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三元量子点—聚合物杂化太阳能电池性能研究

三元量子点—聚合物杂化太阳能电池性能研究

作者：明帅强温州大学

学位级别：硕士

量子点材料具有可低温合成,尺寸可控,消光系数高,导电性能好等特点,已经在红外光、可见光、紫外光探测器,发光器件,激光器件以及光伏器件等领域都表现出巨大的应用优势。尤其在光伏领域,以PbS为代表的量子点太阳能电池能量转换效率(PCE... 详细信息

量子点材料具有可低温合成,尺寸可控,消光系数高,导电性能好等特点,已经在红外光、可见光、紫外光探测器,发光器件,激光器件以及光伏器件等领域都表现出巨大的应用优势。尤其在光伏领域,以PbS为代表的量子点太阳能电池能量转换效率(PCE)已经突破11%。然而目前量子点材料主要以二元半导体材料为主(如CdSe,CdS,PbS,PbSe,Ag2S等),其种类有限,这就要求我们开发三元乃至多元量子点材料。同时,量子点-聚合物杂化太阳能电池是溶液法制备太阳能电池的新途径,其具有制造成本低,重量轻,高效率,可制备柔性大面积器件等有利于大规模生产的特点。本文选取三种具有代表性的三元量子点材料,通过材料合成与器件制备并表征,介绍三元量子点的材料在光伏领域的应用潜力。针对不同的材料以不同的方法获得三元量子点-聚合物太阳能电池器件性能提升。1、我们以热注射的合成法,获得分布均匀,分散性良好的AgBiS2量子点。通过使用不同表面配体钝化AgBiS2量子点薄膜获得不同的HOMO、LUMO值,以及不同的配体置换效果,使得AgBiS2量子点-聚合物太阳能电池具有不同的能级结构和不同的载流子传输特性,从而获得不同的太阳能电池性能。通过对AgBiS2-PCE10太阳能电池器件与AgBiS2-Spiro-OMeTAD太阳能电池器件的EQE图谱以及它们各自的吸收图谱进行比较,证明在量子点-聚合物太阳能电池中,量子点和聚合物同时对太阳能器件的光电流有贡献。2、对于CsPbX量子点我们以CsPbBr3为代表,采用热注射法和短链配体低温合成获得不同表面配体包覆的CsPbBr3量子点。通过制备CsPbBr3-PCE10太阳能电池进行性能比较,以低温短链配体方法合成的CsPbBr3所对应的太阳能电池性能要比以热注射法合成的CsPbBr3所对应的电池性有所提升。这为其他量子点材料的清除长链配体提供新思路。3、通过一锅法合成粒径分布均匀,分散性良好的胶体AgSbS2量子点溶液。通过表征与分析,推测AgSbS2量子点在光伏领域具有很大的潜在价值并对此观点进行阐释。

关键词：三元量子点聚合物太阳能电池合成性能

基于原子层沉积技术制备氧化钽薄膜及其特性研究

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材料导报 2021年第6期35卷 6042-6047页

作者：明帅强文庆涛高雅增闫美菊卢维尔夏洋中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研究中心北京100029 中国科学院大学北京101407 北京交通大学理学院北京100044 北京市微电子制备仪器设备工程技术研究中心北京100029

本工作以单晶硅为衬底,乙醇钽和水分别为钽源和氧源,研究原子层沉积技术制备氧化钽薄膜的工艺,考察了乙醇钽温度、衬底温度、脉冲时间等工艺条件对氧化钽薄膜的生长速率、粗糙度和表面形貌等特性的影响。通过椭偏仪、原子力显微镜、扫... 详细信息

