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具有亚晶格混合调控光电性能的无机卤化物双钙钛矿
摘要： 全无机卤化双钙钛矿作为一类极具前景的材料崭露头角，其稳定性和毒性较含铅的有机-无机杂化钙钛矿光电器件材料更具优势。本研究从903种化合物中筛选出311种氯化铯双钙钛矿（Cs2BB’Cl6），基于统计学习获得的钙钛矿稳定性容忍因子（t）判定其可能具备稳定性。随后对这些双钙钛矿开展第一性原理计算，评估其稳定性并筛选出适合光电器件应用的带隙候选材料。通过分解为竞争化合物的热力学分析（分解焓<0.05 eV/原子），我们预测311种Cs2BB’Cl6化合物中有261种可能实现合成。在这261种潜在可合成化合物中，47种不含毒性元素且通过杂化密度泛函理论（HSE06）计算显示具有1-3 eV范围内的直接或近直接（100 meV以内）带隙。其中，我们发现三碱金属钙钛矿Cs2[Alk]+[TM]3+Cl6（Alk为第1族碱金属阳离子，TM为过渡金属阳离子）这类Cs2BB’Cl6双钙钛矿具有卓越光学特性，包括通过GW-Bethe Salpeter方程（GW-BSE）方法计算得出的大范围可调激子结合能。这些化合物异常的电子结构源于Alk-Cl与TM-Cl亚晶格的混合，从而形成具有小带隙、大激子结合能且吸收光谱受过渡金属种类显著影响的材料。通过对比其他过渡金属及碱金属过渡金属卤化物的电子结构和化学键合，我们探究了双钙钛矿结构在赋予这些独特性质中的作用。
关键词： 稳定性、子晶格混合、带隙、无机卤化双钙钛矿、光电性质、激子
更新于2025-09-23 15:19:57
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(102)衍射峰对Fe?Si薄膜磁学、光电及粘附特性的影响
摘要： 厚度为100纳米至600纳米的Fe2Si薄膜经历了以下处理：(a) 沉积态薄膜在室温(RT)下保持；(b) 沉积薄膜在150°C下退火1小时；(c) 沉积薄膜在250°C处理温度下退火1小时。Fe2Si的X射线衍射(XRD)图谱显示显著的(102)和(200)衍射峰，对应2θ角分别为44°和53°。较厚且经退火的Fe2Si薄膜的(102)衍射强度与晶粒尺寸均超过较薄沉积态薄膜。(102)晶面峰呈现磁晶各向异性，该特性降低了电阻率并与最高低频交流磁化率(χac)相关。当厚度为600纳米且频率(fres)为10赫兹（最优频率）时，χac达到最大值，此时产生最大自旋灵敏度。随着Fe2Si厚度增加及退火温度升高，电阻率(ρ)因晶界和薄膜表面电子散射而降低。经250°C退火的600纳米厚Fe2Si薄膜具有最低ρ值约2.1×10^4微欧·厘米。100纳米厚沉积态薄膜具有最高透射率约48%。随着厚度增加和退火处理，最大透射率略有下降。沉积态薄膜表面能高于退火薄膜，表明由于结晶度差异，沉积态薄膜的附着力强于退火薄膜。
关键词： 粘附性、磁晶各向异性、光电性质、低频交流磁化率（χac）
更新于2025-09-22 17:29:05
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基于湾环靛蓝（BAI）的体异质结有机太阳能电池寡聚体的理性设计：一项密度泛函理论（DFT）研究
摘要： 本文基于给体-受体概念设计了一系列寡聚物。其中，受体位湾环靛蓝（BAI）染料与给体N-甲基-4,5-二氮杂咔唑（DAC）通过噻吩连接基团相连。我们通过在受体单元的5位和5′位以及给体单元的2位引入各种吸电子和供电子基团，研究了这些化合物的结构和电子性质。为此，我们计算了化合物的二面角、畸变能、键长变化（BLA）参数、带隙（ΔH?L）值、部分态密度（PDOS）、静电势（ESP）表面分析、重组能、电荷转移速率、跳跃迁移率值以及吸收光谱?；衔锏腅SP图显示所研究的化合物存在显著的电荷分离。我们的研究表明，所设计的化合物易于实现高效的电荷传输。
关键词： 电荷传输、有机太阳能电池、给体-受体体系、密度泛函理论、光电性质
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于萘二酰亚胺的无富勒烯小分子有机太阳能电池受体分子设计——通过密度泛函理论实现高效光伏性能
