SIS结构光电器件的光子辅助量子隧穿效应的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61274067
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The main points of this proposal is to explore the mechanism of the carrier tunneling in the opto-electronic heterojunction device which is irradiated by natural light.Basing on the routine of the charge transfer theory,the fabrication and characterization of advanced optoelectronic films and device physics, the property of AZO film, the structure of graphene oxide(GO)/SiO2 buffer layers, the Ohmic contacts of metals and ZnO, and the carrier tunneling, build-in field and the effective force of AZO/GO/SiO2/Si optoelectronic device have been investigated. The likely enhancement of the stability and the conversion efficiency by introducing GO layer into original SIS device leading to the improvement of opto-electric conversion will be studied in an extensive methodology. The essence of photon-assisted highlight of quantum tunneling at low temperature (<150 K) will be characterized with a specific I-V or C-V measurements. . The electronic states at surface and interface of intermediate region for the physical device will be analyzed through the effecitive spectroscopies. The high density of the point defects from the lattice mismatch, dislocation and adatom within the region resulting in the recombination, the reduction of average free path and minority lifetime of carrier will be investigated. . The tentative dynamic model associated with the experimental data will be applied to the calculation of the probability in which the electron passes through the barrier of the heterojunction at working temperatures. . In the project, a detail scheme both in experimental and theoretical aspects will be put forwarded for the modification, optimization and improvement of SIS device for the high quality of photoelectricity response. Those of pertinent and effictive methods, new principle and novel technique will be yielded to solve the essential academic and technologic problems.
本课题的核心是研究具有特殊结构半导体异质结器件的载流子隧穿机理问题。旨在从电荷转移理论、先进功能薄膜材料制备-表征实验和器件工艺技术三个方面,探索和研究掺铝氧化锌薄膜(AZO)的半导体性质,石墨烯氧化物(GO)/SiO2过渡层的电子结构,金属-ZnO欧姆接触,以及AZO/GO/SiO2/Si光电器件的量子(载流子)隧穿机理和有效力场等动力学问题,探索新材料的引入对改善器件光电转换性能、增强光电转换效率和器件稳定性能的作用。研究低温(<150K)下的量子隧穿现象和光子作用下的量子隧穿增强效应的本质。本课题将采用恰当的动力学模型,计算电子-空穴穿越异质结势垒的概率流密度,分析界面区域和点缺陷高浓度区域的量子平均自由程,少子寿命和界面态密度等因素对器件光电导参数分布的影响,设计具有针对性的实验方法,提出实验上和理论上的解决方案,优化SIS 结构,为光电器件的新原理、新技术探索提供理论和实验依据

结项摘要

本项目历经4年,基于SIS,HIT,Triex-QTSC 和 TOPCon 结构等同类型的光伏器件的潜在的科学技术价值,从新型功能材料、光伏器件结构和量子输运等基础内容入手,提出了立足于源头上的“量子隧穿”和“表面钝化”相平衡、“空间电荷区”与“反型层”相兼容、“氧化物半导体”与“非晶-单晶半导体”相融合等基本思路,采用物化气相沉积技术和薄膜微结构-性能表征实验,结合密度泛函与分子动力学理论计算方法,全面研究了不同晶态与带隙结构半导体材料的匹配、元素掺杂改性、半导体-半导体和半导体-金属的界面性质,分析了光生载流子的输运特征和隧穿概率,成功地完成了以下几个方面的研究内容:1)建立和实施了低温磁控溅射制备TCO(Transparent Conductive Oxide)薄膜材料的方法,不仅成功制备了性能优良的ITO, AZO, IZO, IGO和Er,Tm等稀土掺杂ZnO薄膜材料,而且获得了一次性成型的超薄In-Sn掺杂氧化硅SiOx(In,Sn)功能层材料,使其同时具备了晶硅表面钝化、器件的空穴隧穿、等效p-n结或反型层、空间电荷区、选择性接触和热力学稳定的功能,成为“准SIS结构”光伏器件的核心材料;2)HR-TEM和深度刻蚀XPS分析表明,晶硅表面钝化和量子隧穿是由磁控溅射沉积ITO薄膜的过程中所形成的超薄氧化硅薄膜实现的,该薄层的厚度小于2nm,原子成键网格是非晶型,存在多种Si-O、Si-In、Si-O-In键与化合态,与TCO薄膜和晶硅衬底没有明晰的界面,它的物理、化学性质有待实验确定,具有挑战性;3)但是,它的电子结构由第一性原理和分子动力学计算得到确定,预言了两种电子态能级,可以解释实验结果;4)得到了性能稳定、光电转换参数优良和具有推广意义的光伏器件:光电转换效率达12.2%,填充因子为74.2%,短路电流密度为30.5 mA/cm2,开路电压为0.54V,达到目前世界上该类器件较高的值。.在项目实施过程中,发表期刊论文30篇,会议报告19篇,完成发明专利3项,培养硕、博士10名,青年教师3名。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
基于丝网印刷的N型硅基太阳能电池的研制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    光电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈东生;李凤;马忠权
  • 通讯作者:
    马忠权
铒铥共掺氧化锌薄膜近红外宽带发射及变温行为的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马忠权;杨洁;杜汇伟;洪峰
  • 通讯作者:
    洪峰
Hydrogen-free synthesis of graphene-graphitic films directly on Si substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition
等离子增强化学气相沉积直接在硅衬底上无氢合成石墨烯-石墨薄膜
  • DOI:
    10.1007/s10854-014-2565-z
  • 发表时间:
    2015-03-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Chen, Shumin;Gao, Ming;Ma, Zhongquan
  • 通讯作者:
    Ma, Zhongquan
平面型钙钛矿太阳能电池温度相关的光伏性能时间响应特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴杨琳;马忠权;洪峰;蒋最敏
  • 通讯作者:
    蒋最敏
Tunneling effect of photon-assisted AZO/SiOx/n-Si heterojunction device at reverse bias
反向偏压下光子辅助AZO/SiOx/n-Si异质结器件的隧道效应
  • DOI:
    10.5185/amlett.2016.6059
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Advanced Materials Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    J.yang;F.Xu;L.Zhao;Z.Q.Ma
  • 通讯作者:
    Z.Q.Ma

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其他文献

超薄SiO_x钝化层所导致的半导体-绝缘体-半导体异质结高频隧道电容溢出现象
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李勇;高明;万亚州;杜汇伟;陈姝敏;马忠权
  • 通讯作者:
    马忠权
晶硅太阳电池中铁-硼对与少子寿命、陷阱中心及内量子效率的相关性.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Acta Phys. Sin., (物理学报) (SCI Impact factor: 1.003)
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    --
  • 作者:
    马忠权
  • 通讯作者:
    马忠权
表面钝化对少子寿命、铁硼对浓度和复合中心浓度的影响.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    科学通报(Chinese Science Bulletin)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马忠权
  • 通讯作者:
    马忠权
混合型碘系钙钛矿薄膜变温光致发光特性的研究
  • DOI:
    10.7498/aps.68.20191238
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋泵;陈思良;崔晓磊;胡紫婷;李跃;张笑铮;吴康敬;王文贞;蒋最敏;洪峰;马忠权;赵磊;徐飞;徐闰;詹义强
  • 通讯作者:
    詹义强
长度可调的TiO2纳米管制备及其DSSC性能的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马忠权
  • 通讯作者:
    马忠权

其他文献

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马忠权的其他基金

关联性硅基多界面卤素钙钛矿集成光伏器件的制备与量子输运性能的研究
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    面上项目
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    61674099
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
SIS结构紫光太阳电池的研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2008
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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