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oe1(光电查) - 科学论文

48 条数据
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  • 具有不同N-取代基的吩噻嗪类高效光吸收染料的理性设计及其在太阳能电池中的应用

    摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSCs）因其制备工艺简单、成本低廉而备受关注。然而，大多数具有D-π-A结构的有机染料通常表现出较窄的吸收带，导致光捕获能力差且光子转换效率损失较大。本研究基于性能最优的染料CC202，设计并采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）研究了一系列在吩噻嗪结构上具有不同N取代基（CC202-I至CC202-III）的优异光吸收染料。通过吸收特性分析表明：吩噻嗪结构上不同的N取代基（12-冠-4取代苯基、4-己氧基苯基和裸苯基）能产生更强更宽的吸收带及红移光谱；此外，与CC202相比，CC202-I至CC202-III展现出更大的电子注入驱动力（ΔGinject）、再生驱动力（ΔGreg）、光捕获能力（LHE(λ)strong）和最大光生电流（Jph），从而进一步提高短路电流密度（JSC）。同时，由于更大的偶极矩（μnormal）和更慢的电子复合速率，CC202-I至CC202-III还能获得更高的开路电压（VOC）。综合所有与JSC相关的计算特性表明，在吩噻嗪上具有12-冠-4取代苯基、4-己氧基苯基和裸苯基取代基的染料能有效提升DSSCs的光电转换效率。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、电子结构、密度泛函理论、光吸收

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 应用矿物学亮点 || 4. 薄膜太阳能电池中黄铜矿型Cu2ZnSe4与锌黄锡矿型Cu2ZnSnSe4吸收层的微观结构分析

    摘要： 采用多晶化合物半导体作为光吸收功能层的薄膜太阳能电池，在太阳能转换效率方面持续取得改进，因而成为成熟硅基太阳能电池的有力竞争替代方案。1905年，爱因斯坦发表了关于光电效应的全面物理解释[1]，为后续光伏技术研究奠定了理论基础。然而光伏器件的实际应用直到约50年后才起步，数十年来始终作为航空航天等领域的利基技术存在。其中硅(Si)属于（非本征）元素半导体，因其储量丰富成为最早应用于太阳能电池的吸光材料。受1970年代石油?；贫?，太阳能转换技术研究终于获得重大发展契机，不仅硅基太阳能电池，基于化合物半导体的其他吸光层材料研究也得到更广泛探索——这些材料同时被用于解决硅基太阳能电池的若干严重缺陷：首先，单晶硅制备的高能耗导致能量回收周期漫长；其次，对结晶度和纯度的要求极高，且切割硅片时会产生大量材料浪费；此外，生长硅单晶时需掺入特定浓度杂质以形成非本征p型或n型导电性。尽管硅的带隙能量与太阳光谱决定的最佳能量值相当匹配，但作为间接半导体，其价带到导带的电子跃迁需要声子动量转移辅助。这种特定能量光子吸收与电子动量传递声子的协同要求，降低了光电荷载流子产生的概率，相应地必须增加吸光层厚度来补偿较低吸收系数。这些问题最终促使人们重新考量光伏技术在经济与生态层面的普适应用性，为采用化合物半导体的薄膜太阳能电池技术开辟了道路——这类化合物半导体具有本征导电性，且由于直接带隙电子跃迁（图4.1）而拥有更高吸收系数。