摘要： 借助计算化学工具，我们设计了以萘二酰亚胺（NDI）为核的三种非富勒烯受体分子：2-亚甲基-丙二腈（M-1）、2-(3-甲基-5-亚甲基-2-硫代噻唑烷-4-亚基)丙二腈（M-2）和1-甲基-5-亚甲基-2,6-二氧代-1,2,5,6-四氢吡啶-3-甲腈（M-3）。采用WB97XD/6-31G(d,p)密度泛函理论（DFT）水平计算了这些分子在构建薄膜体异质结器件时表现出的不同光电特性，包括吸收光谱、电子密度、溶解性强度、重组能、给体到受体的电子转移百分比（%ETC）、激发能、振子强度以及器件形貌与结晶度。设计分子的预期开路电压高达4.05至4.49电子伏特，显著高于先前报道的3-甲基-5-亚甲基-2-硫代噻唑烷-4-酮（R）在零电流水平下的3.60电子伏特。由于电子和空穴的重组能分别低至0.0163-0.0280电子伏特和0.0160-0.0190电子伏特，设计分子具有较高的载流子迁移率；同时在氯仿溶剂中呈现420-550纳米的强吸收带，在气相条件下呈现400-540纳米的强吸收范围。
关键词： 光电性质、非富勒烯受体、理论计算、偶极矩、有机太阳能电池、萘二酰亚胺
更新于2025-09-19 17:13:59
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石墨烯光子学 || 光电特性
摘要： 在前一章中，我们考虑了由带间跃迁贡献的石墨烯表面光学电导率eσ(ω)，该参数表征了石墨烯在高频区域的光学响应——当通过忽略跃迁所涉态的有限弛豫时间而将弛豫率设为零时，其实部由公式(3.106)给出。利用该表面光学电导率我们发现：单层石墨烯在光谱区域具有约2.3%的近似恒定吸收率。然而在低频区域，前一章获得的表面光学电导率eσ(ω)并不适用。例如当设定ω=0来求取直流表面电导率eσ(0)时，会发现其值同样为零，这与第二章获得的直流表面电导率存在矛盾。这种差异源于：前一章给出的eσ(ω)仅包含光子与电子从价带跃迁至导带的带间吸收，而第二章给出的直流表面电导率完全来自价带内或导带内载流子的带内跃迁贡献。
关键词： 光电性质、表面光学电导率、带内跃迁、石墨烯、带间跃迁
更新于2025-09-16 10:30:52
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二苯并[<i>hi</i>,<i>st</i>]?烯作为高发光性纳米石墨烯：通过光化学环脱氢碘化高效合成、光电性质及单分子光谱研究
摘要： 二苯并[hi,st]卵苯（DBOV）作为一种新型纳米石墨烯，展现出优异的光学特性：具有79%高荧光量子产率的红色发射、受激发射效应，以及出色的热稳定性和光稳定性，这表明其有望成为发光与光学增益材料。然而既往合成路线至少需要12步反应，这阻碍了不同衍生物的制备——例如难以获得适用于X射线衍射分析的晶体，也无法调控光电性能。本研究报道了一种高效合成DBOV的新路径：基于双(萘基苯基)二炔的顺序碘化-苯环化反应，继而通过光化学环脱氢碘化（PCDHI）实现。该方案以稠合双?为关键中间体，可规模化制备含不同取代基的中位取代DBOV衍生物。其中含2,6-二甲基苯基的DBOV适用于单晶X射线分析，精确揭示了DBOV核芯结构。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、循环伏安法及密度泛函理论计算，系统研究了DBOV衍生物的光电性能。常温和低温条件下的单分子光谱为聚合物薄膜中DBOV的光物理性质提供了新认知：由于光学跃迁与基质弱耦合，4.5K下单分子发射谱呈现窄振动线；覆盖9个数量级时间尺度的荧光自相关函数显示出高对比度光子反聚束与聚束现象，由此可获取荧光衰减速率及三重态布居/退布居速率。值得注意的是，低温下系间窜越至三重态的速率降低超过一个数量级，证明温度是提升芳香烃单光子发射的关键参数。
关键词： 荧光量子产率、纳米石墨烯、单分子光谱学、光电性质、光化学环脱碘化反应
更新于2025-09-16 10:30:52
