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有机太阳能电池中低能量损失下的高效电荷产生：关键问题综述
摘要： 有机太阳能电池（OSCs）中光吸收会生成强束缚激子。要实现高效电荷产生，需要较大驱动力，但这会导致较大能量损失（Eloss），严重阻碍OSCs功率转换效率（PCEs）的提升。近年来非富勒烯OSCs发展取得重大突破，这类器件能在驱动力可忽略的情况下实现高效电荷产生，这引发了一个关于激子如何分裂为自由电荷的基础性问题。从化学结构角度看，给体与受体间的分子静电势差异可能对促进电荷分离起关键作用。虽然电荷产生导致的Eloss已得到抑制，但电荷复合（尤其是通过非辐射途径）严重限制了PCEs的进一步提升。在驱动力可忽略的OSCs中，最低激发态——一种混合局域激子-电荷转移态——被认为与非辐射Eloss密切相关。本综述探讨了高效OSCs在低Eloss值下的高效电荷产生机制，并重点指出为实现PCEs新突破（约20%）需要解决的关键问题。
关键词： 能量损失、有机太阳能电池、非富勒烯受体、静电势、电荷产生
更新于2025-09-23 15:21:01
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非富勒烯受体端基修饰实现高效激子解离
摘要： 对于有机光伏（OPV）电池，为了克服空穴与电子之间较大的库仑束缚能，需要额外的驱动力来实现激子的高效解离。本研究报道了两种名为IO-4H和IO-4F的非富勒烯受体材料。当采用聚合物PBDB-TF作为给体时，基于PBDB-TF:IO-4H的器件仅表现出0.30%的光电转换效率（PCE），其电荷解离概率（Pdiss）为13.3%；而基于PBDB-TF:IO-4F的器件则实现了7.85%的PCE，Pdiss达到81.3%。光电过程分析表明，两个器件的电荷传输和复合特性相似。光伏性能的限制因素在于PBDB-TF:IO-4H器件中较低的激子解离效率。理论研究表明，IO-4H的末端基团具有负静电势（ESP）且与PBDB-TF相近，而IO-4F呈现正ESP。PBDB-TF与IO-4F可能形成强分子间电场以促进激子解离。结果表明，增大给受体间的ESP差异有助于提升激子解离效率，从而改善光伏性能。
关键词： 有机光伏、静电势、功率转换效率、激子解离、非富勒烯受体
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于高效长寿命热激活延迟荧光有机发光二极管的静电势分散嘧啶-5-腈受体
摘要： 嘧啶-5-腈被开发为热激活延迟荧光（TADF）发射体的静电势管理单元和强吸电子基团，用于实现器件的高效长寿命发光。通过制备两种供体基团分别从嘧啶-5-腈吸电子基团的2位或4位延伸的TADF发射体，研究了供体取代位置对TADF特性的影响。对比研究表明：将供体结构从嘧啶-5-腈吸电子基团的4位延伸是提升TADF器件外量子效率（EQE）和寿命的有效途径。其中一种基于嘧啶-5-腈的发射体通过均匀分布的静电势，实现了19.8%的高外量子效率及超越当前最先进绿色TADF发射体的使用寿命。
关键词： 有机发光二极管、嘧啶-5-甲腈、热激活延迟荧光、静电势、高效率、长寿命
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过电子全息术测定GaN p-i-n二极管中刻蚀-再生长界面的电子能带结构
摘要： 利用透射电子显微镜中的电子全息技术，研究了功率电子器件中刻蚀-再生长GaN p-i-n二极管的静电势变化。通过二次离子质谱获得的Mg、Si和O成分分布与电势分布进行了关联分析。从电势分布推导出的电子电荷与再生长界面处Si和O杂质的存在高度吻合。当Mg掺杂GaN直接生长在刻蚀的无掺杂GaN表面时，Mg与Si的叠加会导致高掺杂p-n结的形成。而在刻蚀GaN表面引入薄无掺杂层可避免此类结的形成——该工艺使再生长界面远离Mg掺杂GaN区域，从而获得反向漏电流改善的二极管，其性能接近连续生长p-i-n二极管的最佳值。研究对比了连续生长（未刻蚀）p-i-n二极管与刻蚀-再生长二极管的电势分布特征。
关键词： 镁、氧杂质，再生长界面，硅，二次离子质谱，静电势，氮化镓p-i-n二极管，电子全息术
更新于2025-09-12 10:27:22
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包含包络函数归一化的自洽方法，用于具有透射边界条件的全区域薛定谔-泊松问题
摘要： 在对探索性半导体器件进行量子力学模拟时，基于k·p/包络函数模型的连续介质方法相比主流的原子尺度方法能显著降低计算负担。然而，全布里渊区k·p/包络函数模拟方案较为稀缺，现有实现因缺乏稳定流程及多带包络函数的适当归一化，无法与静电势计算保持自洽。为此，我们提出基于全布里渊区谱k·p/包络函数能带结构模型的自洽流程：首先，在传输边界条件下建立多带包络函数的合理归一化方法，从而实现自由载流子浓度计算；其次，构建载流子浓度与静电势的自洽求解流程，该流程通过结合Gummel形式泊松方程求解与逐次欠松弛的自适应方案实现稳定化；最后将该流程应用于同质结In0.53Ga0.47As隧穿场效应晶体管（TFET）和交错异质结GaAs0.5Sb0.5/In0.53Ga0.47As TFET，揭示了自洽性对小尺寸器件预测的重要影响。
关键词： 静电势，k·p/包络函数模型，半导体器件，自洽过程，隧道场效应晶体管，量子力学模拟
更新于2025-09-10 09:29:36
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基于甲基橙的银-二氧化钛纳米复合材料表面增强拉曼光谱：实验与理论研究
摘要： 实验制备了不同银纳米颗粒（NP）浓度的Ag-TiO?纳米复合材料，并测定其紫外-可见光谱及表面增强拉曼散射特性。观察到配体甲基橙（MO）吸附于该纳米复合体系时拉曼信号的增强现象。为研究该纳米复合材料体系中银浓度变化的影响，采用分子动力学（MD）模拟分别考察了固定及可变数量MO表面活性剂吸附的情况。通过密度泛函理论（DFT）模拟探究了电荷从MO表面活性剂经由最高占据分子轨道（HOMO）、最低未占分子轨道（LUMO）以及静电势转移的条件。结果表明，表面活性剂的键合模式对观测到的拉曼散射增强具有显著影响。
关键词： HOMO-LUMO（最高占据分子轨道-最低未占分子轨道）、表面增强拉曼散射、密度泛函理论、分子动力学、银-二氧化钛纳米复合材料、静电势
更新于2025-09-09 09:28:46