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高效稳定卤化物钙钛矿太阳能电池的进展与挑战(特邀)

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光子学报 2023年第11期52卷 23-44页

作者：何昆赵小亮王军李必鑫杜斌汪彦龙西安工程大学材料工程学院西安710048 湖南第一师范学院物理与化学学院长沙410205 西北工业大学柔性电子研究院西安710072 中国科学院大连化学物理研究所化学激光重点实验室大连116023

近年来,有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、效率高等优点备受关注。问世至今短短十余年间,其光电转化效率已飙升至26%,目前在单异质结光伏电池中排名第三,并且未来仍具有很大的发展潜力。本文依次介绍了杂化钙... 详细信息

近年来,有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、效率高等优点备受关注。问世至今短短十余年间,其光电转化效率已飙升至26%,目前在单异质结光伏电池中排名第三,并且未来仍具有很大的发展潜力。本文依次介绍了杂化钙钛矿材料的结构与性质,以及钙钛矿太阳能电池常见的器件结构演化过程,重点总结了近几年来在利用缺陷钝化策略提高光电转化效率方面取得的最新研究成果,最后阐述了钙钛矿太阳能电池面临的挑战并对其未来商业化前景进行了展望。

关键词：钙钛矿太阳能电池器件结构光电转化效率缺陷钝化商业化

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基于二维半导体的垂直晶体管

科学通报 2023年第22期68卷 2901-2910页

作者：乐志凯刘潇李运鑫刘丽婷刘渊湖南大学物理与微电子科学学院长沙410082

二维半导体具有原子级薄的体厚度和表面无悬挂键的特点,是实现下一代晶体管微缩的重要候选材料之一.超短沟道的二维水平结构晶体管已通过多种方法成功制备,但通常需要复杂的设备和高精度的制造工艺,并且难以微缩至亚10 nm或亚5 nm的沟... 详细信息

二维半导体具有原子级薄的体厚度和表面无悬挂键的特点,是实现下一代晶体管微缩的重要候选材料之一.超短沟道的二维水平结构晶体管已通过多种方法成功制备,但通常需要复杂的设备和高精度的制造工艺,并且难以微缩至亚10 nm或亚5 nm的沟道长度.垂直晶体管是一种电流自上而下输运的新型器件结构,其中器件的栅极长度或者沟道长度取决于半导体的厚度而非光刻精度.因此,二维半导体在垂直晶体管中展现出了独特的应用前景.本文综述了基于二维半导体构建垂直晶体管的进展,包括二维垂直晶体管的基本结构、工作机制与器件性能等.

关键词：二维半导体垂直晶体管器件结构器件性能

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湿气发电机的研究进展、应用和展望

科学通报 2023年第34期68卷 4642-4653页

作者：韩佳欣戴杏怡杨景焜吴颖辉梁启华曹雅钧黄龙彪深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳518060 深圳市低碳建筑材料与技术重点实验室深圳518060

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式... 详细信息

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式包括固态、液态和气态3种.为有效利用水资源,已制造出水力发电、潮汐能发电等使用液态水的大型设备.近年来,水分子与功能材料间的水伏效应掀起了对湿气发电的研究热潮.湿气发电机能够利用环境中的湿气能量产生电能,其过程主要包括电荷有效分离和载流子不对称运动.湿气发电机具有体积小、易制备、易集成等优点,能够从人体日常生理活动(如呼吸、出汗等)中收集能量并转化为电能,在便携式柔性电源和自供能传感器等领域具有巨大的应用潜力.本文总结了湿气发电机的基本原理、材料和结构设计方法及典型应用,并对湿气发电机的发展趋势进行了展望.

关键词：湿气发电机离子定向移动功能材料器件结构自供能传感能量收集

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面向显示应用的高分辨率发光器件

Science China Materials 2023年第6期66卷 2128-2145页

作者：郑悦婷余永燊陈伟胡海龙郭太良李福山 Institute of Optoelectronic Technology Fuzhou UniversityFuzhou 350116China Fujian Science&Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China Fuzhou 350108China

显示器作为视觉信息的载体,在我们的日常生活中发挥着不可或缺的作用.近年来,随着微显示产品的市场需求不断扩大,与高分辨率自发光显示器密切相关的科研成果数量呈现快速增长趋势,国内外各大研究机构对显示分辨率的进一步提高、驱动模... 详细信息

显示器作为视觉信息的载体,在我们的日常生活中发挥着不可或缺的作用.近年来,随着微显示产品的市场需求不断扩大,与高分辨率自发光显示器密切相关的科研成果数量呈现快速增长趋势,国内外各大研究机构对显示分辨率的进一步提高、驱动模块的设计与开发、材料及器件结构的优化和微型显示器的应用研究显著增加.然而,尚无综述对这三种显示技术相关的大量工作进行较为全面的梳理和总结.本综述的主要内容如下:(1)高分辨率显示器件技术路线的工艺划分;(2)各高分辨率自发光显示工艺的具体细节,以及其他有潜力应用于高分辨发光显示中的精细图案化技术;(3)各方案的优势和局限性讨论;(4)高分辨显示现存问题与挑战的总结.本综述有望为微型显示的产业界和学术界带来有价值的参考.

