关键词： 硫化铅胶体量子点   反式结构太阳能电池   量子点纳米线复合材料  

摘要： 量子点是直径在2～10 nm且具有量子尺寸效应的半导体纳米晶,胶体量子点被广泛应用于光伏器件、光电探测器以及发光二极管等领域。量子点太阳能电池发展的过程中,胶体量子点合成过程的优化、表面配体的改进以及器件结构的设计都极大地推动了器件性能的提高和改善。与此同时,量子点同二维、三维或体材料构成的复合材料不仅综合了两种材料的优点,而且表现出新的材料性能。本论文主要研究内容包括反式结构硫化铅量子点太阳能电池、硫化铅量子点钙钛矿纳米线复合材料以及窄带隙量子点钙钛矿复合材料的制备。第二章研究内容为反式结构硫化铅量子点太阳能电池,通过器件结构的设计、器件制备工艺的优化、器件模型的模拟并结合实验结果分析,取得反式结构硫化铅量子点电池的最高效率。器件制备工艺的优化过程中,以电池的光电转换效率为主要表征参数,探索了不同器件制备工艺之间的差异,发现器件制备过程和测试过程均需要在空气中进行,并且需要保持空气的相对湿度为50%,最终选择了溶胶凝胶法制备的NiOx为空穴传输层、碘配体硫化铅为光吸收层以及氧化锌为电子传输层的器件结构。器件的性能参数为开路电压:0.519 V,短路电流密度:27.08 mA/cm2,填充因子:60.9%,能量转换效率:8.56%。通过在氧化镍和量子点之间插入界面缓冲层,有效抑制了界面载流子复合,从而进一步改善器件性能为开路电压:0.532 V,短路电流密度:27.68 mA/cm2,填充因子:65.7%,能量转换效率:9.70%。最后,通过器件的物理参数的表征测试和器件模型的模拟,阐述了反式结构电池效率得到进一步提高的机理;结果表明氧化镍和量子点之间的空间耗尽层有效提高了载流子提取效率,而硫化铅量子点和氧化镍之间的界面缺陷会降低开路电压,缓冲层的引入减少了界面缺陷的影响。第三章设计并制备了硫化铅量子点钙钛矿纳米线复合材料,通过复合材料制备工艺的优化及其在光电器件中应用的探索,获得具有红外响应特性的光电导探测器和太阳能电池。探索了量子点含量、溶剂浓度、生长时间等对纳米线生长过程的影响,采用吸收光谱、荧光光谱、XRD、TEM、EDS等分析手段,获得复合材料的结构信息和材料性质以及合适的量子点纳米线复合材料的制备工艺。将方案I制备的复合材料应用于光电导探测器,采用电流电压曲线、时间响应曲线、光响应度以及近红外光响应特性等表征方法,评判探测器在可见光及近红外区域的探测性能。将方案II制备的复合材料应用于太阳能电池,以氧化锌为电子传输层、量子点纳米线复合材料为光吸收层、Spiro-MeOTAD为空穴传输层,获得具有近红外光电流响应特性的太阳能电池。第四章为窄带隙硫化铅量子点钙钛矿复合材料的制备。首先,通过对硫化铅量子点的合成过程进行优化,获得相对稳定的激子峰在1300 nm和1500 nm的大尺寸硫化铅量子点;再者,通过探索大尺寸量子点的液相配体交换方案,确立了合适的配体交换工艺;最后,把激子峰在1300 nm的硫化铅量子点应用于量子点钙钛矿复合材料的制备过程中,探索了具有最佳荧光信号的薄膜制备工艺,并测试了复合材料的共振荧光单光子源信号。

