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在半导体异质结构中实现高效的光子上转换工程
摘要： 光子上转换是一种将两个低能光子转化为一个高能光子的光物理过程。该技术在生物医学成像、靶向药物释放及太阳能收集等领域具有广泛应用前景。现有上转换纳米体系（包括镧系掺杂纳米晶体和三重态-三重态湮灭分子）虽已实现10-30%量级的上转换量子产率，但其性能受限于原子/离子/分子态固有的窄吸收截面与固定能级结构。相比之下，半导体材料具有天然宽吸收截面的优势，且最新研究进展使得具有复杂异质结构的胶体半导体纳米粒子合成成为可能，这类材料能精准调控能带排列并优化光学特性。 我们成功合成并表征了一种能在连续波光照及太阳光相关光子通量下实现光子上转换的三组分异质结构。该结构由作为吸收体和发射体的两个硒化镉量子点（通过硫化镉纳米棒空间隔离）组成。研究表明，半导体异质结构工程原理可有效提升上转换效率：首先消除吸收量子点表面的电子陷阱态，继而定制纳米棒的带隙结构以定向输运载流子至发射量子点。这两项改进协同作用使光子上转换性能提升达100倍。
关键词： 太阳能、半导体、上转换、耦合量子点、纳米结构、核/棒/发射体
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过拉曼光谱直接动态观测染料敏化太阳能电池在工作状态下电荷分离的证据
摘要： 界面在提升染料敏化太阳能电池（DSCs）能量转换性能方面起着重要作用。虽然已有诸多技术用于研究界面效应，但几乎所有研究都仅针对部分电池组件而非完整太阳能电池开展。因此，监测DSC的界面演变过程仍极具挑战性。本研究采用原位/工况共振拉曼（RR）光谱分析技术，对DSC光伏转换过程的动态变化进行了实时监测。我们观察到光敏化过程中产生了新物质（即多碘离子和碘聚集体）。同时成功识别出分子尺度的动态证据：2,2'-联吡啶（bpy）的C═C键、NCS配体的S═C═N键及光化学产物的谱带均呈现显著的强度与频率变化，这明确证实它们是电荷分离的重要路径。此外，RR光谱技术还可快速评估DSC的性能表现。
关键词： 染料敏化太阳能电池、半导体、二氧化钛纳米管阵列、拉曼光谱、电荷转移
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于高效光吸收太阳能电池的超薄磷化铟环形纳米孔阵列
摘要： 本文提出采用环形纳米孔阵列（ANA）的超薄磷化铟（InP）薄膜结构以实现高效太阳能电池。通过合理调控ANA的内外半径，并结合减反射涂层（氧化锌ZnO）与背反射层（银Ag），基于介质-半导体-金属（DSM）构型的InP器件光电流较同几何厚度（100纳米）的平面太阳能电池可提升124.6%。该DSM-ANA结构之所以能捕获宽光谱、大角度入射光，源于泄漏波导模式、布洛赫模式及表面等离激元极化子模式的协同激发。本研究为设计制备高效超薄InP光伏器件及其他光电器件提供了可行方案。
关键词： 光吸收、超薄磷化铟薄膜、介质-半导体-金属结构、环形纳米孔阵列、表面等离极化激元模式、太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于中红外波段的GaAs衬底上生长的变质型I类InAs<sub>1?x</sub>Sb<sub>x</sub>/Al<sub>y</sub>In<sub>1?y</sub>As量子阱的光学特性
摘要： 我们分析了采用分子束外延技术在GaAs衬底上生长的、基于弛豫AlyIn1?yAs应变缓冲层（MBLs）的InAs1?xSbx/AlyIn1?yAs量子阱（QWs）的光学特性。利用AlyIn1?yAs MBLs可实现具有大I型带阶且发射波长>3微米的量子阱生长。对锑组分x≤10%的量子阱进行光致发光（PL）测试显示：室温下可实现高达3.4微米的强发光，且随着波长增加PL强度增强。为量化实测PL趋势，我们基于八带k·p哈密顿量理论模型计算了量子阱自发辐射（SE）。理论计算与实验高度吻合，揭示出波长增加时PL强度增强现象与压应变对量子阱价带结构的影响相关——该效应降低了带边态密度，使得在固定载流子浓度下有更多载流子参与辐射复合。本研究表明I型InAs1?xSbx/AlyIn1?yAs应变量子阱有望突破现有中红外异质结构的多项限制，为发光二极管和二极管激光器研发提供了理想平台。
关键词： 发光二极管，k·p建模，变态异质结构，中红外，半导体，分子束外延，光子学
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有可调等离子体共振的金属还原WO3?x电极用于增强光电化学水分解