本工作以单晶硅为衬底,乙醇钽和水分别为钽源和氧源,研究原子层沉积技术制备氧化钽薄膜的工艺,考察了乙醇钽温度、衬底温度、脉冲时间等工艺条件对氧化钽薄膜的生长速率、粗糙度和表面形貌等特性的影响。通过椭偏仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜以及高分辨X射线光电子能谱测试分析表明,制备获得的氧化钽薄膜表面光滑,粗糙度小于1 nm,薄膜生长速率受工艺参数的影响较大,其中在乙醇钽源瓶温度170℃、脉冲时间0.1 s以及衬底温度200℃时,氧化钽的生长速率为0.253/cycle。本工作基于原子层沉积高性能氧化钽薄膜的工艺研究,将对氧化钽薄膜在介质材料、存储介质以及光学涂层等领域的应用奠定基础。

关键词：原子层沉积氧化钽薄膜乙醇钽生长速率粗糙度

原子层沉积法制备SnO_(2)薄膜及其对钙钛矿电池性能的影响

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材料导报 2022年第7期36卷 122-127页

作者：明帅强王浙加吴鹿杰冯嘉恒高雅增卢维尔夏洋中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研究中心北京100029 中国科学院大学微电子学院北京101407 嘉兴科民电子设备技术有限公司浙江嘉兴314022 北京交通大学理学院北京100044

本工作以单晶硅为衬底、四(二甲氨基)锡和水为前驱体,研究原子层沉积技术制备氧化锡薄膜的工艺及其光学和电学性能,并将其应用于钙钛矿太阳能电池。通过调节基底温度,详细研究了沉积温度对SnO_(2)薄膜的沉积速率、电学、光学等特性的影... 详细信息

本工作以单晶硅为衬底、四(二甲氨基)锡和水为前驱体,研究原子层沉积技术制备氧化锡薄膜的工艺及其光学和电学性能,并将其应用于钙钛矿太阳能电池。通过调节基底温度,详细研究了沉积温度对SnO_(2)薄膜的沉积速率、电学、光学等特性的影响,采用钙钛矿太阳能电池器件辅助验证SnO_(2)薄膜的性能。研究发现,随着基底温度的升高,沉积速率逐渐下降,原子层沉积的温度窗口在120~250℃;折射率随着温度的升高逐渐增大,带隙随温度升高而减小;沉积温度越高,表面氧空位缺陷浓度越大。SnO_(2)薄膜的工艺温度对钙钛矿太阳能电池性能有较大影响,采用160℃沉积的SnO_(2)薄膜作钙钛矿太阳能电池的电子传输层,可获得最优的电池性能,反扫最高效率为18.68%,此时器件的截止电压为1.077 V,短路电流密度为23.67 mA/cm^(2),填充因子为73.3%,且器件具有较小的迟滞效应。

关键词：原子层沉积氧化锡薄膜生长速率氧空位钙钛矿太阳能电池

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红外加热吸附反应外延系统的温度均匀性研究

激光与红外 2023年第3期53卷 377-385页

作者：闫恒彬陈焰明帅强夏洋昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研究中心北京100029

为指导全新的吸附反应外延技术ARE(Absorption Reaction Epitaxy,ARE)设备红外热源的设计,分析在真空腔室中红外管阵列的热流分布。通过对灯管阵列灯管数量、灯管间距、灯阵与硅片之间距离等设计参数。采用COMSOL Multiphysics软件进行... 详细信息

为指导全新的吸附反应外延技术ARE(Absorption Reaction Epitaxy,ARE)设备红外热源的设计,分析在真空腔室中红外管阵列的热流分布。通过对灯管阵列灯管数量、灯管间距、灯阵与硅片之间距离等设计参数。采用COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟,研究了以红外为热源的设备腔室及硅片温度场分布情况,实测硅片表面温度及均匀性与仿真基本吻合。结果表明在保证源在硅片表面良好扩散效果的同时,当灯管阵列灯管长度为200 mm,数量为11根,间距10 mm,距离硅片15 mm时硅片表面温度不均匀度达到0.683%,满足红外加热吸附反应外延工艺需求,可为ARE红外热源及腔室设计提供参考。