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[IEEE 2019年第44届国际红外、毫米波与太赫兹波会议(IRMMW-THz) - 法国巴黎 (2019.9.1-2019.9.6)] 2019年第44届国际红外、毫米波与太赫兹波会议(IRMMW-THz) - 用于光伏的锡基混合金属卤化物钙钛矿薄膜光电特性
摘要： 由于其卓越的光电特性，混合金属卤化物钙钛矿薄膜在太阳能电池活性层领域取得了非凡成功。然而这类混合钙钛矿的一个潜在缺陷在于，目前性能最优的器件仍基于含铅的有毒材料。锡作为铅的潜在替代元素，虽在锡基材料中实现了p型掺杂，却阻碍了其达到铅基类似物的效率水平。通过光学泵浦/太赫兹探测光谱与太赫兹时域光谱技术，我们对比研究了甲脒锡三碘化物薄膜的本征与非本征光电特性，并探讨了电荷传输的基本限制因素。
关键词： 锡基混合金属卤化物钙钛矿、光电性质、光伏技术、太赫兹光谱学
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过改变氰基和氟取代基的数量来调控寡噻吩的光电性质以应用于太阳能电池：一项理论研究
摘要： 通过取代反应进行化学修饰被证实能有效调控各类聚合物的光电性能以满足不同应用需求。本研究采用基于密度泛函理论的计算方法，系统研究了聚(3-己基噻吩-2,5-二基)寡聚噻吩衍生物在引入不同数量氟/氰基取代基时的光电特性。聚合物衍生物的最终结构受氰基或氟基与相邻噻吩单元间静电相互作用的影响。在相同取代基数目条件下，氰基取代会使前线轨道能级显著降低。研究发现最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占分子轨道（LUMO）能级的下降程度与氰/氟取代基数目呈强相关性。计算结果清晰表明：随着取代基数目变化，氰基和氟基对前线轨道的影响会导致HOMO与LUMO能级持续降低。太阳能电池特性预测显示，多数氰/氟取代衍生物将比未取代的聚(3-己基噻吩-2,5-二基)具有更优性能。该理论研究表明，通过调节吸电子取代基数量可精准调控光电特性，从而优化太阳能电池应用性能。
关键词： 密度泛函理论、光电性质、有机太阳能电池、共轭聚合物、计算化学
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于二酮吡咯并吡咯的A–D–A–D–A结构分子在有机太阳能电池中的光电及电荷传输性能计算研究
摘要： 为有机太阳能电池（OSC）应用设计了八种新型基于二酮吡咯并吡咯（DPP）的A–D–A–D–A结构分子。这些分子中，缺电子的DPP和二氰乙烯基团被用作受体基团，不同的平面富电子基团则作为给体π桥。采用B3LYP/6–31G(d,p)和TD-B3LYP/6–31G(d,p)方法研究了其光电及电荷传输性能。结果表明，不同的π桥能有效调节前沿分子轨道能级、带隙和吸收光谱。此外，不同π桥也影响所设计分子的电荷传输特性。研究显示这些分子可作为给体材料，部分分子还可作为OSC的空穴和/或电子传输材料。
关键词： 光电性质，二氰乙烯基，重组能，二酮吡咯并吡咯（DPP），有机太阳能电池（OSC）
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于苯并噻二唑的新型有机材料用于光伏应用太阳能电池
摘要： 本研究基于苯并噻二唑合成了共轭聚合物，采用密度泛函理论(DFT)分别对基态和激发态的结构、电子及光学性质进行量子化学计算（基态使用CAM-B3LYP/6-31G(d,p)基组）。这些结果将用于探究苯并噻二唑取代基对聚合物电子及光电子性质的影响。通过计算这些化合物的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占分子轨道(LUMO)能级，并与富勒烯C60[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯的LUMO能级对比，评估其作为体异质结(BHJ)小分子-富勒烯太阳能电池电子给体的效能。吸收能量通过激发态优化S构型的含时密度泛函理论(TD-DFT)计算获得。理论结果表明，苯并噻二唑基团的引入显著改善了所研究的交替供体-受体-供体共轭体系的电子及光电子性质。
关键词： 苯并噻二唑，体异质结，密度泛函理论，光电性质，光伏电池
更新于2025-09-12 10:27:22