1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院，山西 太原 030032
3 陕西科技大学材料原子和分子科学研究所，陕西 西安 710021
通过InGaN/GaN单量子阱模型研究了极化强度随晶面取向的变化，结果显示半极性（101）面量子阱中的极化电场反转导致其能带向上弯曲，电子波函数靠近n侧，这有望抑制电子泄漏。对（101）面InGaN/GaN多量子阱蓝光发光二极管（LED）外延结构的模拟表明半极性（101）面提高了量子垒的有效阻挡势垒，抑制了电子泄漏。此外，（101）面极大地降低了空穴注入势垒，实现了载流子的均衡分布，降低了俄歇复合概率，最终在电流密度为300 A/cm2时，与（0001）面42%的效率骤降相比，（101）面GaN基LED的效率骤降低至9%，发光强度提高48%。（101）面InGaN量子阱的静电场反转特性是其具有优异光电性能的一个重要原因。
光电子学 发光二极管 （101¯1） 静电场反转 载流子浓度匹配 效率骤降 电子泄漏 光学学报
2022, 42(21): 2125001
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原 030024
2 太原理工大学材料科学与工程学院,太原 030024
3 中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能和低廉的制备成本,成为目前光伏领域内的研究热点。然而,钙钛矿薄膜表面和晶界处存在大量缺陷,这易于导致载流子非辐射复合,并进而影响太阳能电池的光电转换效率。本工作通过在两步法制备钙钛矿的铅盐前驱液中引入钝化剂乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid, ASA),利用吸收/光致发光光谱、扫描电镜和电学测试等技术手段研究了ASA分子对钙钛矿薄膜质量与器件性能的影响。结果表明: 适量的ASA分子可以通过路易斯酸碱相互作用增大钙钛矿晶粒尺寸,并有效降低钙钛矿薄膜的缺陷密度; 当ASA的浓度为2.5 mmol/L时,所制得的钙钛矿电池取得了19.83%的最高光电转换效率,明显高于对照器件的转换效率(17.47%)。本工作首次报道了ASA对钙钛矿薄膜缺陷的良好钝化效果,并为提高钙钛矿太阳能电池性能提供了一种简单有效的制备方法。
钙钛矿太阳能电池 有机-无机杂化 金属卤化物 乙酰水杨酸 缺陷钝化 两步沉积 添加剂 光电转换 perovskite solar cell organic-inorganic hybrid metal halide acetylsalicylic acid defect passivation two-step deposition additive photoelectric conversion
1 太原理工大学材料科学与工程学院,太原 030024
2 太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原 030024
3 太原理工大学航空航天学院,太原 030024
4 4.山西先进永磁材料与技术协同创新中心,临汾 041004
利用低温水热法在p-GaN薄膜上生长了铟(In)和镓(Ga)共掺杂的ZnO纳米棒。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能量色谱仪(EDS)结果表明,In和Ga已固溶到ZnO晶格中。扫描电子显微镜(SEM)结果表明, ZnO纳米棒具有良好的c轴取向性,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,纳米棒的直径减小,密度增加。XRD结果表明,In和Ga共掺杂引起ZnO晶格常数增大,导致(002)衍射峰向低角度方向偏移。同时,ZnO的光学性质受到In和Ga共掺杂的影响。与纯ZnO相比, 共掺杂ZnO纳米棒的紫外发射峰都出现轻微红移,这是表面共振和带隙重整效应综合作用的结果。I-V特性曲线表明,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结具有更好的导电性。
In和Ga共掺杂 ZnO纳米棒 n-ZnO/p-GaN异质结 低温水热法 光学性质 导电性 光电性能 In and Ga co-doping ZnO nanorod n-ZnO/p-GaN heterojunction low-temperature hydrothermal method optical property conductivity photoelectric property
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 中国科学院 可再生能源重点实验室, 广东 广州 510640
3 中国电子科技集团公司 第二研究所, 山西 太原 030024
