热退火对溅射法Al-Sn共掺ZnO薄膜光电性能的影响

利用射频磁控溅射方法,采用AZO靶和Sn靶共溅射的方法在钠钙玻璃衬底上制备了Al与Sn共掺杂的ZnO (ATZO) 薄膜样品,再对样品进行300,350,370,400,500 ℃ 5种不同温度和1,2,4 h 3种不同时间的退火处理。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)和扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)对其相结构及形貌进行了表征和分析。结果表明,所制备的ATZO薄膜都是六角纤锌矿结构,在（002）方向上表现出择优生长且表面都较为均匀。采用UV vis分光光度计测试薄膜样品的透过率,结果显 示370 ℃退火2 h的样品在400~760 nm处有87.09%的最高平均透过率,对应的光学带隙为3.40 eV;同时,此样品具有最低的电阻率为4.22×10-2 Ω·cm和最高的载流子浓度和迁移率,分别为6.44×1020 cm-3和4.30 cm2/(V·s)。     

多孔复合微结构的制备与减反射性能

主要研究了多孔-金字塔和多层多孔-金字塔两种多孔复合微结构的减反射性能。多孔-金字塔是将带有金字塔结构的单晶硅片置于HF/Fe(NO3)3溶液中二次化学腐蚀得到的,而多层多孔-金字塔复合微结构是将带有金字塔结构的单晶硅片置于HF/CH3CH2OH溶液中二次电化学腐蚀得到的。用扫面电镜和UV-vis-NIR分光光度计分别分析了这两种复合结构的表面形貌和反射率。结果表明,在400~800 nm波长范围内,多孔-金字塔和多层多孔-金字塔复合微结构的平均反射率分别为5%和2.1%。多孔-金字塔微结构表面的孔洞较大,表面的金字塔有少量的塌陷,但多层多孔-金字塔微结构表面的孔洞细小且覆盖均匀,表面的金字塔基本上保持完好。通过比较,电化学方法制备的多层多孔-金字塔复合微结构的减反射效果要优于采用化学腐蚀制备的多孔-金字塔复合微结构的减反射效果。     

衬底温度对共溅射法制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长的影响

研究了衬底温度对采用Cu2ZnSnS4靶和Cu靶共溅射制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长的影响。采用拉曼光谱、X射线能量色散谱仪、扫描电子显微镜和紫外 可见 近红外分光光度计对在不同衬底温度条件下制备的Cu2ZnSnS4薄膜 的元素比例、形貌以及光学带隙进行了表征与分析。结果表明制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长遵循不同规律。室温衬底条件下制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长遵循两步法，导致颗粒尺寸和元素分布不均；而在120~200 ℃衬底温度条件下制备的Cu-Zn-Sn-S预置层在溅射过程中已有Cu2ZnSnS4晶粒形成，这些晶粒在后续硫化生长过程中起到形核点的作用， 促进了Cu2ZnSnS4晶粒的长大与元素的均匀分布。随着衬底温度的升高，Cu-Zn-Sn-S预置层及由此制备出的Cu2ZnSnS4薄膜的结晶性变好，Cu2ZnSnS4薄膜的带隙先升高后减小至1.55 eV。     

圆化处理法制备高效大尺寸多晶黑硅太阳电池

采用金属辅助化学腐蚀法制备了多晶黑硅,并研究了极低浓度NaOH溶液对扩孔后黑硅结构的圆化作用及其对多晶黑硅太阳电池性能的影响。用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和量子效率(Quantum efficiency, QE)测试仪对黑硅表面形貌及黑硅电池性能进行了表征。结果表明,利用极低浓度的NaOH圆化扩孔后黑硅的尖端及棱角可以减少表面复合的影响。处理后的黑硅表面孔洞均匀且平滑,黑硅太阳电池400~900 nm可见光波段平均反射率为4.15%,批量生产的电池平均转换效率达到17.94%,比常规酸制绒工艺制备的电池平均转换效率提高了0.35%。     

