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最新刊期

2020 年第 10 期

特邀综述

柔性钙钛矿太阳能电池中电极材料和电荷传输材料的研究进展
杨立群,马晓辉,郑士建,陈聪,戴其林,宋宏伟
2020, 41(10): 1175-1194. DOI: 10.37188/CJL.20200192

摘要：近年来，钙钛矿材料因具有良好的光电性能和电荷传输特性，被认为是太阳能电池的后起之秀。可通过低成本印刷制备的柔性钙钛矿太阳能电池（F-PSCs）具有轻便、可弯曲的优点，在便携式可穿戴电子和光伏建筑等领域应用前景广阔。通过对钙钛矿光吸收层、电荷传输层、基底和电极材料的优化，F-PSCs的效率已经超过20%。制备工艺的快速发展为F-PSCs的应用打下了坚实的基础。本文着重介绍F-PSCs中的透明导电底电极材料、电子传输材料、空穴传输材料和对电极材料的最新研究进展及其对F-PSCs光电性能和稳定性的影响，并对超薄钙钛矿光吸收层的优化进行了综述和总结。最后，对F-PSCs的大规模生产和封装技术进行了介绍。
关键词：柔性;钙钛矿太阳能电池;电荷传输层;电极

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发布时间：2020-10-12
白光LED用Mn⁴⁺激活红光荧光粉中锰离子价态表征研究进展
王兆武,姬海鹏,徐坚,易莎莎,侯星慧,陈德良,解荣军
2020, 41(10): 1195-1213. DOI: 10.37188/CJL.20200178

摘要：Mn⁴⁺激活红光荧光粉是白光发光二极管（LED）用荧光粉的研究热点之一。过渡金属锰元素具有未充满的d轨道，可形成Mn⁴⁺/Mn³⁺/Mn²⁺等多种价态，而其他价态的存在会影响Mn⁴⁺的吸收/辐射跃迁。目前，多数研究论文对所制备荧光粉中锰离子价态未进行表征，或采用的表征手段难以定性或定量确定多种共存价态锰离子的相对含量。本文对Mn⁴⁺激活红光荧光粉中锰离子价态表征手段进行综述，包括漫反射光谱、荧光光谱、X射线光电子能谱、电子顺磁共振谱、阴极射线发光谱、X射线精细吸收谱、变温磁化率谱等。对其测试结果在定性或定量表征锰离子价态方面的可靠性以及测试便易性进行对比评述。最后总结了影响锰离子价态的因素和调控其价态的实验方法，以期对新型高效Mn⁴⁺激活红光荧光粉的研发有所裨益。
关键词：白光LED;荧光粉;锰离子;价态表征

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发布时间：2020-10-12
Eu²⁺掺杂UCr₄C₄-型窄带发射荧光材料的研究进展及应用
王金迪,黄帅,尚蒙蒙
2020, 41(10): 1214-1233. DOI: 10.37188/CJL.20200182

摘要：近年来，窄带发光材料由于可扩大显示色域、改善色彩重现性、提高发光效率等优点在LED显示领域引起广泛的关注。但由于目前已报道的窄带发射材料较少以及Eu²⁺ 4f-5d跃迁的扩展效应，用于新兴领域的窄带Eu²⁺掺杂荧光材料的研发仍然面临巨大挑战。本文综述了目前已报道的具有良好发光性能的Eu²⁺激活的UCr₄C₄型窄带荧光材料，并从结构相关的发光性质出发，分类描述了Eu²⁺掺杂的UCr₄C₄基氮化物、氧化物及氮氧化物荧光材料的晶体结构特征、发光及应用特性，以期望为设计合成新型稀土掺杂的窄带发光材料提供有意义的启示。
关键词：UCr₄C₄;Eu²⁺掺杂;窄带发光

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发布时间：2020-10-12

材料合成及性能

Eu³⁺掺杂含CaF₂纳米晶锗酸盐微晶玻璃的制备及其发光性质
黄立辉,赵静涛,赵士龙,徐时清
2020, 41(10): 1234-1240. DOI: 10.37188/CJL.20200244

