激光晶化制备硅量子点/碳化硅多层膜p-i-n结构的光伏特性探索

对不同能量密度激光晶化的硅量子点/碳化硅周期性多层膜的结构与光学性质进行了研究.结果表明,激光晶化技术可以获得晶化的硅量子点并且保持良好的周期性层状结构;随着激光能量密度的增大,多层膜中的硅量子点的晶化率和晶粒尺寸都随之增大,光吸收系数增强,吸收边红移,光学带隙减小.进而初步尝试了对在镀有氧化铟锡(ITO)透明导电电极的玻璃衬底上制备的基于硅量子点/碳化硅周期性多层膜的全硅量子点太阳能电池光伏性能的探索,提出利用KrF准分子脉冲激光晶化技术代替传统的高温退火技术来获得全硅量子点电池的方法,以避免长时间的高温过程对玻璃衬底和ITO膜的破坏,获得了有效面积为0.8cm2的电池.研究发现激光晶化技术制备的全硅量子点电池具有良好的整流特性,并且随着激光能量密度的增大,电池的外量子效率先增大后减小,170mJ·cm^(-2)是最佳的激光晶化能量密度,基于此条件制备的全硅量子点电池初步获得了0.16mA·cm-2的短路电流密度.

含硅量子点的碳化硅薄膜制备工艺和微结构表征研究

采用等离子体增强化学气相沉积法制备了氢化非晶富硅碳化硅薄膜。通过在高温750℃,900℃,1050℃,和1200℃进行热退火处理,薄膜样品晶化出硅量子点。利用傅立叶红外光谱仪(FTIR)对样品化学键进行了分析。利用X射线衍射(XRD)和拉曼散射光谱仪(LabRAM)对样品微结构随温度的演化进行了表征。利用高分辨透射电镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)对1050℃退火样品微结构进行了表征。研究发现,在退火温度低于900℃时,薄膜以非晶织构存在。当退火温度从900℃增加到1050℃时,硅(Si)原子从非晶Si1-xCx织构析出,形成硅量子点。硅量子点的平均尺寸从3.1nm增加到4.0nm。

基于原子层沉积的量子点色彩转换膜封装

量子点色转换是实现新型显示器件全彩化和提升显示色域的一种有效策略,但量子点环境稳定性差限制了其应用和发展。本文基于具有自限制表面反应特性的原子层沉积工艺,探索了在量子点色彩转换膜上原位生长致密的氧化铝封装膜,该封装方法将具有高光透过率、高致密的材料与贴合紧密的工艺有效结合。仿真结果表明,氧化铝封装的量子点色彩转换膜的出光强度达到了未封装的94.9%。并且,实验结果也表明,氧化铝封装基板的光透过率是空白基板的96.4%,而且封装后的量子点色彩转换膜在高温高湿(85℃,85%RH)环境中工作240 h后,光转换效率仍然保持初始的60.8%,比未封装的光转换效率(11.43%)提升了63.9%。该封装方法实现了在量子点色彩转换膜出光强度不受影响的同时,有效提升量子点色彩转换膜的稳定性,为量子点色彩转换膜的稳定性提升提供了一条可行思路,同时扩展了原子层沉积工艺在光电显示领域的应用,具有重要的科学意义和应用前景。

叠层太阳电池中不同基质硅量子点的特性研究

叠层太阳电池的多能带结构设计可以有效提高太阳电池的转换效率,但是这种电池在实际制备过程中常会遇到低效率、高成本等问题。以提高效率为目的,在叠层太阳电池中引入具有量子效应的硅量子点是目前新型太阳电池研究的一大热点。文章对不同基质中硅量子点的能带模型进行了理论分析,介绍了硅量子点在几种不同基质中的形成方法及其相关性质的最新研究结果,并对比研究了SiO2、Si3N4和SiC用作硅量子点生长基质的优势与不足。

非晶壳层SixN/SiyC包覆硅量子点的微结构表征

通过磁控溅射技术和1100℃的高温后退火处理,在富硅碳化硅薄膜中形成高密度小尺寸的硅量子点,硅量子点的结构由X射线光电子能谱和高分辨透射电镜进行表征,结果表明,在高温退火过程中,碳化硅薄膜发生了相分离,硅和碳的化学结合态在热力学的驱动下形成稳定的Si-Si键和Si-C键,同时,氮原子钝化了分解过程中形成的Si悬挂键,在硅量子点的表面形成SixN/SiyC非晶壳层。这种非晶壳层包覆量子点的结构配置非常有利于形成稳定的超小硅量子点 （1-3 nm）,此结构的量子效应所产生的光吸收了从绿光到紫外光的光谱范围,大幅度提高光伏太阳能电池的光电转换效率。