银纳米线的合成及其透明导电膜的性能研究

采用溶剂热法制备银纳米线(AgNWs),通过控制实验过程中的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和硝酸银的比例及氯离子与银离子的摩尔比研究这些参数对AgNWs长度及直径的 影响。研究发现,当PVP与硝酸银的摩尔比为4.5∶1且氯离子与银离子的摩尔比为2∶85时,银纳米线具有较合适的长度及直径且在溶液中具有优越的分散性,适合于导电膜的制备。采用该参数银纳米线制备出的导电膜最高品质因子达到24,高于掺锡氧化铟(Indium tin oxide,ITO)薄膜的品质因子9,且具有较好的抗弯折性能。结果表明,银纳米线透明导电薄膜在有机太阳能电池(Organic photovoltain,OPV)和有机发光二极管(Orgnic light emitting diode,OLED)等柔性电子器件领域有很大的应用潜力。     

Si/Co/Cu/Co多层膜中巨磁电阻效应及与微结构的关系

用超高真空电子束蒸发方法在Si（100）衬底上制备了Si／Co／Cu／Co多层膜。发现当Si层厚度达到0．9nm时，多层膜中开始出现较强的平面内各向异性巨磁电阻效应。在Si1．5nm／Co 5nm／Cu3nm／Co5nm多层膜中，作者在其易轴上得到了5．5％的巨磁电阻值和0．7％／Oe的磁场灵敏度。用X射线衍射和透射电镜研究了si／Co界面之间的相互扩散，发现在Si层与Co层间形成了Co—Si化合物层，这个硅化物界面层诱导了其上的Co／Cu／Co三明治膜中的平面内磁各向异性乃至整个多层膜的平面内各向异性巨磁电阻效应。原子力显微镜表面形貌分析表明，随Si层厚度增大，Co／Cu／Co三明治膜的界面平整度得到改善，从而使巨磁电阻值增大。     

一种用于动物黏附运动机制研究的多参数同步测量传感器

在长期生存竞争中,包括壁虎在内的许多动物演化出了与其运动表面间形成黏附力的器官。已有研究发现:生物黏附力与接触面积密切相关,基于范德华力的干黏附可能受包括摩擦接触电荷导致的电场在内的外电场调控。壁虎运动过程接触/摩擦电的存在已得到证实,反力、实际接触面积两个参数的单独测量和表征工作也取得一定成果,但由于不同参数测试技术和设备之间存在功能和结构上的冲突,上述3个参数的同步测试及综合研究仍未能顺利展开。本文在综合考量了上述多参数测试技术之间的冲突后开发了一种新型的多参数测量复合传感器,实现了上述3个参数的同步测试,并以具有优异黏附能力的大壁虎为对象进行了初步验证实验。结果表明所研制的复合传感器能够满足黏附力、黏附实际接触面积以及黏附接触电荷的同步测量需求,为研究生物黏附机制和仿生黏附奠定了设备基础。     

基于倒金字塔减反射结构的多晶黑硅及其高效太阳电池

采用酸体系的纳米重构(Nano structure rebuilding,NSR)溶液对黑硅纳米结构进行重构,得到不同尺寸的倒金字塔减反射微结构,实现了低成本纳米减反射微结构多晶黑硅(Multicrystalline-black silicon,mc-bSi)太阳电池的量产。先用Ag金属催化腐蚀(Metal assisted chemical etching,MACE)对砂浆切割(Multi wire slurry sawn,MWSS)多晶硅片(Multicrystalline silicon,mc-Si)进行了研究,发现倒金字塔结构的面夹角均为54.7°,且500nm尺寸大小的倒金字塔结构黑硅太阳电池的转换效率达到了18.62%,电池的表面反射率降低至3.29%。研究了Ag/Cu双原子催化腐蚀法对金刚线切割(Diamond wire sawn,DWS)多晶硅片的制绒效果,发现多晶硅片表面金刚线切割痕几乎消失不见,采用倒金字塔尺寸为600nm的DWS片样品制备出了性能最佳的太阳电池,其开路电压Voc为640mV,短路电流密度Jsc为37.35A/cm2,填充因子FF为79.91%,最高效率为19.10%,高于同结构的MWSS多晶黑硅太阳电池。