摘要：通过高温熔融淬冷法制备了Eu³⁺掺杂锗酸盐玻璃，测试了393 nm光激发下不同Eu³⁺掺杂浓度锗酸盐玻璃的发光性质，结果表明Eu³⁺的最佳掺杂浓度为4%。对4% Eu³⁺掺杂锗酸盐玻璃进行热处理得到Eu³⁺掺杂含CaF₂纳米晶的透明锗酸盐微晶玻璃。微晶玻璃的XRD结果表明，玻璃中析出相为纯的立方相CaF₂，不含其他杂相，其晶粒尺寸约为13~19 nm。在393 nm紫外光激发下，微晶玻璃的发光强度随着热处理温度与热处理时间的增加而显著增强。同时，与基础玻璃相比，微晶玻璃在X射线激发下红光也得到显著增强。结果表明，Eu³⁺掺杂含CaF₂纳米晶锗酸盐微晶玻璃在X射线探测领域具有潜在的应用前景。
关键词：闪烁玻璃;Eu³⁺;锗酸盐玻璃;微晶玻璃

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发布时间：2020-10-12
Ba₃Ce_1-xK(PO₄)₃F:xTb³⁺的发光性能及光谱调控
吴占超,焦妍梅,张雪,刘杰,相国涛,马力,王笑军
2020, 41(10): 1241-1248. DOI: 10.37188/CJL.20200176

摘要：采用高温固相法制备了Ba_5-2xCe_xK_x（PO₄）₃F和Ba₃Ce_1-xK（PO₄）₃F:xTb³⁺荧光粉，通过XRD、SEM（含mapping和EDX）、光致激发和发射光谱对其结构、形貌、组成及发光性能进行了研究。实验结果表明，在紫外光激发下，Ba₃CeK（PO₄）₃F荧光粉发出明亮的蓝光，而在Ce³⁺、Tb³⁺共掺的Ba₃Ce_1-xK（PO₄）₃F:xTb³⁺荧光粉中观察到有效的Ce-Tb能量传递，并实现了发光颜色随着Tb³⁺掺杂浓度的增加逐渐由蓝光转变为蓝绿光并最终转变为绿光的有效调控。当Tb³⁺掺杂摩尔分数x=0.20时，Ba₃Ce_1-xK（PO₄）₃F:xTb³⁺中Tb³⁺的发光强度达到最大。
关键词：荧光粉;Ce³⁺掺杂;Tb³⁺掺杂;能量传递;光谱调控

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发布时间：2020-10-12
绿色方法合成纳米碳点及对Fe³⁺的特异性荧光检测
张艺,邢晶晶,孙思佳,吴頔,曾乐勇
2020, 41(10): 1249-1254. DOI: 10.37188/CJL.20200174

摘要：以黄瓜为原料，采用水热法合成了荧光纳米碳点，实现了对Fe³⁺的特异性荧光检测。利用透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对纳米碳点的形貌和微结构进行了表征，并利用荧光光谱仪对纳米碳点的荧光性能以及加入不同金属离子后的荧光强度变化进行了测量。结果表明，合成的纳米碳点分散性良好，尺寸约为3 nm左右。在365 nm紫外光激发下，其发射峰位于435 nm；当反应温度为200℃、反应时间为12 h时，纳米碳点的荧光性能最佳。Fe³⁺的加入能猝灭纳米碳点的荧光，而其他金属离子不会引起纳米碳点荧光强度和发射峰位置的改变，表明绿色方法合成的纳米碳点实现了对Fe³⁺的特异性荧光检测。
关键词：纳米碳点;水热法;黄瓜;绿色合成;Fe³⁺荧光检测

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发布时间：2020-10-12
水热制备荧光碳量子点及其在敏化太阳电池中的应用
李佳保,张婷婷,杨启鸣,杨雯,李学铭,杨培志
2020, 41(10): 1255-1261. DOI: 10.37188/CJL.20200148

