利用混合溶剂实现钙钛矿材料微观结构和光电性能优化

采用纯N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂、纯二甲基亚砜(DMSO)溶剂以及DMSO/DMF不同体积比例混合溶剂制备钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3)薄膜,并系统研究了不同溶剂对钙钛矿薄膜微结构及光电特性的影响。结果表明,随着DMSO在混合溶剂中比例增加,钙钛矿薄膜平均晶粒尺寸增大,碘化铅(PbI_2)残留量降低,同时薄膜中有序的钙钛矿晶体所占比例呈现先增大后减小的趋势,并且当DMSO占混合溶剂体积比为60%时达到最大。薄膜Urbach能,载流子寿命以及PbI_2含量之间的关系表明,微量的PbI_2可有效钝化钙钛矿薄膜的缺陷。经过优化后(DMSO占混合溶剂体积比为30%),钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到15.1%(VOC=0.99 V;JSC=20.9 m A/cm^2;FF=0.73)。

碳纳米纤维负载Co3S4复合材料的合成及其在染料敏化太阳电池对电极的应用

采用水热法合成四硫化三钴(Co_3S_4)催化材料,并利用球磨和喷涂技术将其制备成对电极,结合新型无碘电解液Co^(2+)/Co^(3+)用于染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,简称DSCs)来研究其光电性能。测试结果显示,基于Co_3S_4对电极,DSCs的能量转化效率(power conversion efficiency,简称PCE)只有6.06%,远远低于Pt对电极(8.05%)。为了提高Co_3S_4的催化能力,采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维(electrospun carbon nanofibers,简称ECs),结合水热法制备出不同负载量的碳纳米纤维负载四硫化三钴(Co_3S_4/ECs)复合催化材料用于对电极,结果表明,Co_3S_4/ECs的PCE最高可达(8.22±0.08)%,优于Pt对电极。

过渡金属碳化物催化材料研究进展

开发高性能电极材料是推进能量转换和储存领域发展的关键。综述了过渡金属碳化物(TMC)的合成及其在新能源领域电化学应用(如析氢反应、氧化还原反应及染料敏化太阳能电池)中的最新进展,指出TMC的电化学性质以及电催化反应与其晶体结构、形貌和组成有关。最后讨论了高性能TMC电极的合理设计,展望了TMC未来的研究方向和发展前景。

高效CdS量子点敏化B/S共掺杂纳米TiO_2太阳能电池的制备及光电性能研究

采用水热法制备硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO_2),并配制成浆料,利用丝网印刷技术在FTO导电玻璃上制备B-S-TiO_2薄膜;用化学浴沉积(CBD)法制备了CdS量子点敏化B-S-TiO_2薄膜电极,并用X射线衍射(XRD)、电子显微镜(TEM)、元素分析能谱(EDS)和紫外–可见光谱对其进行表征分析;结果显示:B/S共掺杂不会改变TiO_2的晶型,掺杂后的TiO_2吸收边带发生明显红移,吸收强度显著增强;同样用化学浴沉积的方法制备Ni S工作电极,用改性的聚硫化物((CH3)4N)2S/((CH3)4N)2Sn)电解液,组装CdS量子点敏化硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO_2)太阳能电池,并测试电池光电性能。测试结果表明,在AM1.5G的照射下,电池的能量转化效率(η)由3.21%增大到3.69%,提高了14.9%,电池获得高达(Voc)1.218 V的开路电压和3.42 m A/cm2的短路光电流(Jsc),以及高达88.7%的填充因子(ff)。

CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器的短脉冲光电响应

以Nd：YAG纳秒脉冲激光器的2倍频输出（532nm）作为激发光源,比较了1步法、2步法制备钙钛矿光电探测器对ns量级短脉冲激光的光电响应.结果表明,2种钙钛矿光电探测器的上升沿响应时间相当,为20~25ns,且随着探测器的性能退化,上升沿响应时间基本保持不变;在灵敏度方面,2步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器能够在更大入射能量范围内保持线性响应,且在低能入射条件下具有更佳的光电转换效率;在光电转换效率的长时间稳定性方面,1步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器优于2步法CH_3NH_3PbI_3钙钛矿光电探测器.所得结果既有助于钙钛矿光电探测器的光电转换行为表征,也有利于拓展钙钛矿光电探测器的应用范围.