关键词： 复合长余辉发光材料   稀土元素   钙钛矿量子点   光学性能  

摘要： 长余辉材料作为夜间或暗光条件下的持久发光材料在安全指示、交通标示、装饰等技术领域具有广泛的应用。目前红光长余辉材料依然存在余辉强度弱、持续时间短等缺点。此外，不同发光组分的长余辉材料的余辉强度和余辉时长差别较大。如何高效调控长余辉材料的发光颜色并保持余辉衰减的一致性是人们普遍关注的焦点，也是该领域的一个重大技术挑战。　　CsPbX3(X=Cl，Br,I)全无机钙钛矿量子点(PeQDs)具有载流子扩散距离长、吸收截面大、荧光(PL)量子产率高、发射谱带窄、带隙可调谐等优异的光电性能。通过改变卤素组分，CsPbX3钙钛矿量子点的荧光发射可在整个可见光谱区域内调谐。全无机钙钛矿量子点的这一特性使其成为理想的光吸收和光发射材料，在光电、光伏领域内得到应用。　　本论文结合钙钛矿量子点和稀土长余辉材料各自的优点，研制出一种稀土/钙钛矿量子点复合长余辉材料，并对材料的发光性能和发光机理展开深入研究，该工作为长余辉材料在余辉白光光源、夜光多彩显示以及防伪编码等领域的新应用提供了新思路。主要内容如下:　　第一章综述了钙钛矿量子点与长余辉材料的基本性质和研究现状，包括材料的结构、合成、光学性能和应用，同时还介绍了全无机钙钛矿作为光转化层的研究进展，阐明了本研究的目的和意义。　　第二章介绍全无机钙钛矿量子点的合成与光学性能，采用热注射法制备了CsPbX3(X=Cl，Br,I)全无机钙钛矿量子点(PeQDs)，并同通过离子交换法得到了不同卤素组分的钙钛矿量子点如CsPbClxBr3-x(0＜X＜3)和CsPbBrxI3-x(0＜X＜3)，X射线粉末衍射、能量色散X射线谱、选区电子衍射表征表明制得的钙钛矿量子点为立方相、具有良好的结晶性，透射电镜(TEM)观察PeQDs形貌呈立方块状、粒径为11.2-16.8nm。通过调节卤素组分可实现钙钛矿量子点覆盖整个可见波段(408-695nm)的连续发光调控，其发射峰的半高宽为9-31nm。通过拟合荧光衰减曲线得出其荧光寿命为7.7-103.1ns，绝对荧光量子产率为38.5％-99.0％。　　第三章介绍了CaAl2O4∶Eu2+,Nd3+(CAO)长余辉粉的制备和光学性能。采用高温固相法制备CAO长余辉粉并球磨至亚微米级，XRD和SEM表征CAO为单斜晶相，空间群为P21/n，具有良好的结晶性。在365nm激发光下，测得其荧光发射波长为440nm，半高宽为51nm，归属于Eu2+离子4f65d1→4f7跃迁。在100K低温下测得其荧光衰减曲线，拟合寿命值为587ns。365nm紫外灯照射5min后测得的余辉光谱与其荧光发射光谱峰形、峰位一致，表明CAO的余辉发光来自于Eu2+的4f65d1→4f7跃迁;余辉衰减测试表明CAO余辉时长大于8h，说明CAO具有良好的长余辉性能。　　在第四章中，采用CsPbX3钙钛矿量子点和CAO长余辉粉制备PeQDs/CAO复合长余辉发光材料。将蓝紫光CAO长余辉亚微米晶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合旋涂在玻片上作为光吸收层，在此基础上再旋涂一层CsPbX3\PDMS的混合液，经高温固化后获得复合薄膜，CsPbX3量子点具有优异的光吸收效率和高荧光量子产率，能够充分吸收CAO产生的余辉光并转换为CsPbX3的发光，通过CsPbX3量子点的带隙剪裁对长余辉发光的连续调控，实现了窄带、宽色域(＞130％NTSC)的长余辉发光，其余辉时长＞8h，且不同钙钛矿量子点组分的复合薄膜余辉衰减保持高度一致。　　第五章主要研究了CAO/PeQDs复合长余辉材料的发光机理和应用展示，通过对比不同比例CAO/PeQDs复合薄膜的余辉光谱，发现PeQDs可有效吸收波长小于其荧光发射波长的余辉光，但不能吸收其发射峰波长大于其荧光发射波长的余辉光，表明CAO到PeQDs之间的能量传递不是荧光共振能量传递，而是辐射再吸收过程。不同PeQDs组分的复合薄膜中Eu2+在100K温度下的荧光寿命基本一致，进一步表明CAO到PeQDs之间的能量传递是辐射再吸收过程。通过表征复合薄膜的热释光性能获得的热释光谱与CAO余辉粉的热释光谱基本一致，进一步说明全无机钙钛矿量子点与长余辉粉之间的能量传递为辐射再吸收过程。此外，本文还证明了基于钙钛矿长余辉光转换来研制持久余辉白光光源以及夜光多彩显示方面存在的应用潜力。　　该工作提供了一种长余辉发光调控的新策略，突破了传统长余辉材料红光组分不足、余辉衰减不一致、发射谱带宽等技术瓶颈，为长余辉材料在余辉白光光源、夜光多彩显示以及防伪编码等领域的应用提供了新思路。

