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ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池性能的研究

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ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结太阳能电池性能的研究

作者：闫悦北京交通大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池具有重量轻,成本低,柔软可卷曲,制备工艺简单,面积大等优势,逐步成为近年来最热门的研究领域之一。但有机太阳能电池还存在光电转换效率偏低、载流子迁移率低、光谱响应范围窄等问题,实用性不强。为了解决上述问题,在聚... 详细信息

有机太阳能电池具有重量轻,成本低,柔软可卷曲,制备工艺简单,面积大等优势,逐步成为近年来最热门的研究领域之一。但有机太阳能电池还存在光电转换效率偏低、载流子迁移率低、光谱响应范围窄等问题,实用性不强。为了解决上述问题,在聚合物体系中引入高迁移率的无机半导体纳米晶是重要的手段之一。本论文以ZnO纳米棒和聚合物MEH-PPV复合体系为研究对象,探讨了不同材料的加入对器件性能的影响。首先利用XRD, SEM对水热法制备的ZnO纳米棒结构和尺寸进行了表征。分析了ZnO纳米棒作为电子受体使用的可行性。在ZnO纳米棒/MEH-PPV基本器件中加入染料,有效的提升了器件的开路电压和短路电流。阳极缓冲层LiF的加入使器件的短路电流有了1.5倍的提升。其次,分析了有机N型聚合物新材料PPDIC的光电特性,并将其与MEH-PPV混掺,结合ZnO纳米棒制作体异质结太阳电池。由AFM图分析得知在PPDIC与MEH-PPV比例为1：4时,两种材料形成良好的互穿网络,给体／受体异质结界面增多,激子分离几率增大,此时器件的得到最佳性能。但由于此材料的溶解性较差,器件的光伏特性较低。最后,为了增大器件的光吸收,在ZnO纳米棒/MEH-PPV插入有机N型小分子PTCDA。由于激子的解离主要发生在PTCDA/MEH-PPV界面,因此在此器件中ZnO纳米棒主要作为电子的传输通道使用。插入PTCDA后,器件在可见光区的吸收强烈,光生激子数量增加,光电流密度增大。当蒸镀的PTCDA厚度为40nm,此时薄膜层的粗糙度适中,形貌较为平滑,器件性能达到最优。

关键词：太阳能电池 ZnO纳米棒体异质结插入层

AlGaN/AlN_a/GaN/AlN_b/GaN HEMT结构材料生长及性能表征

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半导体技术 2008年第S1期33卷 206-209页

作者：肖红领王晓亮张明兰马志勇王翠梅杨翠柏唐健冉军学李晋闽王占国侯洵中国科学院半导体研究所材料科学中心中国科学院半导体研究所材料开放重点实验室中国科学院半导体研究所西安交通大学信息功能材料与器件联合实验室北京100083

设计了一种具有双Al N插入层的Al GaN/Al Na/GaN/Al Nb/GaN HEMT结构材料,用以提高沟道对2DEG的限制作用、改善材料的电学性能。采用MOCVD技术生长了该结构,重点研究了第一Al Nb插入层的生长时间对材料表面形貌和电学性能的影响,得到了... 详细信息

设计了一种具有双Al N插入层的Al GaN/Al Na/GaN/Al Nb/GaN HEMT结构材料,用以提高沟道对2DEG的限制作用、改善材料的电学性能。采用MOCVD技术生长了该结构,重点研究了第一Al Nb插入层的生长时间对材料表面形貌和电学性能的影响,得到了最佳的Al Nb生长时间介于15~20s。对Al Nb生长时间为15s的样品进行了变温Hall测试,其2DEG迁移率在80K时达8849cm2/V.s,室温下为1967cm2/V.s,面密度始终保持在1.02×1013cm-2左右,几乎不随温度改变。用非接触式方块电阻测试系统测得该样品的方块电阻值为278.3Ω/□,不均匀性为1.95%,说明双Al N插入层的引入对提高HEMT结构材料的电学性能作用明显。