大气压下较大气隙宽度介质阻挡放电的实验研究

利用楔形气隙极大地降低了气隙的击穿电压,从而在流动氩气中实现了大气压下较大气隙宽度的介质阻挡放电。通过毫秒量级曝光时间拍照,对放电的动力学行为进行了研究。结果发现:外加电压较低时放电为条纹斑图,且在条纹的周围伴有均匀的晕;随外加电压升高,放电会过渡到均匀模式。研究表明微放电总是产生于窄气隙区域,然后沿着气流向大间隙方向定向移动,因此在较低电压下实现了大气隙宽度的介质阻挡放电。在较低电压下,通过微秒量级曝光时间拍照,发现每一个微放电丝都是由介质板间的体放电和介质表面上的沿面放电组成。分析认为,毫秒量级曝光时间照片(视觉上的)条纹源于体放电随着气流的定向移动,均匀晕是不同时刻的沿面放电的叠加。这些研究结果对大气压均匀放电在工业方面的应用具有重要意义。

纳米TiO_(2-x)(BN)_x材料制备及其光催化性能研究

首次使用常温络合-控制水解法,以TiCl_4、氨水、尿素、硼酸、有机羧酸为主要原料,制备了硼氮共掺杂的纳米TiO_2光触媒乳液。样品的粒径、晶型、元素类型、光吸收能力及结合键能分别通过纳米激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、X射线光电子谱仪(XPS)等进行表征。结果表明:当B和N离子的掺杂物质的量分数为0.1%时,溶液中粒径最小,达到3.4 nm;掺杂少量B和N离子并不会改变TiO_2的晶型;测量值与实际投料值一致;在TiO_2中加入适量B和N离子,会使其光谱吸收范围红移;掺杂的B和N离子进入了TiO_2晶格,分别形成了O—Ti—N键和B—N键。以酸性红3R染料为降解材料,研究了硼氮共掺杂纳米TiO_2光触媒的催化特性。结果表明,当物质的量分数为0.1%、回流时间为10 min、溶液p H=3时,光催化性能最好,原因可能是10 min的回流时间使光触媒复合乳液达到稳定,溶液p H=3时,光触媒表面吸附的染料分子数与表面的羟基数达到了平衡。动力学研究表明酸性红3R染料的降解符合一级反应动力学。试验结果与表征结果一致。

功能化金属有机框架化合物催化电极材料的研究进展

电极材料是能源储存和转化设备的重要组成部分,其材料的价格和性能对设备的发展和应用具有显著影响。金属有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks,MOFs)及其衍生物由于具有比表面积大、孔隙率高、孔隙大小可调和功能多样化等优点被应用到多个领域,具有广阔的应用前景。本文主要介绍MOF材料在催化电极领域最新研究进展,并对今后MOFs的研究趋势与应用前景进行了展望。

多层初始晶硅薄膜的微观结构及光电导特性分析

采用等离子体增强化学气相沉积技术通过高氢和低氢稀释层交替生长制备出多层初始晶硅薄膜,利用Raman散射、红外吸收、紫外可见吸收及I-V测量等技术分析了薄膜的微观结构、能带特征和光电导特性。结果显示,不同氢稀释层交替生长导致薄膜由非晶硅向初始晶硅结构转变,随高氢稀释层厚度的增加,薄膜微观结构有序性提高,所对应薄膜光学带隙减小,而带尾分布展宽。I-V测量显示,薄膜微观结构有序性提高和光学带隙降低的共同作用导致薄膜光敏性呈现先减小后增加趋势,然而,在高氢稀释层厚度较大时,纳米晶硅边界载流子快速复合导致薄膜光敏性的显著减小。

