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基于准连续域束缚态的全介质超构表面双参数传感器

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物理学报 2024年第4期73卷 272-284页

作者：刘会刚张翔宇南雪莹赵二刚刘海涛南开大学薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院电子信息实验教学中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、... 详细信息

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、品质因子、偏振依赖等表现出不同的特性.模拟计算表明,通过测量两个QBIC的谐振波长,能够实现折射率和温度的双参数传感;通过调节不对称参数,利用QBIC的品质因子依赖于不对称参数的二次方反比关系,理论上能够提高品质因子到任意的数值,从而实现传感性能的提升和调节.该超构表面的折射率传感灵敏度、品质因子和优值分别达到194.7 nm/RIU,45829和8197,其温度传感灵敏度达到24 pm/℃.

关键词：超构表面准连续域束缚态对称破缺折射率传感温度传感

基于Fano共振的全介质超表面双参数传感器

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中国激光 2024年第2期51卷 162-170页

作者：南雪莹刘会刚刘海涛南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系天津300350 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态... 详细信息

与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU^(-1),优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃^(-1)和42.71 pm·℃^(-1)。

关键词：传感器 Fano共振全介质超表面折射率传感温度传感

抗氧化小分子体掺杂对锡铅钙钛矿太阳电池性能的影响

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太阳能学报 2024年第4期45卷 2-9页

作者：董婧刘辉王三龙王鹏阳赵颖张晓丹南开大学光电子薄膜器件与技术研究所可再生能源转换与存储中心天津300350 天津市光电薄膜器件与技术重点实验室天津300350 物质绿色创造和制造海河实验室天津300192 教育部薄膜光电技术工程研究中心天津300350

锡铅钙钛矿中存在各种缺陷,且Sn^(2+)容易被氧化成Sn^(4+),从而导致太阳电池的转换效率和稳定性较差。研究发现4-香豆酸(p-C)的引入可显著改变薄膜的表面形貌、有效提高结晶性,且抑制Sn^(2+)的氧化,有利于提高钙钛矿层与传输层之间的能... 详细信息

锡铅钙钛矿中存在各种缺陷,且Sn^(2+)容易被氧化成Sn^(4+),从而导致太阳电池的转换效率和稳定性较差。研究发现4-香豆酸(p-C)的引入可显著改变薄膜的表面形貌、有效提高结晶性,且抑制Sn^(2+)的氧化,有利于提高钙钛矿层与传输层之间的能级匹配度。通过对钙钛矿光吸收层的缺陷进行钝化,可显著提升太阳电池的光电特性。最终,锡铅钙钛矿太阳电池的开路电压提升65mV,光电转换效率由18.14%提升至20.37%,并且电池稳定性得到显著提升。

关键词：钙钛矿太阳电池抗氧化剂开路电压添加剂

丙胺盐酸盐辅助结合气淬法制备高效宽带隙钙钛矿太阳电池

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物理学报 2024年第15期73卷 243-253页

作者：杨静韩晓静刘冬雪石标王鹏阳许盛之赵颖张晓丹中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京101199 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所天津300350 天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室天津300350 薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 化学科学与工程协同创新中心天津300072 南开大学可再生能源转换与储存中心天津300072

宽带隙钙钛矿与晶硅电池结合制备叠层太阳电池,其效率可以超越单结太阳电池的理论极限.然而,宽带隙钙钛矿薄膜结晶速率快,导致薄膜结晶质量差且具有大量缺陷,严重降低电池的光电转换性能.本文采用温和的气淬法制备宽带隙钙钛矿薄膜,并... 详细信息

宽带隙钙钛矿与晶硅电池结合制备叠层太阳电池,其效率可以超越单结太阳电池的理论极限.然而,宽带隙钙钛矿薄膜结晶速率快,导致薄膜结晶质量差且具有大量缺陷,严重降低电池的光电转换性能.本文采用温和的气淬法制备宽带隙钙钛矿薄膜,并引入丙胺盐酸盐作为添加剂改善钙钛矿薄膜的结晶质量.丙胺阳离子与钙钛矿组分相互作用生成了二维钙钛矿相,钙钛矿以二维相作为生长模板降低了α相钙钛矿的形成能,同时辅助钙钛矿均匀成核和择优取向生长,增大了晶粒尺寸.使用该策略制备的带隙为1.68 eV的钙钛矿太阳电池实现了21.48%的光电转换效率.此外,制备的8 cm×8 cm的宽带隙钙钛矿薄膜具有良好的均匀性.本工作为高效、大面积钙钛矿基的光伏器件的制备工艺提供了新的策略.