关键词： 碳量子点   二氧化钛纳米管   光催化   生物毒性  

摘要： 二氧化钛（TiO2）具有光催化活性高、低毒及稳定等特点,在光催化领域应用广泛。二氧化钛纳米管（TNTs）比TiO2有更大的比表面积、更强的吸附能力和更高的光催化活性,成为近年来纳米材料合成与催化应用领域的研究热点之一。本文采用碳量子点对TiO2纳米管进行改性,制备出可在可见光下响应的复合光催化材料,并将其应用于的典型PPCPs的光催化降解,同时,考虑其进入水环境后的生物毒性。研究结果为二氧化钛纳米管负载碳量子点（TNTs/CDs）的推广应用提供了理论基础。研究结果如下:（1）通过水热法制备出具有较大比表面积的二氧化钛纳米管（TNTs）,利用共热聚合法将溶剂法制备出的CDs负载到TNTs上得到TNTs/CDs复合材料。通过高透射电镜（HRTEM）表征,TNTs/CDs其管径约为9.5nm,管壁约3.5nm,管长约150nm,且CDs均匀的负载在TNTs表面。利用N2静态吸附方法发现TNTs/CDs的比表面积为174.108m2/g,X射线衍射发现其晶型结构没有发生明显变化,紫外漫反射（UV-vis/DRS）显示出CDs的引入使TNTs吸收波长从385nm拓展至431nm,同时,利用荧光分光光度计（PL）证明了电子-空穴的复合率降低。采用TNTs/CDs光催化降解罗丹明B对TNTs/CDs活性进行表征,发现CDs与TNTs的质量比为5%时对罗丹明B降解效果最好。罗丹明B降解符合准一级动力学,其降解速率为0.0479 min-1,是TNTs的14倍。（2）利用所制备的复合材料TNTs/CDs光催化降解萘普生（NPX）并对其机制进行研究。结果表明,NPX在TNTs/CDs光催化降解下符合准一级动力学;TNTs/CDs降解NPX的速率为0.0198min-1,是NPX单独光解的33倍;NPX在pH=4的条件下降解速率最快;通过电子自旋共振（ESR）和猝灭实验发现O2.-和1O2为光催化过程中的主要活性物质;根据降解产物推测出NPX降解路径,NPX的降解主要包括脱羧反应和羟基化途径。（3）选取斜生栅藻（***）、大型蚤（Daphnia magna）和斑马鱼（Zebrafish）水生生态系统三种营养级别的生物对复合材料TNTs/CDs进行急性毒性测试。结果表明,其对斜生栅藻生长有一定影响性,48h、72h和96h的EC50分别为96.37mg/L、65.91mg/L和64.55mg/L;其对大型蚤生长也有一定抑制作用,在暴露24h后,低浓度组抑制率高于高浓度组,在暴露72h后,高浓度组抑制率高于低浓度组。TNTs/CDs对斑马鱼生长无明显影响,在暴露96h内,对斑马鱼存在一定的氧化应激现象。