衬底材料对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜介电性能的影响

采用脉冲激光沉积系统分别在LaAlO_3(001)和MgO(001)衬底上沉积了Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BST)薄膜,以Pt做电极分别构架了Pt/BST/MgO和Pt/BST/LaAlO_3叉指电容器。利用X射线衍射仪、原子力显微镜和Aglient E4980LCR表分别对两种薄膜的结构、表面形貌和介电特性进行表征。研究发现:两种衬底都可以实现BST(001)薄膜的外延生长,MgO和LaAlO_3衬底上BST薄膜的晶粒尺寸分别为52 nm和42 nm。在室温40 V偏置电压下,Pt/BST/MgO和Pt/BST/LaAlO_3的调谐率分别为39.68%和29.55%,最低损耗分别为0.029和0.053。这说明衬底材料的晶格常数不同,最终导致了BST薄膜介电性能的不同。

钙钛矿薄膜的微结构和光电特性优化

分别以纯二甲基甲酰胺、纯二甲基亚砜以及二者不同比例的混合物作为前驱体溶剂,制备钙钛矿薄膜样品.将薄膜样品分为两组,分别将其置于氮气氛围中进行热退火和二甲基亚砜蒸汽氛围中进行溶剂退火,并对薄膜样品的微观结构和光电特性进行系统研究分析.结果表明,与热退火相比,经溶剂退火后样品的平均晶粒尺寸和均匀性显著提升,从而减小了薄膜中晶粒边界或界面的体积分数.采用混合前驱体溶剂和后续溶剂退火增加了薄膜的厚度和可见光的利用率,有效改善了薄膜形貌,优化了结晶质量.同时薄膜光致发光强度的增加,表明薄膜缺陷态密度降低.采用优化后的钙钛矿薄膜作为吸收层制备太阳电池,其光电转换效率达到15.7%.

高灵敏度下转换光学测温材料:NaGd（WO4）2:Yb3+/Er3+

基于Er^3+的两个热耦合能级发光强度测量的荧光强度比测温技术由于不受光谱损失和激发强度波动的影响,故能够提供准确的非接触式温度测量。但目前通用的荧光强度比技术都是基于上转换激发,而上转换材料效率较低,测温不准确。考虑到Er^3+能级可通过不同激发源来布居,本文利用高能光子激发的高效下转换光学测温方法,来解决上转换发光带来的问题,并以具有高测温灵敏度的钨酸盐NaGd(WO4)2为基质。研究发现,NaGd(WO4)2可成功用于下转换测温,Yb^3+/Er^3+共掺样品比Er^3+单掺拥有更高的测温灵敏度,且下转换测温灵敏度要高于上转换,在掺杂浓度为20%Yb^3+/1%Er^3+时,测温灵敏度高达344.6×10^-4 K^-1。这证明了NaGd(WO4)2:Yb^3+/Er^3+是理想的测温材料,也很好地验证了其在高灵敏度下转换测温的可行性,为荧光强度比技术的应用开辟了新的前景。

X射线激发深层肌体温度传感材料La_2O_2S∶Yb^(3+),Er^(3+)的测温性质研究

Yb^(3+)、Er^(3+)共掺杂上转换发光材料能被红外光激发,可用于肌体内部温度测量,但上转换材料效率较低,无法实现较深组织温度探测。考虑到Er^(3+)能级可被多种光源布居,较好肌体穿透性的X射线无疑是理想的激发源。本文首次报道了一种新型的深层肌体温度传感材料La_2O_2S∶Yb^(3+),Er^(3+)。数据表明,X射线激发下,在不同温度下的两个绿光发射强度比符合玻尔兹曼分布,最高测温灵敏度达到了0.011 5 K^(-1)。我们相信Yb^(3+)、Er^(3+)共掺的La_2O_2S是可以应用于临床的理想测温材料。