关键词：吸附反应外延红外硅片仿真温度场分布

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机器学习在化学气相沉积中的应用研究进展

材料科学与工程学报 2024年第2期42卷 331-339页

作者：谢炜明帅强夏洋周兰江昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650000 嘉兴中科微电子仪器与设备工程中心浙江嘉兴314000

化学气相沉积技术是一种近几十年发展起来的制备无机材料的化工技术。随着机器学习技术的发展,其在化学气相沉积领域也发挥着不小的作用。基于此,本文概述了化学气相沉积的原理与机器学习的发展历程,分析了机器学习在化学气相沉积中的... 详细信息

化学气相沉积技术是一种近几十年发展起来的制备无机材料的化工技术。随着机器学习技术的发展,其在化学气相沉积领域也发挥着不小的作用。基于此,本文概述了化学气相沉积的原理与机器学习的发展历程,分析了机器学习在化学气相沉积中的典型应用,总结并分析了未来应用的发展趋势。

关键词：化学气相沉积无机材料薄膜机器学习

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原子层沉积技术发展及在钙钛矿电池的应用

原子层沉积技术发展及在钙钛矿电池的应用

原子层沉积与聚焦离子束切片法制备X射线波带片

第二届全国太阳能电池材料与器件大会

作者：明帅强郭耀亮夏洋嘉兴科民电子设备技术有限公司中国科学院微电子研究所微电子仪器设备研究中心

原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术,是一种特殊的化学气相沉积技术,通过将气相前驱体脉冲交替通入反应腔室在基底表面发生化学吸附反应形成薄膜的方法,具有优异的三维保形性、大面积均匀性和精确的亚单层膜厚控制等特点。它... 详细信息

原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术,是一种特殊的化学气相沉积技术,通过将气相前驱体脉冲交替通入反应腔室在基底表面发生化学吸附反应形成薄膜的方法,具有优异的三维保形性、大面积均匀性和精确的亚单层膜厚控制等特点。它的最早可以追溯到苏联和芬兰科学家在二十世纪六十年代的研究工作。自从2001年国际半导体行业将ALD列入与微电子工艺兼容候选技术以来快速发展,2007年Inter公司白半导体工业45 nm技术节点上,采用ALD沉积超薄氧化铪,获得功耗更低、速度更快的器件。近年来,ALD技术在微电子、光电子、光学、纳米技术及光伏等领域呈现出爆发式增长,尤其在新兴的钙钛矿太阳能电池领域。钙钛矿太阳能电池由于优异的光电性能和低廉的制造成本而受到科研工作者的广泛关注,基于钙钛矿材料的太阳能电池在短短几年内,光电转化效率已经突破25%,成为光伏领域的一颗新星。然而,钙钛矿型材料耐水性差,限制了其商业化应用前景。ALD技术在钙钛矿太阳能电池器件中引入致密的金属氧化物层,以同时提高器件光电转化效率和稳定性。采用ALD制备SnO2薄膜既作为器件的电子传输层,又作为封装层,器件展现了非常好的耐水稳定性。同时叠层太阳能电池,ALD技术用于隧穿层的制备,具有膜厚精确控制的优异特性。由于ALD技术自身的性质决定,其生产效率较低,限制了其在光伏领域的应用与发展,嘉兴科民电子技术有限公司通过技术攻关设计并制造国内首台巨量生产型ALD系统,可以实现5000片批量生产,同时兼容多片大面积薄膜制备,有效克服ALD技术生产效率低特点,促进ALD技术的应用与发展。

关键词：原子层沉积钙钛矿太阳能电池批量生产

来源： cnki会议评论

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光学学报 2023年第11期43卷 300-308页

作者：谭明生明帅强吴雨菲卢维尔李艳丽孔祥东刘海岗夏洋韩立中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源上海201800

针对X射线波带片对大高宽比的应用需求,采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构,再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材... 详细信息