低温锗量子点缓冲层技术生长硅锗弛豫衬底研究

为了提高生长在硅衬底上的硅锗弛豫衬底的质量,提出了低温锗量子点缓冲层技术,分析了该技术在应变弛豫的促进,表面形貌的改善,位错密度的降低等方面的作用机理。基于低温锗量子点缓冲层技术,利用超高真空化学气相淀积系统,在硅衬底上生长出高质量的硅锗弛豫衬底。锗组份为0.28,厚度不足380 nm的硅锗弛豫衬底,应变弛豫度达到99%,表面没有Cross-hatch形貌,表面粗糙度小于2 nm,位错密度低于105 cm-2。

CdTe量子点/PDDA多层膜的制备及对甲醛的检测

成功制备了L-半胱氨酸-CdTe/PDDA聚电解质多层膜(QDMF)气体传感器,并以此进行了有害气体甲醛的检测。以Te粉,NaBH4和CdCl2为原料制备前驱体,与修饰剂L-半胱氨酸混合,在氮气氛围下加热回流不同的时间得到所需量子点。通过带负点的量子点与带正电的PDDA之间的静电吸引进行层层自组装(LBL)得到聚电解质多层膜。并通过荧光光谱分析仪,紫外分光光度计等对量子点及多层膜进行表征,进一步证实本论文中制备的气体传感器性能稳定,并能灵敏的检测甲醛气体。

脉冲功率对含硅量子点SiC_x薄膜物相结构及光谱特性的影响

基于硅量子点(Si-QDs)的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing,MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiCx薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80W时尺寸达到最大(8.0nm)。在Raman光谱中还观察到中心位于511cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80W时最小(1.72eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463～624nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型:408nm的发光峰归因于≡Si°→Ev电子辐射跃迁,430nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小(大),发光峰蓝移(红移)。综上,溅射功率为80W时制备的含硅量子点SiCx薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。

CdTe量子点固化多层膜测定华法林的研究

采用水热法制备了CdTe量子点（QDs）,并采用静电层层自组装技术成功制备了CdTe QDs聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）固化多层膜,建立了该固化多层膜测定抗凝药物华法林（Warfarin,WF）的荧光分析新方法。结果表明,在0.1∽10μmol/L范围内,相对荧光强度（F/F0）与华法林浓度（cWF）呈线性关系,相关系数（R2）和检出限（3σ/k）分别为0.9886和0.082μmol/L。该CdTe QDs/PDDA固化多层膜稳定性好、易储存、使用方便,可用于药物片剂中华法林含量的测定。

硅基纳米β-SiC量子点列阵的制备

报道了用两步自组装法制备硅基纳米碳化硅量子点列阵. 先将两种硅烷偶联剂均匀有序地偶联到洁净的单晶硅片上,其中一种偶联剂能打破C60上的碳碳双键而使C60通过偶联剂均匀有序地分布在硅片的表面上. 然后用夹心法或覆盖法将样品在900oC的氮气氛中退火20 min,使C60分解成活性碳,与周围的硅原子结合生成碳化硅,碳化硅分子的自组装形成了碳化硅纳米晶粒(量子点),C60在硅表面的有序排列导致了纳米碳化硅量子点列阵形成.

多层纳米硅复合膜的共振光学非线性

本文采用简并四波混频技术在室温下研究晶化a Si:H/a SiNx:H多层纳米硅复合膜三阶非线性光学性质 ,首次观察到这种多层膜的相位共轭信号 ,在共振光波波长λ =5 89nm处实验所用样品的三阶非线性极化率为 χ(3) =1 .4× 1 0 - 6esu 。

生物素与链霉亲合素偶联法制备量子点-透明质酸复合膜

首先利用一种阳离子型聚电解质(多聚赖氨酸)修饰玻璃基底,并与阴离子型聚电解质(生物素化透明质酸)在静电引力下自组装,然后以生物素化透明质酸和链霉亲合素化量子点为材料,通过生物素和链霉亲合素之间的特异性结合力,层层自组装法制备了量子点一、二、三层膜。用紫外可见吸收光谱和荧光光谱对其光学性质进行表征;原子力显微镜成像表明三种膜表面均一、平整,每层的量子点都分散均匀,没有严重的聚集情况。

