1 北京印刷学院 印刷与包装工程学院，北京 102600
2 北京大学 材料科学与工程学院，北京 100871
人类对于物质微观结构的探索从未停止过，理解粒子如何在空间堆叠对科学家和技术人员都是一个挑战。在弱相互作用和熵焓竞争的驱动下，软物质经常表现出丰富的自组装形貌和相结构。其中最吸引人的Frank-Kasper相是一种介于晶体和准晶之间的过渡态，具有高配位数（配位数为14，15，16）的二十面体壳层密堆积的复杂球形相结构。软物质为Frank-Kasper相研究提供了新奇的分子与组装结构，同时还丰富和发展了Frank-Kasper相。本文主要对能形成Frank-Kasper相的小分子表面活性剂、嵌段共聚物、树枝状大分子以及巨型两亲分子等软物质进行了简要综述。该类结构可以用于研究非均一性、易变形软球体在空间的堆积，并对软物质自组装形成复杂拓扑密堆积结构的机制以及理解准晶的生长机理等都具有重要意义。
软物质 Frank-Kasper相 自组装 液晶 soft matter Frank-Kasper phase self-assembly liquid crystal
试验物理与计算数学重点实验室, 北京 100094
由于临近空间高超声速飞行器具有速度快、高度低、机动能力强的优点,故以陆/海基雷达、高轨红外卫星为主建立的预警探测体系难以对其实施全程有效探测。因此,针对高超声速飞行器的技术特点,对低轨红外卫星的探测能力和全球覆盖性进行了研究。首先,基于类HTV-2升力体的气动外形,模拟了典型工况参数下飞行器的表面温度分布。然后,构建了低轨红外卫星探测模型。结合红外探测器典型性能参数,给出了不同轨道高度下探测器信噪比与观测视角和工作波段的关系,并得到了红外卫星在550 km和1600 km轨道高度下的有效探测半锥角。最后,给出了具有全球探测能力的低轨红外卫星星座的构型及主要参数。
探测器 目标探测 低轨红外卫星 星座构型 高超声速飞行器 全球覆盖 光学学报
2021, 41(21): 2104002
北京印刷学院 印刷与包装工程学院, 北京 102600
有机光电材料大致可分为小分子或低聚物和聚合物两类。载流子迁移率是衡量有机光电材料导电性能的重要参数, 直接关系到材料对电荷的传输能力。因此, 测量材料的载流子迁移率是研究有机光电材料的基本工作之一。通过对几种不同测试方法的总结与分析, 报道了几种载流子迁移率测试技术, 并指出各种测试方法的应用原理及适用的测试范围, 对采用合理的手段研究考察载流子在有机光电材料及器件中的传输特性及其对有机光电器件的性能影响有重要的意义。
载流子迁移率 有机光电材料与器件 测量方法 charge carrier mobility organic optoelectronic materials and devices measurement method
北京印刷学院, 印刷与包装工程学院, 北京 102600
盘状液晶是由中心的刚性芳香内核以及外部链接的多条柔性侧链组成, 极易在π-π相互作用下发生盘—盘堆叠形成一维有序的柱状结构, 该结构利于柱内的载流子传输, 因此盘状液晶未来可期望成为优良的半导体材料。盘状液晶按照柱内有序性, 分为有序柱状相、柱状塑晶相和柱状螺旋相, 其中, 柱状螺旋相具有更高的载流子迁移率。开展可形成螺旋相盘状液晶的分子结构的设计、液晶性能以及光电性能的研究对发展新兴有机光电半导体材料具有重要的意义。
盘状液晶 螺旋相 光电性能 手性 discotic liquid crystal helical phase optoelectronics properties chirality
1 北京印刷学院基础教育学院, 北京 102600
2 2. College of Letters and Science, Department of Physics, University of California, Santa Barbara 93106, USA
染料敏化太阳能电池(DSSC)是太阳能电池研究的热点领域之一, 使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO2薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、 简单的制备工艺和高的光电转换效率(PCE)的特点, 这类太阳能电池受到人们广泛关注。 为了提高这类太阳能电池的光电转换效率, 通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要, 采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。 用溶胶-凝胶法制备了TiO2胶体, 通过扫描电镜看出TiO2薄膜具有多孔结构, 其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附, 也有利于提高电池对太阳光的吸收率。 经过高温烧结后丝网印刷的TiO2薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰, 意味着TiO2颗粒已经完全晶化且粒径增加。 制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密, 使得TiO2薄膜的XRD衍射峰逐渐增强, 而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO2胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。 用不同网目印刷了单层TiO2光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况, 发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好, 而400网目印刷太阳能电池的性能最差, 这与XRD观察的结果一致。 再分别采用网目为100目、 200目、 300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO2薄膜, 以此为基础组装DSSC。 实验结果表明: 通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO2薄膜, 组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升, 其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。 以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理, 在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固, 且电池制备的步骤简单、 重复性好, 能量转换效率较高。