关键词： HEMT 异质结构氮化铝插入层电学性能二维电子气

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过渡金属化合物的制备及其电化学性能研究

过渡金属化合物的制备及其电化学性能研究

作者：王彦鸽信阳师范学院

学位级别：硕士

电子器件行业的迅速发展及其对储能器件快充慢放、循环寿命长的要求,促使研究者们研发新一代高能量密度的储能器件。锂硫电池的能量密度(2600 Wh kg)和比容量(1675 mAh g)远高于商业锂离子电池,所以锂硫电池引起了研究人员的广泛关注。... 详细信息

电子器件行业的迅速发展及其对储能器件快充慢放、循环寿命长的要求,促使研究者们研发新一代高能量密度的储能器件。锂硫电池的能量密度(2600 Wh kg)和比容量(1675 mAh g)远高于商业锂离子电池,所以锂硫电池引起了研究人员的广泛关注。然而,锂硫电池的实际应用仍面临着巨大的挑战:(1)硫和硫化锂的导电性能较差(5×10 S cm);(2)在放电过程中硫的体积变化严重(80%),易造成电极粉末化,带来安全隐患;(3)多硫化物溶解引起的穿梭效应会造成锂负极污染和活性材料不可逆损失。为解决以上问题,本论文采用喷雾干燥法、水热反应法等技术制备出不同的硫载体,并研究了其电化学性能。主要研究内容如下:(1)采用牛奶为碳源,通过喷雾干燥法制备了氮掺杂介孔二氧化钛/碳(MTC)复合微球。氮掺杂的非晶态碳包覆在二氧化钛周围作为导电基质,有效地提高了电极材料的导电性。多孔碳可以提供足够的空间来缓冲硫正极材料在充放电过程中的体积变化。MTC微球在锂离子电池和锂硫电池中,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。MTC作为锂离子电池负极,在1 C(100 mA g)电流密度下循环200次后的可逆容量可达到230 mAh g。MTC复合微球作为硫载体材料(MTCS),TiO和多硫化物形成S-Ti-O化学键,有效地抑制了穿梭效应的发生,从而提高活性材料的利用率。在电流密度为1 C时,MTCS电极的初始放电容量达到1317.7 mAh g,循环500周期后,容量保持率达到73.8%。(2)以聚苯乙烯球(PS)为模板,利用喷雾干燥法合成的前驱体粉末。当PS和TiO的体积比为3:1时,除去模板后得到类蜂窝状TiO;然后将其与三聚氰胺相反应得到TiN;最后与硫复合得到TiN/S,用于锂硫电池电化学性能测试。类蜂窝状结构可以缩短锂离子的扩散路径,为硫的体积变化提供缓冲空间,保持电极结构的稳定性。TiN不仅可以提高电极的导电性,而且可以作为吸附剂抑制多硫化物的穿梭。因此类蜂窝状TiN/S表现出优异的循环稳定性。当电流密度为100 mA g时,类蜂窝状TiN/S电极在500次循环后仍有650.4 mAh g的容量。(3)通过水热生长法制备了一种独立自支撑的氮化钨纳米棒/碳布(WN/CC)双功能插入层。它既可作为集流体,又可作为可溶性多硫化锂(LiS)的物理化学屏障。通过和纯硫电极以及碳布插入层对比,发现WN/CC双功能插入层具有优异的电化学性能,其初始放电容量可达1337 mAh g,且在100 mA g的电流密度下循环500个周期后,可逆充放电容量仍维持在814.2 mAh g以上。这种优异的性能可以归因于WN纳米棒与导电碳布的协同效应,即碳布的物理屏障和WN的化学阻碍可以有效地提高活性材料的利用率。通过密度泛函理论(DFT)计算了WN(200)晶面与LiS和S的吸附能(3.21-4.67 eV),证明了WN在限制多硫化物迁移中起到重要作用。