针对X射线波带片对大高宽比的应用需求,采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构,再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材料的X射线波带片,实验上利用原子层沉积在直径为72μm的金丝表面交替沉积了10.11μm的Al2O3/HfO2多层膜,环带数为356,总直径为92.22μm,最外环宽度为25 nm。通过聚焦离子束切割得到高为1.08μm、高宽比达43∶1的X射线多层膜菲涅耳波带片。该波带片应用于上海光源(BL08U1A)软X射线成像线站时,在1.2 keV X射线下实现聚焦成像功能,展现出利用该技术制备多层膜X射线波带片的潜力。

关键词： X射线菲涅耳波带片原子层沉积聚焦离子束大高宽比多层膜

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原子层沉积技术生长单质钨薄膜

半导体技术 2022年第9期47卷 699-703页

作者：王浙加冯嘉恒夏洋明帅强屈芙蓉中国科学院嘉兴微电子仪器与设备工程中心浙江嘉兴314000 嘉兴科民电子设备技术有限公司浙江嘉兴314000 中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室北京100029

采用热型原子层沉积(ALD)技术在单晶硅基底上成功制备了单质钨薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、掠入射X射线衍射仪(GIXRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、四探针测试仪对样品的生长速率、晶体结构、薄膜成分以及电阻率进行了表征和... 详细信息

采用热型原子层沉积(ALD)技术在单晶硅基底上成功制备了单质钨薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、掠入射X射线衍射仪(GIXRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、四探针测试仪对样品的生长速率、晶体结构、薄膜成分以及电阻率进行了表征和分析。结果表明,热型原子层沉积技术生长单质钨薄膜的温度窗口为200~250℃,生长的薄膜呈多晶态,由较小粒径的颗粒组成,具有(210)晶面择优取向。XPS测试表明薄膜中W 4f、W 4f及W 5p_(3/2)的特征峰分别位于31.5~31.6、33.5~33.7及36.9~37.1 eV结合能位置处,主要含有W、C、O等元素。生长的单质钨薄膜为β相钨,电阻率为1.6×10^(-4)~3.0×10^(-4)Ω·cm。

关键词：原子层沉积(ALD) 钨电阻率多晶薄膜 β相

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集束型多层纳米薄膜沉积设备的研制

真空科学与技术学报 2020年第11期40卷 1096-1102页

作者：杨胜夏洋兰丽丽陶晓俊冯嘉恒明帅强卢维尔屈芙蓉刘涛中国科学院微电子研究所仪器设备研发中心北京100029 中国科学院大学北京100049 嘉兴科民电子设备技术有限公司嘉兴314006

运用模块化的设计构想,将等离子体增强原子层沉积工艺单元、热型原子层沉积工艺单元,直流磁控溅射单元和射频磁控溅射工艺单元进行高度优化集成,研制了集束型多层纳米薄膜沉积设备。设备创新采用真空旋转传输平台,替代了传统集成设备的... 详细信息

运用模块化的设计构想,将等离子体增强原子层沉积工艺单元、热型原子层沉积工艺单元,直流磁控溅射单元和射频磁控溅射工艺单元进行高度优化集成,研制了集束型多层纳米薄膜沉积设备。设备创新采用真空旋转传输平台,替代了传统集成设备的机械手结构,实现了样品在高真空(5×10^-5 Pa)中传输,而且传输速度快(2~3 s),有效地减少污染,保证样品表面物性的稳定。设备可在全真空的环境下,实现多层纳米薄膜的制备,同时可以对薄膜生长实现原子层精度的控制。设备的磁控溅射工艺平台可以安装金属掩膜板,直接制备图形薄膜。另外设备具有非常灵活的扩展性,针对薄膜工艺需求的不同,可以集成其他的薄膜制备工艺单元。

关键词：原子层沉积磁控溅射薄膜制备集束型设备