关键词：显示分辨率发光器件视觉信息自发光高分辨率驱动模块显示器器件结构

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溶液加工大面积有机太阳电池材料与器件

高分子学报 2022年第7期53卷 737-751页

作者：张凯华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室广州510640

有机太阳电池是一类以有机光电材料为核心的新型光伏技术,具有重量轻、颜色可调、可低成本溶液加工、可实现柔性和半透明等突出优点,在建筑-光伏一体化、半透明车窗、便携式移动充电等领域具有独特的应用潜力.随着有机太阳电池在新材料... 详细信息

有机太阳电池是一类以有机光电材料为核心的新型光伏技术,具有重量轻、颜色可调、可低成本溶液加工、可实现柔性和半透明等突出优点,在建筑-光伏一体化、半透明车窗、便携式移动充电等领域具有独特的应用潜力.随着有机太阳电池在新材料方面的进步以及器件物理方面的发展,有机太阳电池效率实现了多次突破.与此同时,面向商业应用的大面积有机太阳电池模组的开发也越来越受到研究人员的关注.本文围绕溶液加工大面积有机太阳电池材料与器件,主要介绍了我们在领域内的工作进展,包括大面积均匀阴极界面层的构筑,印刷加工活性层过度聚集行为的抑制,新型印刷加工器件结构的探索等.最后讨论了有机太阳电池模组存在的问题,并对其未来发展进行了展望.

关键词：有机太阳电池大面积模组界面层活性层聚集器件结构

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全聚合物太阳电池材料与器件

中国科学：化学 2022年第11期52卷 1948-2000页

作者：刘春晨白原青胡正伟黄飞华南理工大学材料科学与工程学院发光材料与器件国家重点实验室高分子光电材料与器件研究所广州510640

全聚合物太阳电池的光活性层中的给受体材料均由聚合物构成,其具有优异的形貌稳定性及机械稳定性等突出优点,在实现大面积、柔性有机太阳电池的制备中具有较大潜力,引起了越来越多研究者的兴趣.随着各种新型聚合物给体/受体材料相继被... 详细信息

全聚合物太阳电池的光活性层中的给受体材料均由聚合物构成,其具有优异的形貌稳定性及机械稳定性等突出优点,在实现大面积、柔性有机太阳电池的制备中具有较大潜力,引起了越来越多研究者的兴趣.随着各种新型聚合物给体/受体材料相继被开发出来及器件结构的不断发展,全聚合物太阳电池异军突起,器件效率目前已经突破18%.然而,相较于非富勒烯小分子受体太阳电池,全聚合物太阳电池面临效率仍需进一步提高、聚合物给/受体性能的批次差异等问题,如何开发高性能聚合物给/受体材料及制备高效器件仍面临一定的挑战.本综述着眼于全聚合物太阳电池给/受体材料的开发、器件结构调控、界面工程等方面,系统总结了近年来该领域内的代表成果,并对未来高效全聚合物太阳电池材料、器件的发展做出了展望.

关键词：全聚合物太阳电池聚合物受体材料器件结构界面调控

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高效钙钛矿太阳电池及其叠层电池研究进展

材料导报 2021年第15期35卷 15031-15046页

作者：刘璋陈新亮侯国付李跃龙丁毅赵颖张晓丹南开大学光电子薄膜器件与技术研究所天津300071 天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室天津300071

钙钛矿太阳电池及其叠层电池发展迅速,成为当前光伏领域的研究热点。有机无机卤化钙钛矿材料具有吸收系数高、带隙可调、制备工艺简单等优点,其单结太阳电池实验室效率从2009年的3.8%迅速提升到25.2%,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池效率达到... 详细信息