4 太原理工大学 材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因具有光电转化效率高和制备成本低廉等优点而备受关注。钙钛矿薄膜中的缺陷是限制钙钛矿电池性能进一步提升的重要因素, 而缺陷调控又依赖于薄膜制备方法的发展和进步。两步法是制备钙钛矿薄膜和电池的主要方法之一, 但目前对在两步法前驱液中引入添加剂如何影响钙钛矿薄膜结晶过程和缺陷密度的认识不足。本工作致力于利用光谱、X射线衍射、扫描电镜和电学测试等技术手段研究在两步法的铅盐溶液中引入碘化钾(KI)对卤化铅溶液、钙钛矿转化、缺陷密度和电池性能的影响。实验结果表明, 适量KI的引入有利于高碘配位数铅碘配合物的生成, 促进卤化铅向钙钛矿相的室温转化, 并有效降低钙钛矿薄膜中的缺陷密度, 钙钛矿电池的光电转化效率从无KI时的17.49%提高到19.17%。本工作的研究结果不仅有助于加深对两步法制备钙钛矿过程中结晶规律的理解, 而且有助于进一步推动钙钛矿薄膜质量和器件性能的提升。
钙钛矿太阳电池 碘化钾 两步法 缺陷钝化 碘铅酸盐 perovskite solar cells potassium iodide “two-step” deposition defect passivation iodoplumbates
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
3 南京邮电大学 有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地信息材料与纳米技术研究院, 江苏 南京 210023
开发新型有机红光材料对于制备高性能红光有机电致发光器件具有重要的研究意义。本文采用SUZUKI偶联反应, 以芴酮为受体(A)、3,4,5-三甲氧基苯为给体(D)合成了新型D-π-A-π-D结构的有机红光材料(3MeFO)。通过1H NMR谱、13C NMR谱和X单晶衍射确认了分子结构, 该化合物展示了较强的电荷转移作用和良好的共轭结构, 其晶体的发射峰达到620 nm。从单晶结构中看出甲氧基的引入有利于在分子间形成大量的氢键, 有效地增强了分子间的相互作用。同时, 该材料表现出良好的热稳定性能和电化学性能, 使得其在OLED中展示了良好的电致发光性能。
有机红光材料 D-π-A-π-D结构 分子聚集态 organic red light luminogens D-π-A-π-D molecular aggregation OLED OLED
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 新材料工程技术研究中心, 山西 太原 030024
研究了在湿法腐蚀GaN衬底上生长的ZnO纳米棒阵列的微结构和光学性能。相比于未经腐蚀及腐蚀5 min、10 min的GaN上生长的ZnO纳米棒阵列, 在腐蚀8 min的GaN上生长的ZnO纳米棒阵列最细密, 光学性能最好, 其相应PL光谱峰强积分比IUV/Ivis最大(70.92)。因为此时GaN衬底中的位错基本全部在表面露头, ZnO容易附着而形成更多的形核种子, 并且衬底的位错在表面的边缘有助于诱导ZnO晶体的外延生长, 所以ZnO棒更加细密, 晶体质量更高, 从而光学性能更好。
ZnO纳米棒 水热法 GaN衬底 湿法腐蚀 光学性能 ZnO nanorods hydrothermal GaN substrate wet etching optical property
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部和山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
3 山西飞虹微纳米光电科技有限公司, 山西 临汾 041600
通过调整非故意掺杂氮化镓层的厚度, 分析氮化镓基LED外延生长过程中应力的演变行为, 以控制外延片表面的翘曲程度, 从而获得高均匀性与一致性的外延片。由于衬底与外延层之间的热膨胀系数差别较大, 在生长温度不断变化的过程中, 外延片的翘曲状态也随之改变。在n型氮化镓生长结束时, 外延片处于凹面变形状态。在随后的过程中, 外延薄膜“凹面”变形程度不断减小, 甚至转变为“凸面”变形, 所以n型氮化镓生长结束时外延片的变形程度会直接影响多量子阱沉积时外延片的翘曲状态。当非掺杂氮化镓沉积厚度为3.63 μm时, 外延片在n型氮化镓层生长结束时变形程度最大, 在沉积多量子阱时表面最为平整, 这与PL-mapping测试所得波长分布以及标准差值最小相一致。通过合理控制非故意掺杂氮化镓层的厚度以调节外延层中的应力状态, 可获得均匀性与一致性良好的LED外延片。
氮化镓 应力 metal-organic chemical vapor deposition MOCVD gallium nitride stress LED LED