关键词：宽带隙钙钛矿气淬法丙胺盐酸盐结晶

1,1’-磺酰基双(2-甲基-1H-咪唑)对宽带隙钙钛矿太阳电池性能的影响

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太阳能学报 2024年第4期45卷 43-50页

作者：戴峣王鹏阳赵颖张晓丹南开大学光电子薄膜器件与技术研究所可再生能源转换与存储中心太阳能研究中心天津300350 天津市光电薄膜器件与技术重点实验室天津300350 物质绿色创造和制造海河实验室天津300192 教育部薄膜光电技术工程研究中心天津300350

对倒置结构,带隙为1.68 eV的钙钛矿太阳电池光吸收层掺杂1,1’-磺酰基双(2-甲基-1H-咪唑),以改善钙钛矿薄膜质量,提高太阳电池性能。空间电荷限制电流(SCLC)测试结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的缺陷密度明显降低;稳态光致发光光谱(PL)结... 详细信息

对倒置结构,带隙为1.68 eV的钙钛矿太阳电池光吸收层掺杂1,1’-磺酰基双(2-甲基-1H-咪唑),以改善钙钛矿薄膜质量,提高太阳电池性能。空间电荷限制电流(SCLC)测试结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的缺陷密度明显降低;稳态光致发光光谱(PL)结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的非辐射复合被显著抑制;最终太阳电池的开路电压达到1.17 V,光电转换效率达到21.42%,在氮气环境下储存1000 h后,未封装的太阳电池仍能保持初始效率的96%,稳定性显著提高。

关键词：钙钛矿太阳电池晶体生长宽带隙半导体钝化 1,1’-磺酰基双(2-甲基-1H-咪唑)

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二维TMDs激子光电特性的主动调控研究进展

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中国激光 2024年第18期 1-17页

作者：钱文启刘海毅高腾腾王雪盈刘芳汛林思涵齐鹏飞南开大学现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室

二维过渡金属硫化物（TMDs）作为后摩尔时代战略性新材料，以其激子偶极矩强度大、线宽窄、无序性低和束缚能高等特性，在克服处理速度与集成度瓶颈的光电信息融合领域中展现出巨大潜力，因此室温低维激子物理与器件被广泛关注。深入探... 详细信息

二维过渡金属硫化物（TMDs）作为后摩尔时代战略性新材料，以其激子偶极矩强度大、线宽窄、无序性低和束缚能高等特性，在克服处理速度与集成度瓶颈的光电信息融合领域中展现出巨大潜力，因此室温低维激子物理与器件被广泛关注。深入探讨多种主动调控TMDs激子光致发光的方法，研究表明：通过声表面波（SAW）、粒子辐照、探针诱导及相变调控等技术优化激子动力学，可以显著提升器件光电性能。同时讨论二维激子主动调控在光电子学和光传感等领域中的应用，展望激子器件未来发展方向及挑战。

关键词：二维材料激子过渡金属硫化物主动调控

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集成恒温和搅拌功能的小型化、高精度电化学传感检测系统的设计与实现

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南开大学学报（自然科学版） 2024年第1期57卷 79-85页

作者：武文斌焦宇涛孙鹏成林洋赵二刚岳钊南开大学电子信息与光学工程学院微电子系天津300350 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室天津300350 薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350

出于生化量现场便携检测的目的,同时为了提高传感检测系统的集成度和适用范围,将恒温控制、磁力搅拌和高精度电化学检测相结合,设计了一种小型化、多功能、高精度电化学传感检测系统.系统硬件端采用微控制器搭配信号处理、驱动控制和电... 详细信息