摘要：作为碳纳米材料家族的一员，碳量子点（CQDs）以其独特的光电特性、环境友好、制备成本低等优点成为近年来的研究热点，并在太阳电池、光电催化、传感器等光伏与光电领域展现出广阔的应用潜力。本文以壳聚糖为原料，采用水热法在酸性、中性、碱性（pH=3，7，10）环境下制备了荧光碳量子点，并对其光致发光性质和结构进行了表征。TEM测试表明，随着pH值从3增大到10，其粒径由2.80 nm减小到1.83 nm。将获得的碳量子点作为光敏化剂，组装成敏化太阳电池（SSCs），结果表明pH=3时制备出的CQDs组装的太阳电池具有最高的光电转换效率（PCE）。为了进一步提升SSCs的性能，将CQDs与N719染料复合，制备了共敏化太阳电池（co-SSCs）。由于CQDs的上转换特性和良好的载流子传输性能，CQDs/N719基co-SSCs的PCE较CQDs及N719染料单独敏化太阳电池显著提高，最高PCE达9.13%。这些研究结果为制备碳量子点及组装高效敏化太阳电池提供了新思路。
关键词：纳米材料;碳量子点;敏化太阳电池;光电转换效率;pH值

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发布时间：2020-10-12
B-N共掺杂p型MgZnO薄膜的制备与电学性能
高丽丽,王旭
2020, 41(10): 1262-1268. DOI: 10.37188/CJL.20200210

摘要：p型MgZnO的制备一直是高效紫外发光和日盲紫外探测器件研究领域的重要课题之一。本文针对N掺杂p型MgZnO薄膜材料中存在的空穴浓度低、电阻率高等科学问题，采取磁控溅射技术，利用氮气与氩气混合气体分别溅射MgZnO陶瓷靶和B-N共掺杂MgZnO陶瓷靶的方法，制备出N掺杂和B-N共掺杂MgZnO薄膜。通过Hall测量表征发现两种薄膜均呈现p型导电特性，与N掺杂MgZnO相比，B-N共掺MgZnO的空穴浓度从5.53×10¹⁵ cm^-3提高到2.63×10¹⁷ cm^-3，而迁移率变化并不明显（从0.83 cm²·V^-1·s^-1减小到0.75 cm²·V^-1·s^-1），导致电阻率从1.36×10³ Ω·cm减小到31.70 Ω·cm。通过XRD和XPS表征揭示了在B-N共掺MgZnO中，B替代Mg或Zn，N除了具有N_O和（N₂）_O两种掺杂状态外，还有以单原子占据O位但与B成键的第三种掺杂状态，证明B掺杂可以提高N在MgZnO中的受主掺杂浓度，但对空穴散射影响很小，从而提高p型MgZnO的空穴浓度，降低电阻率。
关键词：射频磁控溅射;MgZnO薄膜;B-N共掺杂;p型

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发布时间：2020-10-12

器件制备及器件物理

基于荧光猝灭效应的光纤传感器研究进展
陈静,杨曌,黄宇豪,周明辉,赵奔阳,夏历,李微
2020, 41(10): 1269-1278. DOI: 10.37188/CJL.20200206

摘要：光纤荧光传感器结合了荧光检测灵敏度高、鉴别性强和光纤体积小、抗干扰能力强等优点，由于部分荧光检测物质对荧光强度有猝灭作用，所以基于猝灭效应的光纤荧光传感器具有重要的研究意义。本文对基于荧光猝灭效应光纤传感器的研究进展进行综述，简要描述了荧光猝灭效应的检测机理，并根据传感光纤结构的不同，对光纤与荧光检测的结合机理进行了分类总结。在此基础上阐述了基于荧光猝灭效应的光纤荧光传感器在重金属离子检测、爆炸物检测等领域的应用，分析了猝灭剂、荧光材料的相互作用和传感器的性能指标，最后对其发展方向进行了展望。
关键词：光谱检测;光纤传感;发光机理;荧光猝灭

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发布时间：2020-10-12
L波段宽调谐范围的取样光栅分布布拉格反射激光器设计
徐长达,陈伟,班德超,孙文惠
2020, 41(10): 1279-1286. DOI: 10.37188/CJL.20200201