关键词： 碳量子点   大蒜   荧光成像   氧化锌纳米粒子   抗菌性   聚乙烯醇   复合薄膜   医用敷料  

摘要： 碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs)是指直径小于10 nm,且微观形状几乎为准球型的碳纳米颗粒。碳量子点主要包括石墨烯量子点,碳纳米点和聚合物点。根据起始碳源,碳量子点的合成方法主要分为:自上而下、自下而上。由此,合成后的碳量子点,自身具有众多优点。相对于其他的有机染色剂及半导体量子点,碳量子点具有更加良好的荧光性能和光稳定性,优异的生物相容性和良好的水溶性,低毒性等特点。因此,碳量子点已经广泛应用于生物传感、光催化、药物载体、细胞成像、生物抗菌等领域。目前,在国内外学者的潜心钻研下,碳量子点的制备方法及其应用领域逐步被完善和扩展。然而,想要制备出功能性更强、更广泛的碳量子点依然存在着一定的局限性。而且,在制备过程中研究者往往会通过引入其他无机物或有机小分子的方式,增强碳量子点的功能性。但同时,这给碳量子点后续毒性的处理,加大了难度。因此,如何制备出一种生物相容性好且功能性强的碳量子点已经成为众多研究者关注的焦点。碳元素是地球上最丰富的元素之一,是组成生命体最基本的元素。因此,经过研究发现,纯碳材料对生命体来说,一般是无毒或者是低毒性的,是具有良好生物相容性的。大蒜(Garlic)作为常用的食用调料,即可烹饪入食,又可药用抗菌。其基本组成元素包括C、N、O和S,自身具有良好的生物相容性及水溶性。Garlic含有丰富的碳源、氮源以及硫源,可以作为制备碳量子点的原材料。因此,本文选用了可食用的具有良好生物相容性及水溶性的Garlic作为碳源,通过一步水热合成法制备出了 N、S共掺杂的碳量子点(N-S-CQDs),并且实现了其在细胞多彩成像、抗菌等方面的应用。为了进一步加强碳量子点的功能,将氧化锌纳米粒子(ZnO)与N-S-CQDs通过酰胺反应进行复合,合成出具有优异抗菌性能的N-S-CQDs@ZnO。最后,将所制备的碳量子点添加到聚乙烯醇(PVA)里面制备了 PVA/N-S-CQDs@ZnO荧光复合薄膜,并对复合薄膜的生物相容性及细菌粘附的情况进行评估。

关键词： 碳量子点   干细胞   纳米粒子   示踪  

摘要： 碳纳米材料(CNMs)因在电子、光学、热和机械特性、多用途功能化化学上的作用而受到科学界的关注。由于碳纳米材料的固有疏水性,它们比金属基纳米材料更具有生物相容性和安全性。碳纳米材料(CNMs)可以通过疏水相互作用或π-π堆积来搭载相应的药物,用作高效的药物传递平台。近年来石墨烯、富勒烯、碳纳米管,碳量子点成为治疗癌症以及细胞内标记最广泛使用的碳纳米材料,并且可以通过共价或非共价修饰使这些碳纳米材料具有生物相容性。共价修饰是在其表面引入羟基、羧基或氨基,这些自由基与保护生物聚合物聚乙二醇(PEG)进一步结合,而非共价修饰是在CNMs上负载亲氨性分子。这些碳基纳米材料经过大量的研究证明不仅是各种生物大分子的良好负载载体,而且是很好的光敏剂。此外,许多理想的功能化基团可以被整合到CNMs上,用于肿瘤的主动靶向和归巢。由于CNMs固有的光学特性,许多研究者也对其在肿瘤细胞和干细胞成像的应用上进行了研究,并证明它们是未来生物成像中可靠的材料。在众多的碳基纳米材料中,碳量子点由于特殊的零维结构以及优异的性能不仅在材料领域引起人们的重视,在生物应用方面也备受关注。过去十年来,将基因、生长因子等生物大分子输送到干细胞方法的发展引发了人们对通过纳米药物疗法改善人类疾病治疗的可能性的探索。然而,尽管取得了很大的进展,但在这种基于纳米药物疗法能够在临床环境中安全有效地应用之前,还需要解决很多关键性的技术问题。如干细胞在移植到缺血区域后,由于其微环境的改变,导致干细胞的存活、迁移等状态发生改变。本文综述了这些纳米药物治疗的进展,重点介绍了先进的碳量子点纳米粒子技术,以监控治疗性移植后干细胞在体内和体外的位置,对活细胞体内大分子的示踪以及操控发挥其功能。