SnO_(2)和TiO_(2)薄膜在钙钛矿材料上的原子层沉积工艺

金属电极与卤素之间的扩散反应是造成钙钛矿太阳电池(PSC)衰退的重要因素,而利用原子层沉积(ALD)技术在金属电极和钙钛矿活性层之间沉积致密且电学性能良好的缓冲层,是解决上述问题的优选方案之一.本文主要研究了利用ALD技术在金属有机卤化物钙钛矿材料上沉积SnO_(2)和TiO_(2)薄膜的工艺兼容性问题.通过X线衍射和紫外-可见吸收光谱等技术,表征了分别作为钛源和锡源的四(二甲氨基)钛(TDMATi)和四(二甲氨基)锡(TDMASn)脉冲以及不同温度下水脉冲对钙钛矿薄膜结构的影响,分析了不同前驱体源的脉冲及吹扫时间对薄膜沉积模式的影响,获得了与钙钛矿材料相兼容的SnO_(2)和TiO_(2)薄膜的优化ALD工艺.将优化后的SnO_(2)和TiO_(2)薄膜ALD工艺应用于倒置PSC制备,对电池的J-V曲线和大气环境下的稳定性测试结果表明,基于ALD技术沉积的SnO_(2)和TiO_(2)缓冲层的引入,使得PSC的稳定性明显改善,而且其功率转换效率也有所提高.

开放式微波光电导的测量方法及应用

微波光电导技术可以获得半导体材料载流子复合动力学过程,为半导体材料的合成以及器件制备提供参考.为提高开放式微波光电导系统的测量精度,实验分析了激发光能量、开路与短路条件、样品与短路端距离、激发波长等各参量对测量的影响.结果表明:当被测样品厚度与其载流子扩散长度相当时,短路条件下测量可以避免光电导信号的波动.优化样品与短路端距离可以增强系统的测量灵敏度.以CH_(3)NH_(3)PbI_(3)/PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])为标准样品,测得532、355 nm激光脉冲作用后界面空穴转移效率分别为84.1%和59.1%.本文实验结果有助于微波光电导测量技术在载流子复合、界面电荷转移诊断等方面的应用.

碳纤维负载Re-Pt3Ni复合材料对电极膜厚对染敏电池性能影响

采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维,通过油浴加热法制备碳纳米纤维负载Re-Pt_3Ni复合材料.为了研究该复合材料对电极的膜厚对染料敏化太阳能电池性能的影响,通过球磨以及喷涂法得到不同膜厚的对电极,分别为5、10、15、20μm,所得电池的能量转换效率分别为5.12%、7.67%、8.43%、8.09%.结果表明复合材料对电极膜厚存在一个最佳值,使电池的能量转换效率达到最高,同时,也表明复合材料有潜力成为Pt电极的替代品.

