1 1.华东师范大学 物理与电子科学学院, 极化材料与器件教育部重点实验室, 上海 200241
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
3 3. 山西大学 极端光学协同创新中心,太原 030006
宽禁带γ-CuI是一种具有优异光电和热电性能的p型透明半导体材料, 近年来受到广泛关注。但作为一种新兴材料, 其发光性能受材料缺陷影响的物理机理尚不清楚。本工作通过气相反应法制备了Cl掺杂的CuI薄膜, 采用电镜表征方法研究Cl掺杂对多晶CuI薄膜表面形貌和阴极荧光发光特性的影响, 并结合第一性原理计算探究了Cl在CuI薄膜中的主要存在形式, 以揭示Cl掺杂CuI薄膜结构与发光性能的联系。研究结果表明, 原本晶粒饱满但晶界显著的CuI薄膜掺杂Cl后呈现出致密平整的表面, 表明Cl掺杂剂改变了CuI的表面结构。相比未掺杂区域, Cl掺杂区410 nm处的荧光信号明显得到双倍增强, 而在720 nm附近的缺陷峰则略有降低, 说明Cl掺杂极大改善了CuI薄膜的发光性能。通过第一性原理计算对该现象进行理论分析, 发现引入Cl元素有效抑制了CuI中碘空位等深能级缺陷的产生, 降低了激子发生非辐射跃迁的概率, 从而改善CuI的发光性能, 这与阴极荧光的结果一致。本研究获得的掺杂CuI薄膜带边发光峰的半峰宽仅为7 nm, 表现出极高的发光单色性。这些发现有助于对卤素掺杂获得的高性能CuI基材料的理解。
CuI Cl掺杂 阴极荧光 第一性原理计算 CuI Cl-doping cathodoluminescence first principle calculation
1 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京新能源材料与技术重点实验室,北京 100083
2 清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京 100084
3 山东农业大学化学与材料科学学院,泰安 271018
SnS由低毒、廉价、高丰度的元素组成, 在热电研究领域受到广泛关注。采用机械合金化(MA)结合放电等离子烧结(SPS)工艺制备了n型SnS1-xClx(x=0, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06)多晶块体热电样品, 并研究了Cl-掺杂量对SnS物相、微观结构以及电热输运性能的影响。结果表明: Cl-的引入会提高电子浓度, 使SnS由本征p型转变为n型半导体。随着Cl-掺杂量的增加, n型SnS半导体室温下的霍尔载流子浓度从6.31×1014 cm-3 (x=0.03)增加到7.27×1015cm-3 (x=0.06)。x=0.05样品在823 K取得最大的电导率为408 S·m-1, 同时具有较高的泽贝克系数为-553 μV•K-1, 使其获得最大功率因子为1.2 μW·cm-1·K-2。Cl-的掺入会引入点缺陷, 散射声子, 使晶格热导率κlat由0.67 W·m-1·K-1(x=0)降至0.5 W·m-1·K-1 (x=0.02)。x=0.04样品在823 K获得了最大ZT为0.17, 相比于x=0样品(ZT~0.1)提高了70%。
SnS Cl-doped n-type semiconductor thermoelectric properties SnS Cl掺杂 n型半导体 热电性能
1 西南交通大学 超导与新能源研究开发中心，材料先进技术教育部重点实验室， 成都610031
2 新南威尔士大学 材料科学与工程学院，悉尼2052
在酸性溶液中利用恒电位沉积法在导电玻璃(ITO)上沉积Cu2O薄膜，并以KCl为添加剂对其进行掺杂，采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射谱(XRD)等手段研究了氯掺杂对Cu2O表面形貌和晶体结构的影响。紫外-可见吸收光光谱确定得到的Cu2O和Cl掺杂Cu2O(Cu2O-Cl)样品的禁带宽度分别为1.98和1.95eV。根据表面光电压谱和相位谱，掺杂前后的Cu2O均为n型，Cu2O-Cl有更强的表面光电压响应。场诱导表面光电压谱结果表明未掺杂Cl的Cu2O在加负偏压时易形成反型层；氯离子的掺杂引入杂质能级可以提高n型导电性。光电化学性能测试发现，以Cu2O、Cu2O-Cl为光阳极组成的光化学太阳电池，在大气质量AM 1.5G、100mW/cm2标准光强作用下光电转换效率分别为0.12%和0.51%。
Cl掺杂 表面光电压谱 相位谱 光电化学性能 Cu2O Cu2O Cl-doped surface photovoltage spectrum phase spectrum photoelectrochemical property
1 西南交通大学 材料先进技术教育部重点实验室, 成都610031
2 西部超导材料科技股份有限公司,西安 710018
3 新南威尔士大学 材料科学与工程学院, 悉尼 2052
采用电化学沉积法在酸性电解液中制备n型Cu2O薄膜, 并对其进行Cl掺杂, 制备Cu2O-Cl结构。然后利用连续离子吸附法在样品薄膜上复合PbS量子点。通过SEM和UV-vis对样品进行表征, 并对样品的光电化学性能进行了测试。结果表明, 未掺杂的Cu2O对PbS量子点的吸附能力较强一些, 经PbS敏化后的样品在太阳光谱的吸收拓展到了近红外区, PbS/Cu2O和PbS/Cu2O-Cl复合结构的光电化学性能均有所增加, 尤其是短路电流密度。PbS复合后的样品转换效率最高仅为0.67%, 主要原因是两者能级的不匹配, 形成异质结时引入界面态, 得不到理想的转换效率。
Cl掺杂 异质结 光电化学性能 Cu2O Cu2O Cl doped PbS PbS heterostructure photoelectrochemical
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
以CdS、CdCl2混合物为薄膜材料运用电子束蒸发法，制备了不同比例的CdS掺Cl-薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、四探针测试仪和紫外可见光光谱仪，对所制备薄膜的结构、光学及光电导性能进行了测试。结果表明：采用此方法制备的CdS薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜，且具有垂直于基底c轴的（002）晶面优势取向。Cl-掺杂摩尔分数为0.1%时可提高薄膜的结晶性且掺杂浓度变化对光能隙的影响很小，仅变化0.07 eV；其中亮方块电阻最小值为100 Ω/□，光敏性达到了2.9×105。说明经过Cl-的掺杂处理可以明显改善CdS薄膜结晶质量和光学及光电导性能。
薄膜 太阳能电池 Cl-掺杂 CdS晶体 电子束蒸发法 光电性能