    关键词： 硒锡矿型、黄铜矿型、吸收层材料、光吸收、微观结构分析、光伏技术、太阳能转换效率、化合物半导体、薄膜太阳能电池、硅基太阳能电池

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 利用表面等离子体激元定制分子的光学吸收特性

    摘要： 理解光与基底上物理吸附分子的相互作用是光子学中的一个基本问题，在生物传感、光伏、光催化、等离子体激元和纳米技术领域具有应用价值。然而，由于缺乏既能稳健描述分子吸收又能高效计算基底屏蔽效应的方法，在计算机上设计新型功能材料受到严重阻碍。我们采用混合G0[W0+?W]-BSE方法，通过准粒子G0W0能级和求解Bethe-Salpeter方程(BSE)时引入基底的屏蔽效应?W来处理该问题。研究表明，该方法能高效精确地描述金属基底上物理吸附分子的吸收光谱，从而通过改变表面等离激元能量调控分子吸收特性。具体而言，我们探究了苯(C6H6)、并四苯(C30H16)和富勒烯(C60)三种典型π共轭分子的光学吸收谱如何随金属基底的维格纳-塞茨半径rs变化。为深入理解光-分子/基底相互作用，我们还研究了亮激子的电子-空穴密度及其与红外活性振动模式的耦合。结果表明：(1)苯的E12u亮激子（7.0eV）能量对rs变化不敏感，可能适用于光催化脱氢和聚合反应；(2)并四苯的B3u亮激子（2.3eV）与表面等离激元杂化，可调控激子能量并实现类表面等离激元激子的光学激活；(3)富勒烯的π-π*亮激子（6.4eV）和暗激子（6.8eV）与表面等离激元杂化后，通过基底对称性破缺同时激活类表面等离激元激子和暗四极模式。本研究展示了如何通过准确描述界面光-分子/基底相互作用，实现技术相关现象的预测、设计和优化。

    关键词： 等离子体光学、光吸收、π共轭分子、富勒烯、激子、混合材料、苯、表面等离子体学、磁性、红外活性振动模式、维格纳-赛茨半径、光学、并四苯

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • [IEEE 2019年第46届光伏专家会议(PVSC) - 美国伊利诺伊州芝加哥市 (2019.6.16-2019.6.21)] 2019年第46届IEEE光伏专家会议(PVSC) - 利用光捕获技术提升薄砷化镓太阳能电池的光吸收性能

    摘要： 用于空间光伏的薄型吸收层可实现更高的辐射耐受性，但活性层减薄会导致光吸收能力下降。本研究通过在后表面应用不同光捕获结构，探究了提升薄型单结n-i-p GaAs太阳能电池光吸收率的方法。重点开发了三维变化的随机表面纹理以增强光散射和有效光学路径长度。根据外量子效率测试结果，这种随机背面反射器成功应用于1.1微米厚的GaAs电池，在不带背面反射器的衬底基底GaAs电池对比下，使电流输出显著提升38%。该随机纹理能维持1.1微米厚GaAs吸收层的电流输出，对提升接近亚微米厚度量级的薄型GaAs吸收层光吸收具有应用前景。

    关键词： 光吸收、薄型砷化镓太阳能电池、光捕获、随机无掩模纹理、辐射耐受性

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 采用沙漏形硅纳米线增强光捕获路径的太阳能电池

    摘要： 硅纳米线（SiNWs）是具有优异光伏特性的有前途结构，可用于低成本、高效率太阳能电池，并有望突破块体硅太阳能电池的极限。目前仍需在不增加表面积的情况下增强硅纳米线的光吸收能力。本文提出一种新型沙漏形硅纳米线（HG-SiNW）设计，可显著延长光捕获路径。电学与光学测试表明HG-SiNW作为减反射层的优越性。此外，光学模拟发现的回音壁模式解释了宽带太阳光谱下吸收率大幅提升的原因。仅通过简单改变直径，HG-SiNW太阳能电池就实现了短路电流（JSC）提升和1.85倍效率增益。

    关键词： 光吸收、减反射、硅（Si）纳米结构、光伏（PV）、回音壁模式（WGM）

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 具有应变增强电子和光学特性的GaN/BP范德华纳米复合材料在光电子学中的理论研究

    摘要： 通过构建范德华(vdW)纳米复合材料，可以推进具有理想特性的二维(2D)材料发展并显著拓展其应用领域?；诘谝恍栽砑扑悖颐侵な档?磷化硼(GaN/BP) vdW纳米复合材料是一种具有I型能带排列的直接带隙半导体。该纳米复合材料在可见光和近紫外区域展现出显著的光学特性。此外，通过面内双轴应变可调控GaN/BP纳米复合材料的带隙、能带边缘位置及光学吸收性能。3%强度的双轴拉伸应变可使GaN/BP纳米复合材料形成II型能带排列，从而实现光生载流子的有效分离。同时，施加双轴应变还能显著增强该材料在近红外和可见光区域的光学吸收能力。进一步研究表明，层间耦合的调节也是调控GaN/BP纳米复合材料电子与光学特性的有效途径。我们的研究揭示了GaN/BP纳米复合材料在光电器件中的潜在应用价值。