丝网印刷 不同网目 多孔TiO2薄膜 Screen printing Different mesh Porous TiO2 film 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2321
近年来, 以有机无机杂化铅卤钙钛矿为吸光层的薄膜太阳能电池受到了广泛的关注, 不到十年时间其光电转换效率已经从3.8%提高到了23%, 这主要归因于有机铅卤钙钛矿材料光吸收系数高, 带隙合适并易于调控, 电子-空穴扩散长度长等优点。 2016年GrtzelL等人利用低气压快速去除薄膜前驱体溶剂的方法, 获得了高质量的甲脒和溴离子掺杂钙钛矿薄膜。 相比于其他传统的溶液制备方法, 这种方法能够很好的解决大面积均匀性的问题, 为高效率、 大面积钙钛矿太阳电池产业化提供了可能。 钙钛矿薄膜的成份、 结构及其光学性能对于太阳电池的器件性能起决定性作用, 因此在该制备技术下, 研究不同掺杂种类钙钛矿薄膜对光学性质的影响具有积极的意义。 利用真空闪蒸溶液技术制备了3种成分的钙钛矿薄膜, 利用扫描电镜、 X射线衍射, 吸收光谱和荧光光谱等表征手段对薄膜的形貌、 结构和光学性质进行了研究。 结果表明, 该技术可以用于制备均匀致密、 无针孔的高质量甲脒、 溴离子掺杂和氯离子掺杂的钙钛矿薄膜（成分分别为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15, MA3PbI3和MAPb(IxCl1-x)3）, 薄膜中晶粒的尺寸分别为500, 100和200 nm左右； 薄膜的形成过程为溶剂中的DMSO与钙钛矿配位, 并在真空闪蒸过程中快速形成相对稳定中间相, 经过加热后, 薄膜中的DMSO被去除并形成钙钛矿晶体, 结构为四方相； 甲脒、 溴离子和氯离子掺杂的薄膜对可见光有强烈的吸收作用, 薄膜吸收边均在750 nm左右； 薄膜的掺杂对带隙宽度没有明显影响, 3种成份的薄膜带隙宽度位于1.6 eV左右； 甲基胺碘化铅的荧光发射峰在765 nm, 甲脒和溴离子掺杂后发光峰位红移至774 nm, 氯离子掺杂后薄膜峰位处于761 nm, 有微弱的蓝移, 且强度出现下降。 这可能是晶粒尺寸和薄膜内部缺陷变化导致的。
真空闪蒸法 钙钛矿薄膜 光学特性 Vaccum-flash method Perovskite film Optical property
1 北京印刷学院, 北京 102600
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
通过聚光波导提高光的转换和收集效率, 是提高太阳能电池效率、 减少电池用量、 降低光伏发电系统成本的重要途径。 利用PMMA作为波导基质材料, Rhodamine 6G(罗丹明6G)作为荧光染料, 通过涂覆方法, 在表面积为50 mm×50 mm、 厚度为5 mm的洁净PMMA衬底上制备出了荧光层厚度约为32 μm的平面波导型聚光器, 并研究了荧光染料的掺杂浓度对其聚光比和光伏性能的影响。 结果表明, 当掺杂浓度为0.250%时, 聚光器的聚光比和器件的光伏性能达到了最优, 分别为0.45%和0.49%。
聚光器 平面波导 Rhodamine 6G Rhodamine 6G Solar concentrator Planar waveguide 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3920
1 北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
光伏发电是目前太阳能最佳的利用方式之一, 但发电成本高。 利用聚光结构提高光的转换和收集效率, 是提高太阳能电池效率、 减少电池用量、 降低光伏发电系统成本的重要途径。 以Lumogen F Red 305 (LR305) 染料作为荧光材料, 将其掺杂到PMMA中, 通过本体聚合法制作出尺寸为50 mm×50 mm×5 mm的PMMA平面荧光太阳能聚光波导, 对其光学特性进行表征, 同时将太阳能电池粘贴到聚光波导的输出端面, 通过测试平面荧光太阳聚光波导对太阳能电池性能的影响研究了荧光太阳能聚光波导的聚光特性。
荧光太阳能聚光波导 聚光比 能量转换效率 Luminescent solar concentrator waveguide Lumogen F Red 305 Lumogen F Red 305 dye Concentration ratio Power conversion efficiency 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1001
采用原子层沉积技术(ALD), 以二乙基锌和水为前驱体, 在衬底温度分别为110和190 ℃的条件下制备了致密的氧化锌纳米薄膜。 采用X射线光电子能谱, 荧光光谱和椭偏仪等表征手段对薄膜的成分和光学性质进行了研究。 结果表明, 随着沉积温度的增加, 氧化锌薄膜内—OH含量降低, 说明氧化锌薄膜生长过程中的化学反应更加完全; 另外, 沉积温度增加后, 薄膜在365 nm处的激子发射峰出现了明显的增强, 同时可见光区的荧光发射峰消失, 表明薄膜内的缺陷态减少。 随着成膜质量的提高, 氧化锌薄膜的电子迁移率从25提高至32 cm2·(V·S)-1。 椭偏测量的拟合结果表明, 在375～800 nm的波长范围内, 氧化锌薄膜的折射率逐渐从2.33降至1.9, 呈现出明显的色散现象; 另外, 不同温度下制备的氧化锌薄膜光学带隙均为3.27 eV左右, 这说明沉积温度对薄膜的带隙没有明显影响。
原子层沉积 氧化锌薄膜 光学特性 Atom layer deposition ZnO film Optical property