摘要： 光电化学（PEC）水分解是生产可再生清洁能源氢气的最具前景的绿色技术之一。鉴于利用丰富的低能光子实现太阳能到化学能的转化，开发具有可见光可调等离子体共振的等离子体半导体日益受到关注。本文首次证明，WO3电极可在酸性溶液中通过不同金属箔部分还原，在可见光至近红外（Vis–NIR）区域呈现强局域表面等离子体共振（LSPR）。通过采用不同标准电极电位的金属箔并控制反应时间，可精确调控LSPR，且LSPR峰位强烈依赖于WO3?x电极中W5+的浓度。优化还原的WO3?x电极在1.23 VRHE下获得0.79 mA·cm?2的光电流密度，是原始电极的两倍。PEC水分解性能的提升归因于光吸收、导电性和载流子浓度的增强。
关键词： 光电化学水分解、半导体、等离子体共振、金属箔、氧化钨
更新于2025-09-23 15:19:57
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VO<sub>x</sub>/Nb:SrTiO<sub>3</sub>异质结的温度调制整流行为与光伏响应
摘要： 氧化钒（VOx）是智能窗和热致变色光伏调制器件的有前景候选材料。研究人员探究了沉积在NSTO衬底上的VOx薄膜的晶体结构和电学特性，发现在80K、300K和360K温度下会出现升压与降压过程中的非对称滞后电流现象，并在脉冲激光辐照下观测到了光伏效应。
关键词： 半导体-金属相变、光伏调制器件、异质结、热致变色、电阻开关现象
更新于2025-09-23 15:19:57
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无机和混合钙钛矿在微型激光器中的进展
摘要： 钙钛矿基光电器件因其卓越特性（如长载流子寿命、低缺陷陷阱密度、大吸收系数、窄线宽及高光学增益）的快速发展引起了全球关注。本文综述了自2014年首次观测到钙钛矿受激发射以来其光子激光特性，主要聚焦于基于钙钛矿固有活性微腔与外源被动微腔的三维结构。首先回顾钙钛矿晶体结构与光学特性的基础性质，随后根据形貌特征将钙钛矿激光器分为两类：自身能否支持激光行为的特性。每类再依据光反射路径细分为两种腔体（法布里-珀罗腔的驻波与回音壁模式腔的行波）。激光性能涵盖制备方法、腔体尺寸、阈值、品质因数、泵浦源等参数。最后探讨了钙钛矿激光器面临的挑战与发展前景。
关键词： 法布里-珀罗腔，回音壁模式，半导体，激光器，放大自发辐射，钙钛矿
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过拉曼光谱直接动态观测染料敏化太阳能电池在原位工作条件下的电荷分离证据
摘要： 界面在提升染料敏化太阳能电池（DSCs）能量转换性能方面起着重要作用。虽然已有诸多技术用于研究界面效应，但几乎所有研究都仅针对DSC的部分组件而非完整电池进行。因此，监测DSC的界面演变仍极具挑战性。本研究采用原位/工况共振拉曼（RR）光谱分析技术，动态追踪了DSC光伏转换过程。我们观测到光敏化过程中产生了新物质（即多碘离子和碘聚集体），并成功识别出分子尺度的动态证据：2,2'-联吡啶（bpy）的C═C键、NCS配体的S═C═N键以及光化学产物的谱带均呈现显著的强度与频率变化，这明确证实它们是电荷分离的重要路径。此外，RR光谱技术还可快速评估DSC的性能。
关键词： 染料敏化太阳能电池、半导体、二氧化钛纳米管阵列、拉曼光谱、电荷转移
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过非金属（B、O、S、P）掺杂调控带电三嗪和七嗪类石墨相氮化碳（g-C3N4）量子点的导电性：密度泛函理论计算
摘要： 用无毒杂原子对石墨相氮化碳（g-C3N4）量子点进行化学掺杂，已被证明是调控这种二维纳米材料电学性能的有效手段。本研究采用HSE06/6-311tG*水平的密度泛函理论（DFT），对比了三嗪（tg-CN）和七嗪（hg-CN）团簇掺杂p区元素（B、O、S和P）的占位情况与导电性。计算结果表明：两类g-C3N4中B原子倾向于取代碳位点，而O、S和P掺杂剂更偏好氮位点（其中P的占位取决于材料类型）。取代后初始HOMO-LUMO能隙和全局硬度均降低，hg-CN结构中O掺杂与tg-CN结构中S掺杂引起的变化最为显著。O掺杂纳米团簇在[t/(cid:0) ]电荷切换时HOMO-LUMO能隙变化最大（达3.79 eV）。与hg-CN不同，tg-CN在电子充电后会从绝缘体转变为金属或半金属材料。最终，经修饰后的hg-CN和tg-CN（尤其是B掺杂时）亲电性均显著增强。
关键词： 掺杂、半导体、石墨相氮化碳、密度泛函理论、量子点
更新于2025-09-23 15:19:57
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量子电子学与非线性光学导论 || 场与“自由电荷”的相互作用
摘要： 本章讨论了电磁场与等离子体中"自由电荷"的相互作用，重点研究动力学方程、回旋共振以及半导体中的基本吸收现象。内容涵盖外场作用下等离子体行为的经典与量子力学描述，包括磁场对电子运动的影响及电磁波在半导体中的吸收效应。
关键词： 半导体、等离子体、回旋共振、电磁场、自由电荷、动力学方程、本征吸收
更新于2025-09-23 15:19:57