关键词：锂硫电池喷雾干燥金属氮化物金属氧化物插入层

基于Interposer集成PDN的IR-drop分析与研究

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基于Interposer集成PDN的IR-drop分析与研究

作者：李屾西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路的不断发展,继续按照原有方式去减小工艺节点从而延续摩尔定律难度极大,因此超越摩尔定律应运而生,即在现有的工艺节点上通过TSV(ThroughSilicon-Via,TSV)、硅光子等方式形成新的集成方式,其中三维集成电路中的基于Interpo... 详细信息

随着集成电路的不断发展,继续按照原有方式去减小工艺节点从而延续摩尔定律难度极大,因此超越摩尔定律应运而生,即在现有的工艺节点上通过TSV(ThroughSilicon-Via,TSV)、硅光子等方式形成新的集成方式,其中三维集成电路中的基于Interposer的Chiplet集成是当前研究的一个热点方向。此外Chiplet可以采用不同的工艺节点制造从而可以极大地降低研发周期和研发成本。但是随着芯片性能的不断提升、使得工作频率不断提升,然而电源电压却在随着芯片尺寸的减小而不断下降,因此在复杂的多Chiplet系统中,IR-drop的增大会造成芯片之间的传输延时增大,甚至会引起芯片逻辑功能的错误,因此电源完整性已经成为芯片设计的首要考虑因素。另外,大规模集成电路IR-drop的模型仿真会花费大量时间,因此在2.5D集成系统中,如何快速准确计算并减小基于Interposer集成的电源分配网络(Power Distribution Network,PDN)的IR-drop,已经成为芯片设计中的一个重要目标。本文搭建了基于Interposer集成2.5D-PDN的等效模型,该模型由Interposer中的PDN网络、再分布层(Re-distribution Layer,RDL)、TSV、微焊球以及Chiplet中的PDN网络、TSV组成。通过软件仿真和公式计算的方式提取了物理模型的寄生参数,采用分块计算的方式,分别建立Interposer和Chiplet的理论分析模型和等效电路模型,最后搭建基于Interposer/Chiplet的分析模型,提出了TSV任意分布以及TSV均匀分布情况下节点IR-drop的快速求解算法,并采用单片Chiplet和多片Chiplet仿真模型进行验证。验证结果表明,通过分析模型计算基于Interposer/Chiplet中的PDN节点IR-drop具有较高的准确度,PDN节点IR-drop最大误差值不超过电压源的2‰,PDN节点IR-drop最大误差百分比为3.55%,仿真时间不超过1s。基于以上分析模型,从多方面分析了基于IR-drop的影响因素,首先从Interposer的角度,分析了Interposer规模、PDN单元网络阻值、TSV的个数以及TSV的分布方式对IR-drop的影响,其次从Chiplet的角度分析了Chiplet层数对IR-drop的影响。基于以上分析模型,本文通过粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)求解出了采用最少的TSV数量实现Chiplet以及TSV分布的全局最优解,并且在此基础上采用总互连线约束以及Chiplet之间的延时约束实现Chiplet以及TSV分布的全局最优解。此外,还通过对粒子群算法和差分优化算法的比较证明粒子群算法更适用于该分析模型。本文在此分析模型的基础上提出基于2.5D集成PDN的优化策略,该策略可以综合考虑每一个Chiplet在Interposer中的分布位置、Chiplet的PDN参数、TSV的分布位置和个数以及Chiplet的PDN参数等因素,可用于芯片初期的规划与设计。

关键词：三维集成电路电源分配网络电压降硅通孔插入层

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N面GaN材料的生长特性研究及优化

N面GaN材料的生长特性研究及优化

作者：田坤西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,N面GaN材料由于在高频和光电器件、氢气探测器、以及太阳能电池等领域具有特殊优势而受到关注,但是高质量N面GaN外延薄膜制备的困难限制了它的发展和应用。为了改善N面材料的特性,本文对其进行了研究,并使用了变Ⅴ-Ⅲ比的两步成... 详细信息

