,阻碍了其在光催化领域的应用,因此研究者们尝试了不同的改性策略提高其光催化性能。本文综述了铜基硫化物的改性策略,主要论述了形貌调控、晶相调控、半导体异质结等方式对铜基硫化物光催化性能的改性,分析了不同改性方法对铜基硫化物光催化性能提高的作用,以及铜基硫化物在光催化降解有机污染物、光解水产氢、光催化还原CO_(2)等方面的应用,并对铜基硫化物改性研究方向做出了展望。

VOCs诱导TiO_2光生载流子的分离

气体分子直接影响光生载流子的分离行为,进而影响光催化降解挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的效率.本研究以甲苯、环己烷和甲基环己烷为VOCs代表,采用气氛表面光电压谱仪研究VOCs和氧气-VOCs气氛条件下锐钛矿TiO_2光生载流子的传输行为.实验结果表明:VOCs可增强锐钛矿TiO_2可见光区域光生载流子的分离,其中甲苯的增强作用显著强于环己烷和甲基环己烷.3种VOCs对带带跃迁光生载流子分离效率的影响均不显著,但与氧气共存则均能显著提高光生载流子的分离效率,提高的趋势为:甲苯>甲基环己烷>环己烷.

聚丁二炔晶体中的光生载流子及光导

以聚丁（对甲苯硫酸）－２，４－已二炔－１，６－二醇酯［ｐｏｌｙ（ｂｉｓ（ｐ－ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ）ｅｓｔｅｒ）ｏｆ２，４－ｈｅｘａｄｉｙｎｅ－６－ｄｉｏｌ，缩写为ＰＤＡ－ＴＳ］为例，研究了聚丁二炔单晶中的光生载流子及光导；在分析了双分子成对复合的Ｏｎｓａｇｅｒ模型的局限性之后，提出了一个新的载流子光产生模型，并用它首次解释了稳态光电流Ｉｐｈ对入射光子能量ｈｗ的依赖关系．

Mxene量子点增强磷掺杂氮化碳光催化降解污染物的性能

为了提高石墨相氮化碳的光催化性能,在合成磷掺杂氮化碳和Mxene量子点的基础上,构建具有0D-2D复合结构的Mxene/P-C_(3)N_(4)复合光催化剂。采用XRD、IR、TEM、AFM、BET、XPS、吸收光谱等技术对Mxene/P-C_(3)N_(4)的结构进行了分析,并详细评估了它们在可见光下光催化降解污水的性能,包括降解有机染料茜素红、降解抗生素盐酸四环素和还原重金属离子Cr(VI)。结果表明,磷的掺杂可以拓宽氮化碳的光吸收范围、降低其禁带宽度;Mxene量子点的负载不仅可以增加比表面积,还能有效抑制光生载流子的复合,促进光生载流子在界面处的分离和传输。磷和Mxene量子点的协同作用可以显著增强氮化碳的光催化性能。当磷的掺杂量为2%、Mxene量子点的负载量为5%时,得到的M5/PCN复合光催化剂表现出最好的光催化性能,60 min将初始浓度20 mg/L的茜素红降解94%,表观一级反应速率常数为0.0475 min^(-1),分别是C_(3)N_(4)和P-C_(3)N_(4)的6.8和2.9倍;100 min将初始浓度20 mg/L的盐酸四环素降解88%,表观一级反应速率常数为0.0209min^(-1),分别是C_(3)N_(4)和P-C_(3)N_(4)的4.4和2.8倍;80 min将初始浓度20 mg/L的Cr(VI)还原85%,表观一级反应速率常数为0.0234 min^(-1),分别是C_(3)N_(4)和P-C_(3)N_(4)的6.3和2.6倍。