出于生化量现场便携检测的目的,同时为了提高传感检测系统的集成度和适用范围,将恒温控制、磁力搅拌和高精度电化学检测相结合,设计了一种小型化、多功能、高精度电化学传感检测系统.系统硬件端采用微控制器搭配信号处理、驱动控制和电源管理等芯片完成电路硬件设计,同时选用微型的电机和加热装置等器件,实现整个检测系统的小型化;软件端不仅在硬件电路中加入操作系统,并且结合上位机程序,实现电化学检测、恒温控制、磁力搅拌、实时显示和数据存储多种功能.电化学检测部分采用低噪声芯片配合后端滤波电路提高了电化学传感检测精度,恒温控制部分加入了比例积分微分算法来提高精度.经过验证,检测系统整体体积为30 cm×30 cm×30 cm,可完成计时电流法、循环伏安法等多种电化学检测功能,电流测量精度可低至0.15 n A,恒温控制精度可达到±0.3℃,搅拌转速精度可达到4%.测量数据验证了所研发的电化学传感检测系统的可靠性和实用性.

关键词：电化学恒温控制高精度传感检测系统小型化

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基于适配体的增强型光电化学传感器的研究

南开大学学报（自然科学版） 2024年第2期57卷 64-69页

作者：成林洋曹胜利廖文锦肖港赵爽岳钊南开大学电子信息与光学工程学院微电子系天津300350 燕山大学信息科学与工程学院光电子系河北秦皇岛066004 天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室天津300350 薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350

为了提高光电化学传感器的光电性能,选择金纳米团簇(MUA-AuNCs)为光敏材料,以核酸适配体(aptamer)为链接单元,同时引入银纳米(AgNPs)颗粒,构建了基于AuNCs/aptamer-AgNPs结构的增强型PEC传感器.实验结果表明,所设计的传感器不仅具有稳... 详细信息

为了提高光电化学传感器的光电性能,选择金纳米团簇(MUA-AuNCs)为光敏材料,以核酸适配体(aptamer)为链接单元,同时引入银纳米(AgNPs)颗粒,构建了基于AuNCs/aptamer-AgNPs结构的增强型PEC传感器.实验结果表明,所设计的传感器不仅具有稳定的光电转换能力,而且能够实现光电性能增强.之后根据传感器的光电特性对光电转换模型和增强机理进行了分析.最后为使基于aptamer的增强型PEC传感器具有最佳的光电流响应,探究了AgNPs和aptamer浓度对增强性能的影响.当AgNPs浓度为1.65 nmol/L,aptamer浓度为10 nmol/L时,传感器的光电增强性能最佳,光电流增幅达到175.46%.最终实现了基于aptamer的增强型PEC传感器的搭建,为光电化学领域提供了一种工艺简单、性能稳定且应用更为广泛的增强型PEC传感器.

关键词：光电化学传感器金纳米团簇核酸适配体

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基于贝叶斯学习的OTFS系统信道估计算法

南开大学学报（自然科学版） 2024年第3期57卷 18-25页

作者：吴虹董志瑜陈琢慈骋刘之洋南开大学电子信息与光学工程学院天津300350 南开大学光电传感器与传感网络技术重点实验室天津300350 光电子薄膜器件与技术研究所天津300350

针对OTFS系统,提出了一种基于贝叶斯学习的信道估计方案.由于实际传输环境中散射体的数目通常是有限的,因此OTFS的时延-多普勒域原始信道响应具有稀疏特性,通过在时延-多普勒域建立虚拟采样网格可将信道估计问题转化为一维离网稀疏信号... 详细信息

针对OTFS系统,提出了一种基于贝叶斯学习的信道估计方案.由于实际传输环境中散射体的数目通常是有限的,因此OTFS的时延-多普勒域原始信道响应具有稀疏特性,通过在时延-多普勒域建立虚拟采样网格可将信道估计问题转化为一维离网稀疏信号恢复问题,并提出一种基于扰动稀疏贝叶斯学习的信道估计方法.首先利用一阶线性插值的方式来近似真实观测矩阵,随后利用EM算法联合估计稀疏向量与网格偏移量.仿真结果表明,该算法具有较好的信道估计性能与较低的导频负载率,优于基于贪婪类算法的信道估计方法.

关键词： OTFS 信道估计稀疏信号恢复压缩感知