近年来,N面GaN材料由于在高频和光电器件、氢气探测器、以及太阳能电池等领域具有特殊优势而受到关注,但是高质量N面GaN外延薄膜制备的困难限制了它的发展和应用。为了改善N面材料的特性,本文对其进行了研究,并使用了变Ⅴ-Ⅲ比的两步成核生长法和两种不同的插入层来优化GaN材料的表面特性和结晶特性。本文的主要成果如下:首先,对N面GaN异质外延的AlN成核层进行了研究。通过对比Ga面和N面GaN的成核层发现,N面的成核层使用的Ⅴ-Ⅲ比过高而使最终形成的表面不利于尺寸适中、密度适中、取向均匀的GaN成核岛的形成,导致N面GaN外延薄膜的质量比Ga面差。进而本文提出了先高Ⅴ-Ⅲ比,后低Ⅴ-Ⅲ比的两步成核生长方法,先使用高Ⅴ-Ⅲ比以保证AlN成核层的N极性,再使用低Ⅴ-Ⅲ比来改善成核层最终形成的表面形貌,使之有利于之后GaN的生长。我们对低Ⅴ-Ⅲ比AlN层的厚度进行了优化和分析,当低Ⅴ-Ⅲ比层厚度在45nm左右时,GaN外延层的表面特性特性达到最优,表面粗糙度有效降低,起伏下降到优化前的一半,说明此时AlN提供的成核表面最有利于GaN的均匀成核。同时,由于成核层生长中Ⅴ-Ⅲ比的降低,N空位增多,增强了成核层对从衬底向上扩散的O的吸收作用,使进入GaN外延层的O杂质浓度降低,背景载流子浓度降低至原来的一半。随后,本文对N面GaN外延层生长过程中各种特性的变化进行了研究。研究发现在生长中随着外延层厚度的增加,位错不断发生湮灭,由热失配和晶格失配造成的压应力逐渐降低。同时外延层的C含量也随着厚度的增长发生了变化,文中也进行了分析。利用插入层来优化材料特性的方式简单有效、成本较低,本文进行了重点研究。本文中提出了超低温GaN插入层的优化方法,它通过加入N面所缺失的三维岛状生长模式来改善材料特性。实验发现,当超低温插入层位于成核层与外延层之间时,对GaN外延层表面形貌和结晶质量的优化最为有效。该插入层不仅可以通过增加三维岛状生长而使位错湮灭,还在后续的GaN外延中引入了层错,进一步阻拦位错的延伸。同时伴随着层错的产生,GaN中的压应力几乎完全释放。插入超低温GaN插入层后斜切衬底上生长的样品的表面粗糙度和表面起伏大幅降低,常规衬底上生长的样品表面的六方尺度也明显减小。本文还采用了超薄AlN插入层的优化方法,达到了加入应力来使位错弯曲并湮灭的目的,这一方法对易于发生弯曲刃位错密度的降低非常有效,同时对材料表面形貌的改善也非常明显。

关键词： N面GaN MOCVD AlN成核层插入层

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提高体异质结有机太阳能电池特性的研究

提高体异质结有机太阳能电池特性的研究

作者：胡涛北京交通大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池以其价廉、质轻、柔性以及可制备大面积电池器件而获得了越来越多的关注和研究,取得了较大的发展。但相较于无机硅太阳能电池,有机太阳能电池的光电转换效率较低,而当前的研究主要是从器件的改进以及新型有机材料的合成... 详细信息