关键词： Electrical engineering  

摘要： Quantum mechanics is applied to the study and simulation of two features of group IV semiconductor devices: metal/n-type 4H-SiC interfaces for SiC-based Schottky diodes and GeO2 gate dielectrics for Ge-based Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs). SiC is well suited for power electronics due to its relatively wide bandgap and high breakdown field. In Schottky power diodes, one consideration in device performance is reverse saturation leakage. For metal/4H-SiC interfaces, reverse saturation leakage current is modeled with quantum transmission calculated by the Symmetrized Transfer Matrix Method (STMM). The classical thermionic emission model and quantum model are compared for multiple donor concentrations. The quantum model is then compared to experimental results for Ti/4H-SiC measurements, and the effect of Fermi pinning is included to account for the correct barrier height. Multiple donor concentrations are again modeled to best fit the bias dependence of the measured curves to find an effective doping level to reflect possible barrier thinning. Ge is considered as a possible replacement for Si in MOSFET design as device lengths continue to scale down to match Moore's Law and Si MOSFETs become increasingly difficult to fabricate. Ge is considered due to its relatively high electron and hole mobilities, and its ability to grow a native oxide like Si. However, GeO2 and the Ge/GeO2 interface suffer from high defect densities, with one such defect being the oxygen vacancy defect. For GeO2, the oxygen vacancy defect, and corresponding fluorine passivation, are modeled using Density Functional Theory (DFT) to calculate the atomic configurations and energies. Incorporation of fluorine atoms in the vicinity of the defect is modeled, as well as the incorporation of fluorine atoms within the oxide network. Hydrogen passivation is also modeled and found to not be as energetically favorable. Finally, fluorine diffusion through the oxide network is invest