针板结构Trichel脉冲放电的光学特性

Trichel脉冲放电为电晕放电中一种常见的不稳定现象。为了进一步揭示Trichel脉冲的放电特性和放电机理,本文利用针板放电结构,在气压为600 Pa的空气环境下研究了Trichel脉冲放电的光学特性。在平均电流为20~300μA范围内,放电分为Trichel脉冲放电模式和正常辉光放电模式。在Trichel脉冲放电模式下,平均极间电压随着平均电流的增高而降低;正常辉光放电模式下,平均极间电压随平均电流的增高基本保持不变。实验拍摄并得到了不同平均电流时的发光图像,从阴极针尖到阳极平板区域分为负辉区、法拉第暗区、正柱区和阳极辉区。随着平均电流的增加,负辉区、正柱区以及阳极表面的发光增强,负辉区体积基本保持不变,法拉第暗区长度逐渐增加,正柱区长度逐渐缩小。在Trichel脉冲消失时,负辉区发光向阴极针尖收缩,正柱区向阳极板贴近,并且两个区域发光明显增强。利用光谱仪在300~800 nm波长范围内测量得到了不同平均电流时的发射光谱。其中在300~450 nm波长范围内的发射光谱强度较高,为氮分子的第二正带系(C^(3)Π_(u)→B^(3)Π_(g))和氮分子离子的第一负带系(B^(2)Σ+u→X^(2)Σ^(+)_(g));在650~800 nm附近发射光谱较弱,为氮分子的第一正带发射谱(B^(3)Πg→A^(3)Σ^(+)_(u))。在此基础上,根据N_(2)(C^(3)П_(u)→B^(3)П_(g))第二正带系发射光谱拟合得到了不同平均电流时氮分子的振动和转动温度。结果表明,分子振动温度和转动温度均随平均电流的增加而增加,分子振动温度在3900~4500 K,分子转动温度在430~450 K。同时利用氮分子离子谱线391.4 nm和氮分子第二正带系谱线394.2 nm强度比计算得到了不同平均电流时的电场强度。随着平均电流的增加,电场强度升高,在145~200 kV·m^(-1)范围。当Trichel脉冲消失时,针尖附近分子振动温度和电场强度出现较为明显的升高。此现象表明针尖附近的电子能量和电子密度随着脉冲的消失也出现了明显的升高。

基于反射和透射光谱的氢化非晶硅薄膜厚度及光学常量计算

采用紫外-可见透射光谱仪测量了对靶磁控溅射沉积法制备的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的透射光谱和反射光谱.利用T/(1-R)方法来确定薄膜的吸收系数,进而得到薄膜的消光系数;通过拟合薄膜透射光谱干涉极大值和极小值的包络线来确定薄膜折射率和厚度的初始值,并利用干涉极值公式进一步优化薄膜的厚度值和折射率;利用柯西公式对得到的薄膜折射率进行拟合,给出了a-Si:H薄膜的色散关系曲线.为了验证该方法确定的薄膜厚度和光学常量的可靠性,将理论计算得到的透射光谱与实验数据进行了比较,结果显示两条曲线基本重合,可见这是确定a-Si:H薄膜厚度及光学常量的一种有效方法.

辉光放电电解等离子体引发纤维素基水凝胶的制备及其多重响应行为

采用辉光放电电解等离子体(GDEP)制备以生物质为基材的水凝胶材料鲜见报道。为获得环保的水凝胶材料,利用GDEP引发制备出了以纤维素为基材的水凝胶材料。采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对制备的水凝胶的微观形态和结构进行了表征,同时也考察了放电电压对水凝胶的溶胀、p H、盐多重响应行为的影响。结果表明:在放电电压570 V下制备的水凝胶的溶胀率最大为898 g/g;水凝胶在低或高p H缓冲溶液中网络结构收缩,溶胀率低;相对于Na+缓冲溶液,水凝胶对Ca2+和Fe3+缓冲溶液更为敏感,表现为体积收缩,溶胀率低。制备的纤维素水凝胶在不同p H缓冲溶液中具有可逆的开关响应行为,可逆循环利用3次以上。

样品温度对激光诱导土壤等离子体辐射特性的影响

为了研究样品温度对激光诱导等离子体辐射特性的影响,以国家标准土壤样品为靶,在空气中利用波长为1 064nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光烧蚀不同温度(≤350℃)下的片状样品,测量了激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比,计算了光谱分析检出限和信号的测量准确度.实验结果表明,当能量为200mJ时,随着样品温度的升高,等离子体辐射逐渐增强,并且在样品温度为300℃时达到最大值.计算表明,元素Al、Mg、Ba和Fe在300℃样品温度时的光谱线强度比室温条件下分别提高了67%、58%、61%和52%,信噪比分别增大了41%、51%、28%和38%,且元素分析检出限和光谱信号稳定性均有改善.升高样品温度有利于改善激光光谱的质量.