有机太阳能电池以其价廉、质轻、柔性以及可制备大面积电池器件而获得了越来越多的关注和研究,取得了较大的发展。但相较于无机硅太阳能电池,有机太阳能电池的光电转换效率较低,而当前的研究主要是从器件的改进以及新型有机材料的合成这两个方面入手。本文结合当前研究进展以及实验室的条件,通过处理ITO电极、增加插入层、利用窄带隙的有机材料制备聚合物体异质结有机太阳能电池器件,并对器件性能的改进进行了一系列研究。首先是对电池器件的阳极ITO表面进行紫外臭氧处理和对器件进行退火处理,提高了器件的性能,进一步的将两种处理方法相结合,其效果优于仅使用其中一种处理方法,使得器件的短路电流密度由未处理时的2.68 mA/cm增大至4.13mA/cm,为以后器件的制备提供了指导。其次,为了增大器件对太阳光谱的吸收,在体异质结电池器件中插入并五苯层,当蒸镀的并五苯层厚度为8 nm时,可以获得最优的器件效率。插入并五苯层后器件的吸收光谱展宽,从而增大了器件的光电流。测量了不同厚度并五苯膜层的AFM图,分析了并五苯膜层的表面形貌的改变对电池器件性能的影响以及基底材料PEDOT:PSS对材料生长的影响。当并五苯厚度继续增大时,器件各项特性参数的减小来自于薄膜层的逐渐形成导致的有机层与PEDOT:PSS接触的减小。最后,分析了一种新合成的窄带宽材料PDDTV的光电特性。从材料的吸收光谱可发现材料在可见光区有较好的吸收。初步的研究了其光伏特性,但由于材料的溶解性的限制,导致材料的光伏特性较差。

关键词：体异质结太阳能电池插入层并五苯表面形貌窄带宽

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用于产生太赫兹的双波长垂直腔面发射激光器

用于产生太赫兹的双波长垂直腔面发射激光器

作者：刘白北京工业大学

学位级别：硕士

垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,简称VCSEL)相对于面世更早的边发射激光器而言,有相当多独特并且实用的优势:易于单片二维集成、工作电流阈值较低、动态单纵模工作模式下可以保持高度的稳定、调制带宽频率... 详细信息

垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,简称VCSEL)相对于面世更早的边发射激光器而言,有相当多独特并且实用的优势:易于单片二维集成、工作电流阈值较低、动态单纵模工作模式下可以保持高度的稳定、调制带宽频率较高、制作成本较低。由于拥有上述优点,垂直腔面发射激光器从面世之初就受到了广泛的关注,并且在光纤通信、激光打印以及光子计算机等多个领域内迅速得到了应用,进而受到了更多研究者和科研机构的青睐。在激光器发展过程中,太赫兹频率范围的波鲜有涉及,在上个世纪八十年代中期之前,太赫兹在电子学领域被称为亚毫米波、超微波等,而在光子学领域被称为远红外,处于两种学科的边界,太赫兹波段两边的低频波微波和高频波红外波分别得到了较为成熟的发展,但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限,形成了所谓的太赫兹空隙,即“THz Gap”。在太赫兹波和微波频率范围内,激光器的研究比较少,其中太赫兹波缺乏有效的辐射产生和检测方法,相比其他已经具有成熟研究方法的波段,成为最后一个有待深入研究的频段。THz科学技术发展到今天,如何制造高效的太赫兹源已成为最关键的问题。现在的THz波辐射源技术按照学科分为两类,即利用电子学的方法和利用光子学的方法。利用电子学方法将电磁辐射的频率向高频延伸的方法虽然可以产生功率比较高的THz波,但频率较低,一般在1THz以下。利用光子学方法产生的太赫兹波方向性和相干性较好,这种方法的原理在于将光学方法产生的激光频率降低。目前,已有的太赫兹源均无法将高功率、高能量、宽带可调谐、低成本、便携式、室温下稳定运转这些点集中于一身,这是最大的问题。本文从调整垂直腔面发射激光器的谐振腔长出发,使其多纵模工作,从中选出两个纵模,如果它们的频率差在太赫兹频率范围内,那么这两束激射波差频后即可得到太赫兹波。本文工作内容:1.从传输矩阵出发计算DBR反射谱,分析了影响DBR反射谱的因素,利用MATLAB模拟计算并分析了不同DBR对数的VCSEL器件的整体透射谱,在此基础上分析了加入插入层的VCSELs的透射谱。同时利用MATLAB模拟了上述对应结构的VCSEL的相位谱和驻波谱。2.在IQE 980nm VCSEL结构基础上,在不同位置插入铝组份不同光学厚度不同的Al Ga As,模拟其特性并进行观察、分析与总结。3.以插入层厚度为自变量,分析不同插入层与激射波长、激射波长对应频率以及频率差的关系(包括离散分析和连续分析)。4.通过光刻,选择性腐蚀,选择性氧化等等工艺流程,制备双波长垂直腔面发射激光器,并且分析其I-V曲线、P-I-V曲线,光谱,以及近场图像。结果显示具有插入层的VCSEL近场图片在激射波左侧出现了荧光,通过光谱图像可以得知,不同氧化孔径大小的器件所激射的双波长强度相差较大。