关键词： 量子自旋液体   RVB模型   Kitaev模型   中子散射   自旋波激发   极化中子   连续谱激发   磁致相变  

摘要： 量子自旋液体是一种因存在强量子涨落使得体系即使到绝对零度也无法建立长程磁有序的新奇量子态。该体系不存在自发对称性破缺与局域序参量,不能用朗道相变理论进行描述;自旋间长程关联形成量子纠缠,并存在着非阿贝尔统计的任意子激发,可被用于量子计算。另外,有观点认为通过掺杂量子自旋液体可以得到高温超导,因此对量子自旋液体的研究也有助于人们对高温超导电性起源的进一步了解。在量子自旋液体的众多分类中,Kitaev量子自旋液体作为其中一个重要的理论模型,因其独有的新奇物理特性,表现出了颇高的研究价值。Kitaev模型是一种建立在二维六角蜂窝状格子上的自旋1/2理论模型,该模型具有拓扑序,可进行严格求解。更有意思的是,体系内存在着分数化激发:Majorana费米子与Z2规范场。因此,寻找到真实的Kitaev量子自旋液体材料并对其进行研究不仅在基础科学领域有着重大的研究意义,也在量子通讯、量子信息等方面有着很高的应用前景。近年来,人们发现Mott绝缘体中晶体场、自旋轨道耦合与电子关联作用产生的组合效应可以实现各向异性Kitaev相互作用。因此,具有4d轨道电子的Mott绝缘体α-RuCl3成为了Kitaev量子自旋液体的主要候选材料,寻找该材料中的Kitaev物理与量子自旋液体激发的理论及实验研究呈井喷之势层出不穷。磁激发性质是判断一个材料是否为量子自旋液体的重要判据,通过中子散射技术探究量子自旋液体材料中新颖自旋态及其对应的分数化激发具有其他实验手段不可替代的优势及必要性。本文主要利用非弹性中子散射实验对Kitaev量子自旋液体候选材料α-RuCl3中的新颖磁激发进行研究。主要研究内容及结论如下:1.非弹性中子散射实验对α-RuCl3中自旋波激发的研究。我们利用气相输运法生长出高质量α-RuC13单晶并进行结构及物性表征。利用弹性中子散射实验确认了该材料的磁有序基态为锯齿序(Zigzag)态,并首次对α-RuCl3单晶进行了非弹性中子散射实验,得到了位于高对称点M点(0.5,0,0)附近的自旋波激发色散谱。通过将从第一性原理出发基于线性自旋波理论的结果对实验获得的自旋波色散谱进行拟合,并得到了符合实验结果的动力学参数——K=-6.8 meV,Γ=9.5 meV。我们发现该体系哈密顿量中各向异性Kitaev项K与非对角项r项的数值远大于海森堡项J,首次在实验中验证了用K-r模型来描述这个体系的正确性。该研究证实了真实材料中Kitaev相互作用的存在。2.利用极化中子散射实验确认α-RuCl3中量子自旋液体激发模式的存在。有模型及中子散射实验提出该材料布里渊区的中心,即r点存在满足分数化激发特征的连续谱激发。然而普通的非弹性中子散射实验在测到布里渊区中心时会存在一些与原子核散射带来的非相干散射造成较大的背景,这种背景信号也是各向同性分布在较大动量空间,使得无法判断连续谱是否存在分数化激发的贡献。极化中子散射可以通过测量不同通道的翻转自旋有效地将核散射与磁散射进行区分。因此,我们利用极化中子散射实验探测位于r点附近的量子自旋液体激发,确定在Γ点附近确实存在与温度无依赖关系的磁激发信号,给出了分数化激发存在的重要实验证据。3.外加磁场下α-RuCl3中新奇物理性质的研究。即使α-RuCl3中存在Kitaev相互作用且占据主导地位,但整个材料基态仍然是锯齿状磁有序态,而纯量子自旋液体中不存在磁有序。因此,我们利用外加磁场对α-RuCl3单晶进行量子相的调控,发现一个平行于ab面内的外加磁场可以抑制掉该体系的磁有序,在Bc～7.5 T时磁有序被完全抑制,之后会出现一个新的无序相。我们结合核磁共振、极低温热导与非弹性中子散射实验对该材料磁场下的相图进行了系统研究:核磁共振实验与极低温热导结果证明了磁有序被抑制后的无序相为量子自旋液体相。中子散射实验得到了磁场下的能隙演变相图,发现在临界场BC附近一定区域内存在无能隙磁激发,磁场继续增大则能隙重新打开进入新的相区。