    关键词： 第一性原理计算、光吸收、应变工程、能带结构、氮化镓/黑磷纳米复合材料

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 三元聚合物太阳能电池中以环戊二噻吩为核的A-π-D-π-A型非富勒烯电子受体，可将光吸收范围扩展至900纳米

    摘要： 共轭小分子非富勒烯电子受体（NFA）被视为实现聚合物太阳能电池高性能与低成本的关键材料之一，近年来备受关注。然而多数NFA基于庞大稠合π-芳香核，需复杂合成工艺。此外，多数NFA较弱的吸光能力（限于800 nm波长）限制了电池能量捕获效率。本文报道一种以环戊二噻吩单元为核心的A-π-D-π-A型分子，该化合物可从市售原料通过两步简易合成获得。循环伏安法与理论计算证实，其固态薄膜在900 nm波长处呈现宽谱吸收，这归因于相对较高的最高占据分子轨道（HOMO）能级。我们研究了该化合物在二元与三元聚合物太阳能电池中的应用：以PTB7-Th为给体的二元电池最佳功率转换效率（PCE）达5.76%（开路电压VOC=0.838 V，短路电流JSC=14.81 mA/cm2，填充因子FF=46.4%）；加入第二受体PC71BM的三元电池最高PCE达9.39%（VOC=0.803 V，JSC=19.01 mA/cm2，FF=61.6%），较PTB7-Th:PC71BM体系（PCE=7.58%）提升超20%。本研究开发了一种简易小分子非富勒烯受体，通过显著增强近红外区光响应提升了富勒烯基有机太阳能电池性能。

    关键词： 光吸收，非富勒烯电子受体，环戊二噻吩，三元体系，聚合物太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • AIP会议论文集 [AIP出版 国际先进材料会议论文集：ICAM 2019 - 印度喀拉拉邦（2019年6月12-14日）] 国际先进材料会议论文集：ICAM 2019 - 真空热共蒸发法制备Cu2ZnSnS4-Ag纳米复合薄膜中的等离子体效应研究

    摘要： 采用真空热共蒸发法，以块状CZTS和Ag粉为原料同步共蒸发制备了CZTS-Ag纳米复合薄膜。Ag与CZTS的质量百分比从2%增至4%。将制备的纳米复合薄膜在真空管式炉中500°C退火1小时。通过X射线衍射分析制备样品与退火样品的晶体结构，采用785 nm激发波长的共聚焦拉曼光谱研究薄膜化学结构，结果显示存在SnS与CZTS的混合相。CZTS吸收边的蓝移现象及Ag基CZTS纳米复合薄膜在整个可见光区吸收增宽的现象，可能源于Ag纳米颗粒的效应，证实了可见光区存在显著的表面等离子体共振效应。

    关键词： 表面等离子体共振、拉曼光谱、光吸收、真空热共蒸发、CZTS-Ag纳米复合材料

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • n-Zno/n-CdS/p-Cu?ZnSnS?太阳能电池光伏性能研究

    摘要： 基于Cu2ZnSnS4（CZTS）材料的半导体薄膜太阳能电池因其高吸收系数和低成本，被视为极具大规模应用前景的候选技术。本研究采用AFORS-HET软件对n-ZnO/n-CdS/p-CZTS太阳能电池的性能进行了数值模拟，探究了CZTS层双梯度带隙与厚度对电池性能的影响。计算结果表明，双梯度带隙结构能显著优化CZTS薄膜太阳能电池的转换效率。最优双梯度结构为1.4 eV-1.3 eV-1.5 eV，最佳厚度比为11:1时，转换效率可达26.63%。本研究结果可为CZTS太阳能电池的制备提供指导。

    关键词： 薄膜太阳能电池，双梯度带隙，Cu2ZnSnS4，光吸收

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于热反射法测量高功率二极管激光器端面光学吸收

    摘要： 高功率二极管激光器端面因部分吸收耦合输出辐射而产生严重发热，可能导致灾难性光学损伤。端面吸收程度及后续发热情况取决于发射波长、端面涂层与钝化层的吸收特性以及器件使用年限。量化端面吸收能力是提升二极管激光系统可靠性与最大输出功率的关键步骤。本研究开发了一种结合端面热反射成像与热传输模型的技术，用于测量二极管激光器的端面吸收，该方法适用于多种有涂层和无涂层的二极管激光器。

    关键词： 灾难性光学损伤、二极管激光器、光吸收、热反射

    更新于2025-09-12 10:27:22