关键词：垂直腔面发射激光器太赫兹双波长插入层

New insert layer structure OLEDs

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Optoelectronics Letters 2008年第3期4卷 209-212页

作者： GAO Zhi-xiang HAO Yu-ying LEI Jun-feng MA Cheng XU Bing-she Department of Physics Taiyuan University of Technology Taiyuan 030024 China College of Physics and Electronic Science Shanxi Datong Univershity Datong 037009 China College of Materials Science and Engineering Tiliyuan University of Technology Taiyuan 030024 China

An insert layer structure organic electroluminescent device（OLED） based on a new luminescent material （Zn（salen）） is fabricated. The configuration of the device is ITO/CuPc/NPD/Zn（salen）/Liq/LiF/A1/CuPc/NPD/Zn（salen）/Liq/LiF/A1. Effective insert electrode layers comprising LiF（1nm）/Al（5 nm） are used as a single semitransparent mirror, and bilayer cathode LiF（1 nm）/A1（100 nm） is used as a reflecting mirror. The two mirrors form a Fabry-Perot microcavity and two emissive units. The maximum brightness and luminous efficiency reach 674 cd/m^2 and 2.652 cd/A, respectively, which are 2.1 and 3.7 times higher than the conventional device, respectively. The superior brightness and luminous efficiency over conventional single-unit devices are attributed to microcavity effect.

关键词：插入层结构特征有机元素场致发光

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复合材料风扇叶片榫头铺层设计及加工制造

合成纤维 2020年第1期49卷 44-51页

作者：康永强陈勇上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 燃气轮机与民用航空发动机教育部工程研究中心上海200240

碳纤维复合材料风扇叶片榫头段是铺层数量最多、递减铺层最集中的部位,榫头的铺层质量影响叶片的低周疲劳强度。为完成叶片榫头段的铺层设计,基于铺层设计准则,建立了一种适用于航空发动机复合材料风扇叶片榫头段铺层设计的方法。根据... 详细信息

碳纤维复合材料风扇叶片榫头段是铺层数量最多、递减铺层最集中的部位,榫头的铺层质量影响叶片的低周疲劳强度。为完成叶片榫头段的铺层设计,基于铺层设计准则,建立了一种适用于航空发动机复合材料风扇叶片榫头段铺层设计的方法。根据铺层高度大小将铺层分为结构层和插入层,在结构层铺层设计中考虑了高度递减层的角度与铺放位置。在插入层铺层设计中,考虑了单组插入层铺层数量、单组插入层内部铺层顺序及铺层角度、单组插入层形成的坡度、相邻插入层之间的错开距离等五个方面的因素,确定了单组插入层的结构及其在榫头的分布。根据设计方案对榫头进行加工制造,成型的榫头试样件厚度检测质量良好,证实了该铺层设计方法的可行性。

关键词：风扇叶片榫头复合材料设计准则铺层设计插入层结构层