关键词： 量子点敏化太阳能电池   S-M对电极   Cu2S-SiW12/MoS2对电极   Cu2S-RGO/MoS2对电极   电池效率  

摘要： 量子点敏化太阳能电池是一种低成本高效的第三代太阳能电池。量子点具有成本低、易于室温制备、带隙可调、激子产生可能性大等优点。为了使电池的效率得到提高,人们对电池的各个组成部分进行了不断优化:光阳极,量子点敏化剂,电解质和对电极。对电极作为量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）的重要组成之一,对电池的性能有着非常重要的影响。理论上,对电极主要对QDSSCs的填充因子（FF）有影响,但通过大量的研究,已经证实对电极对QDSSCs性能的整体提升有着重要意义。因为它不仅会提高电池的FF,对于电池开路电压(Voc)及短路电流密度(Jsc)的提高也存在影响。在过去的科研工作中,单一的对电极材料成为了研究者们科研的重心,贵金属、碳材料、聚合物及金属硫化物等都是目前常用的单一对电极材料,而人们对于复合对电极的研究相对较少。复合对电极是用两种或两种以上对多硫电解液有催化活性的材料制备的对电极,在复合对电极中,各种对电极材料协同作用,能够极大的提高对电极的催化活性,进而提高QDSSCs的性能。复合对电极可以综合两种甚至多种电极材料的优点,从而表现出良好的催化活性。碳材料具有来源广泛、成本低廉、导电性强以及化学稳定性良好等特点。如今,石墨、炭黑、石墨烯和碳纳米管等碳材料接连不断地被引入到基于多硫电解质的QDSSCs中作为对电极。其中,石墨烯的应用备受关注。石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的一种具有大的比表面积、良好的稳定性以及超强导电性的蜂窝状六方点阵结构的二维纳米材料。过渡金属硫化物由于其特殊的二维层状结构一直是人们普遍关注的焦点。MoS2是过渡金属硫化物层状材料的代表,每一层是由共价键S-Mo-S六边形二维结构构成,而层间是依靠较弱范德华力结合而成。近年来,MoS2由于具有高导电性和催化活性的特点,已被证明是DSSCs和QDSSCs潜在的CE材料选择。多金属氧酸盐（POMs）是一种多金属氧化物,作为一种有效的电子受体,可以捕获半导体中的光生电子,然后将电子传输到邻近的区域。特别的是,在进行了可逆多电子氧化还原反应后,POMs仍然可以保持其结构完整。因此,POMs可以促进半导体中电荷的转移,并延缓电子-空穴的重组。基于上述原因,我们设计了以下三种复合对电极,并将其运用到QDSSCs中:1)H4SiW12O40/MoS2（S-M）;2)Cu2S-H4SiW12O40/MoS2(Cu2S-SiW12/MoS2);3)Cu2S-Graphene/MoS2（Cu2S-RGO/MoS2）,并对其光电性能进行了研究。具体内容如下:1.利用水热合成的方法制备了S-M1、S-M4、S-M5、S-M6、S-M6.5五种复合物。通过SEM测试发现:SiW12的加入可以影响二硫化钼的形貌,SiW12加入量较少时,对二硫化钼的尺寸影响较小;当SiW12含量剧增,二硫化钼的尺寸将下降至200-300nm。通过J-V曲线测试、EIS测试、Tafel极化曲线测试均证明了S-M6具有更高的电池效率和更佳的电催化活性,其效率可以达到2.18%。并且,通过对比试验结果证实了S-M6电池效率的提高是SiW12中阴阳离子共同作用的结果。2.采用方便的丝网印刷方法制备出了具有高电催化性能的双层Cu2S-SiW12/MoS2对电极。由Cu2S-SiW12/MoS2对电极组成的太阳能电池效率可达4.28%。EIS得到的数据经软件拟合得到Rct:Cu2S-SiW12/MoS22S,SiW12/MoS22。这可能是由于SiW12导带（-4.5 eV,AVS）位于Cu2S（-4.5 eV,AVS）和MoS2（-4.73 eV,AVS）导带之间。SiW12可以捕获Cu2S中的电子,然后将其转移到MoS2,因此SiW12起着传递电子的作用。这也是一种利用多酸来提高QDSSCs光电转化效率的新策略。3.制备出了双层Cu2S-RGO/MoS2对电极,并对其性能进行了一系列的研究。经过Tafel和EIS测试表明Cu2S-RGO/MoS2对电极具有较好的电催化活性,由其组成的电池效率可到达3.15%,相较于Cu2S以及RGO/MoS2对电极均有提高。