量子点膜技术发展现状

近年来量子点显示技术在大尺寸电视,中小尺寸智能手机、平板电脑等产品中得到快速发展,量子点显示呈现出更高的分辨率、更宽的色域和更亮的饱和度。量子点显示技术的核心是量子点膜,量子点膜的结构为包夹式结构,即扩散层//高阻隔膜//量子点发光层//高阻隔膜//扩散层,因而高阻隔膜、量子点发光层、扩散层构成了量子点膜的三个关键组成部分。

量子点膜用高阻隔膜制备技术研究进展

量子点膜用高阻隔膜产品是量子显示封装技术的关键产品,高阻隔膜的制备技术决定着阻隔膜产品性能特性。通过分析量子点膜用高阻隔膜产品性能指标,总结热蒸发、化学气相沉积、原子层沉积等制备柔性高阻隔薄膜的方法、原理、特点及应用,展望量子点膜用阻隔膜产品的发展前景。研究表明,量子点膜用高阻隔薄膜制备工艺趋向于有机/无机多层结构的超高阻隔复合薄膜,是快速、高效、批量化制备量子点膜用高阻隔封装薄膜的发展趋势。

量子点材料光伏电池的研究

本文简单分析现有光伏电池的发展现状,介绍第三代太阳电池的研发目标,对多层膜、量子点材料的光伏电池的原理进行阐述。

Ge/Si量子点的控制生长

采用离子束溅射技术,在生长了Si缓冲层的硅晶片上制备了一系列Ge量子点样品.借助原子力显微镜(AFM)和Raman光谱等测试手段研究了Ge/Si量子点生长密度、尺寸及排列均匀性的演变规律.结果表明,改变Si缓冲层厚度及其生长方式,可以有效控制量子点的尺寸、均匀性和密度.随缓冲层厚度增大,量子点密度先增大后减小,停顿生长有利于提高缓冲层结晶性,从而提高量子点的密度,可以达到1.9×1010cm-2.还研究了Si缓冲层在Ge量子点生长过程中的作用,并提出了量子点的生长模型.

SnO_(2)作散射层的光阳极膜厚对量子点染料敏化太阳能电池光电性能的影响

先用一步水热法合成空心纳米球,再将其作为量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)光阳极的散射层材料用丝网印刷技术刮涂在TiO_(2)基底上。组装成的QDSSCs电池具有优异的电化学性能,表明SnO_(2)的空心球结构有利于电解质的存储,在保证电子高效传输速率的同时提高其化学稳定性,使循环反应更加有效。在QDSSCs的制备过程中,以ZnCuInSe量子点为敏化剂,进一步研究了吸附量子点后不同膜厚的光阳极对太阳能电池光电性能的影响。膜厚为9μm的SnO_(2)散射层其最高光电转换效率值7.31%,可应用在QDSSCs中。

非晶碳化硅包覆型硅量子点尺寸与光学特性的相关性（英文）

通过磁控溅射技术和1100℃的高温后续退火处理,在富硅碳化硅中形成高密度、小尺寸的硅量子点。其微结构和光学特性由高分辨电镜和光致发光技术进行表征。结合斯托克斯偏移和高分辨电镜分析表明,由非晶碳化硅包覆的硅量子点存在α-Si、c-Si两种结构,并呈现多带隙特征,子带隙分布范围从2.3到3.5 eV,出现紫外光到绿光的光致发光特征峰;发现此特征的硅量子点尺寸分布在~1.0~4.0nm;通过改变薄膜中的Si和C原子比例,以及改变退火参数可进一步优化和控制硅量子点的微结构。

SiGe合金氧化层中的纳米结构(英文)

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和三维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDOM谱分别进行精细结构模拟,计算且测量出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件。我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点和量子层结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度的匹配公式和理论模型与实验结果拟合得很好。

CdSe/ZnS量子点/介孔硅复合膜的光致发光谱

研究了CdSe/ZnS量子点与介孔多孔硅偶联吸附结合的复合膜的光致发光谱。实验比较了CdSe/ZnS量子点与硅复合和与多孔硅复合的光致发光,发现量子点与多孔硅复合的发光比与硅复合有很大的增强。对不同孔径的多孔硅与量子点复合后的光致发光谱的比较发现,由于孔径大小对量子点浸入介孔硅有影响,孔径大浸入的量子点较多所以大孔径多孔硅的发光比小孔径的发光强。量子点与多孔硅复合的光致发光具有量子点荧光发光强度高、稳定和窄带发光的特点,对进一步应用于基于多孔硅器件的光学传感器有重要意义。