钙钛矿太阳电池及其叠层电池发展迅速,成为当前光伏领域的研究热点。有机无机卤化钙钛矿材料具有吸收系数高、带隙可调、制备工艺简单等优点,其单结太阳电池实验室效率从2009年的3.8%迅速提升到25.2%,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池效率达到29.15%。钙钛矿太阳电池种类丰富,依据器件结构主要分为介孔型钙钛矿太阳电池和平面型(nip结构和pin结构)钙钛矿太阳电池。大量研究工作通过钝化工程、添加剂工程、能级匹配工程、组分工程等先进技术获得高质量的钙钛矿吸收层和光电性能好、低成本、无污染的电荷传输层,提升电荷提取效率,使得每种器件结构均能实现22%以上的超高效率。但常规钙钛矿材料光、湿、热稳定性差,部分研究通过改善吸收层的成分,研发出准二维钙钛矿太阳电池与全无机钙钛矿太阳电池,更加贴合实际应用。考虑到不同的应用场景,钙钛矿太阳电池又进一步分化出柔性钙钛矿太阳电池与半透明钙钛矿太阳电池,透明导电电极的研发成为该领域的重要突破方向。基于钙钛矿的叠层电池中,高效钙钛矿/硅叠层电池是研究重点,通过优化陷光策略和添加剂工程等方法降低光学损失与电学损失,能够在材料成本增长不大的情况下显著提升电池效率,极具市场竞争力。本文主要阐述了钙钛矿太阳电池及其叠层电池的发展历史、器件种类和结构、功能层材料特性、性能优化策略,并对其面临的挑战以及发展趋势进行了总结与展望。

关键词：钙钛矿太阳电池钙钛矿/硅叠层器件结构功能层光电转换效率

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锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

物理化学学报 2021年第4期37卷 27-43页

作者：李淏淼董化李璟睿吴朝新西安交通大学电子科学与工程学院电子物理与器件教育部重点实验室陕西省信息光子技术重点实验室西安710049 山西大学极端光学协同创新中心太原030006 西安交通大学电子科学与工程学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室国际电介质研究中心西安710049

自2009年以来,有机-无机卤化物钙钛矿因其独特的光学和电学性能,在光电材料领域受到了广泛的研究,尤其是Pb基的卤化物钙钛矿太阳能电池,目前光电转换效率高达创纪录的约25.2%,显示出强大的商业化潜力。然而,Pb元素的毒性及因而导致的环... 详细信息

自2009年以来,有机-无机卤化物钙钛矿因其独特的光学和电学性能,在光电材料领域受到了广泛的研究,尤其是Pb基的卤化物钙钛矿太阳能电池,目前光电转换效率高达创纪录的约25.2%,显示出强大的商业化潜力。然而,Pb元素的毒性及因而导致的环境隐患问题,一直是其产业化过程中的顾虑之一。因此,寻求能替代Pb的环境友好的元素,是一个十分重要的课题。Pb基钙钛矿材料优异的光电特性来源于Pb^(2+)的最外层6s2孤对电子,与Pb元素同主族的Sn元素能够形成三维钙钛矿结构且同样具有惰性5s2外层电子结构,因而是替代Pb的首选。本文系统地介绍了Sn基钙钛矿的光学和电学性质,并从薄膜制备方法和不同的器件结构方面介绍Sn基钙钛矿太阳能电池的最新进展。

关键词： Sn基有机/无机钙钛矿太阳能电池成膜方法器件结构

InAs/GaSbⅡ类超晶格长波红外探测器研究进展

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红外技术 2023年第8期45卷 799-807页

作者：田亚芳史衍丽李方江昆明理工大学理学院云南昆明650091 云南大学物理与天文学院云南昆明650091

本文系统报道了基于InAs/GaSbⅡ类超晶格(T2SLs)的长波红外探测器的研究进展。从衬底、材料生长以及器件性能角度对比分析了基于GaSb、InAs衬底的各种器件结构的优缺点。分析结果表明,以InAs为衬底、吸收区材料为InAs/InAs1-xSbx、PB1I... 详细信息

本文系统报道了基于InAs/GaSbⅡ类超晶格(T2SLs)的长波红外探测器的研究进展。从衬底、材料生长以及器件性能角度对比分析了基于GaSb、InAs衬底的各种器件结构的优缺点。分析结果表明,以InAs为衬底、吸收区材料为InAs/InAs1-xSbx、PB1IB2N型的结构为相对优化的器件结构设计,结合ZnS和Ge的多层膜结构设计或者重掺杂缓冲层,同时采用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma)干法刻蚀工艺,该器件的50%截止波长可达12μm,量子效率(quantum efficiency)可提升到65%以上,暗电流密度降低至1×10^(-5) A/cm^(2)。并归纳总结了InAs/GaSb T2SLs长波红外探测器未来的发展趋势。

关键词： InAs/GaSbⅡ类超晶格器件结构暗电流量子效率结构优化