关键词： 钙钛矿   非平衡量子输运   自旋轨道耦合效应   电子透射系数   J-V曲线   光电效应   光电流密度   阳离子取向  

摘要： 不可再生资源的日趋枯竭是目前人类发展面临的挑战之一,开发利用可再生且环境友好型资源是实现人类社会可持续发展的重要途径。太阳能是一种无需运输且环境友好的可再生资源,它的开发与利用在一定程度上缓解了人类对资源的急切需求。太阳能电池是一种将太阳能有效转化为电能的光电技术,目前已在全球范围得到广泛的应用。其中,新兴的一类钙钛矿太阳能电池的光电转化效率在近十年迅速提升约20%,作为吸收层的钙钛矿材料成为最有潜力的第三代太阳能电池吸收层。尽管早在钙钛矿应用于太阳能电池之前就已得到理论研究,直至目前,钙钛矿材料的理论研究主要集中于基态性质,对钙钛矿基器件的非平衡输运特性研究寥寥无几。为解决上述问题,本文构建了 Ag-MAPbI3-Ag两端探测量子输运模型,使用NEGF-DFT方法计算了平衡态和非平衡态的态密度、电荷分布、透射系数和J-V曲线,分析了与Pb重元素密切相关的SOC效应对非平衡载流子输运的增强作用。以此为基础,为改善界面和电荷累积效应,构建了Au-MAPbI3-Au两端探测量子输运模型,采用相同的方法计算了标准AM1.5G太阳光谱照射中间散射区域的MAPbI3所产生的光电流密度,其中考虑的影响参数包含光子能量、光偏振角、光入射角、偏置电压、MA阳离子取向和介质厚度。MA作为重要的光电效应调制因子,在钙钛矿的光电效应中具有关键作用。通过分析体系透射系数、态密度和I-V曲线,可推断与MA阳离子取向相关的光电流密度的增强可能来源于载流子迁移速度和迁移率的改善。

关键词： 硅烯   量子输运   自旋流   能谷流   电荷泵  

摘要： 在过去的几十年里,量子力学不断发展对量子系统的理解变得更为深刻。确切地说,人们已经认识到,即使量子系统中没有电位差异,只要量子系统的参数随时间周期性变化,就有可能产生非零电荷电流或平衡电流。这就是量子泵效应。由于量子泵效应的发现,使得量子泵与其他令人着迷的现象,如持续电流和超导电性,有一些相似物理原理吸引人们的关注。量子泵根本上探索了不同相互作用下的运输对称性问题。本论文的研究目标是找到一个量化电荷泵,在泵送周期中,泵出一个整数电荷,流经整个量子系统。在此基础上实现不同的自由度泵浦效应。它可以在量子测量上有革命性的应用,而且这种与拓扑相关的量子化泵浦与整数量子霍尔效应相对应。我们提出了基于单层硅烯系统中传统泵协议下的量化泵模型。结果表明:两个有相位滞后的含时泵浦势,可以产生量化电荷泵效应,其中的关键点是引入的两个势场之间可以产生拓扑界面态。首先,我们研究了基于硅烯泵浦装置来产生自旋电流。泵浦势场电位来自垂直电场,导致硅烯中交错电势的产生,磁化假定由磁近效应引起的。在低能连续模型的分析基础上,并根据绝热泵送理论,我们发现系统可以产生自旋相关的泵浦电流,并且它是量子化的。此外,还可以获得纯自旋电流和完全自旋极化电流,其物理原因是磁化可以导致不同的自旋的电子动力学相位发生变化,从而修正了泵浦相位。这些发现在自旋电子学领域相当用途。其次,我们研究了一种可行的泵浦输运方案来实现可能谷自由度的泵浦效应,即通过交错电势场和晶格弹性畸变在硅基上实现相关泵浦电流。由于单层硅烯是一个二维系统,具有显著的延展性,在线性畸变下,应变力场会引起的相反赝矢量在K和K′的谷之间产生pi的相移。所以两个谷的电流是方向相反的,即获得一个纯谷泵浦电流流出系统。而且,我们研究表明,这个谷流同样非常依赖于系统的一些参数,如泵浦相位,费米能量,甚至设备尺寸。最后,我们研究了两个泵浦势场均来自晶格畸变,同样我们发现系统可以产生量子化的泵浦流。另外在单层硅烯中也考虑仅由磁化强度含时变化,我们同样可以获得可能的自旋-谷耦合的泵浦流,但是这里它们不是量子化,原因在于磁化没有打开能隙。总结,我们证明了不同自由度可以通过影响输运电子的动力学相位或者泵浦相位,从而实现谷流或者自旋流的量子化泵浦效应。