摘要：L波段取样光栅分布布拉格反射（SG-DBR）激光器在高速光通信与无源光网络中具有广泛的应用前景。本文以InGaAsP作为无源波导区材料，从理论上分析了实现L波段宽调谐SG-DBR激光器所需的关键参数，包括前后取样光栅的反射峰间隔、取样周期、占空比等。同时采用传输矩阵模型，讨论了取样对数与前、后取样光栅反射特性的关系。最后得到了一组优化的SG-DBR激光器参数，其对应的调谐范围达到47.6 nm。
关键词：L波段;传输矩阵法;SG-DBR激光器;宽调谐范围

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发布时间：2020-10-12
宽范围、偏振稳定的850 nm液晶可调谐垂直腔面发射激光器特性
王小龙,邹永刚,郝永芹,马晓辉,刘国军
2020, 41(10): 1287-1293. DOI: 10.37188/CJL.20200175

摘要：设计了一种具有内腔耦合层的850 nm液晶可调谐垂直腔面发射激光器（VCSEL）结构，从而获得了更宽的波长调谐范围以及稳定的偏振模式输出。通过分析在不同液晶层厚度下，两种偏振模式的共振波长以及对应的阈值增益的变化关系，研究了液晶厚度影响可调谐VCSEL偏振模式和波长调谐的机理。此外，通过优化半导体腔和液晶腔之间的耦合层结构，使得基于液晶的可调谐VCSEL结构在实现稳定偏振模式输出的基础上具有更宽的波长调谐范围。结果表明，耦合层结构的加入可以有效地增大液晶可调谐VCSEL的调谐范围，最大达到41.1 nm。同时，在连续的波长调谐过程中，由于o光偏振模式始终处于受抑制状态，因此液晶可调谐VCSEL可实现稳定的单偏振模式输出。
关键词：偏振稳定;液晶;垂直腔面发射激光器(VCSEL);波长调谐

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发布时间：2020-10-12

理论计算及光谱分析

二维BCN的新结构及光电性质的第一性原理研究
濮春英,李春萍,吕林霞,周大伟,唐鑫
2020, 41(10): 1294-1301. DOI: 10.37188/CJL.20200179

摘要：采用粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO结合基于密度泛函理论的VASP软件包对B₆C₆N₆进行结构预测，得到新的二维BCN结构，该结构由6个B、6个C、6个N组成类石墨烯六角结构，其中B—N、B—C—N以及C—C之间形成的六环是稳定BCN结构的关键。凝聚能和声子谱计算结果表明二维BCN在热力学和动力学上均是稳定的。能带结构和电子态密度的计算分析表明BCN是禁带宽度为2.60 eV直接带隙半导体。基于形变势理论，计算了BCN新结构的载流子迁移率，发现BCN在"之"字边和"扶手"边方向上的电子迁移率分别为632.5，923.3 cm²·V^-1·s^-1，而空穴在两个方向上的迁移率分别为765.7，622.6 cm²·V^-1·s^-1，迁移率的值明显高于MoS₂的载流子迁移率，相对较高的迁移率说明二维BCN具有较好的输运性质。光学性质的计算研究表明BCN的介电函数虚部峰值同吸收谱和光电导率的实部峰值吻合得很好，可见光范围内的吸收峰位于光子能量~2.61 eV处，可见光范围内的吸收主要归因于电子从价带顶到导带底的跃迁。本研究结果为实验上实现原子比为6:6:6的BCN的制备以及BCN在光电器件方面的应用提供了重要的理论依据。
关键词：结构预测;二维BCN;光电性质;第一性原理

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发布时间：2020-10-12

发光产业及技术前沿

封装硅胶对深海LED光源出光光通量的影响
陈彤,汪飞,殷录桥,张建华
2020, 41(10): 1302-1308. DOI: 10.37188/CJL.20200196

摘要：应用于深海环境的LED光源模组采用封装硅胶作为压力补偿结构介质，与传统液压补偿结构相比，具有装配方便、结构简便等优点。根据折射定律（斯涅尔定律），不同封装硅胶折射率的差异会导致光线在蓝宝石透镜窗口发生全反射的角度有所不同，进而影响出光光通量。因此，本文探究了封装硅胶不同折射率（1.41~1.55）以及不同厚度（1.6~3.0 mm）对光源模组出光光通量的影响。Tracepro仿真结果表明，固定封装厚度，光通量随封装硅胶的折射率减小而增大；固定硅胶折射率，封装厚度为2.5 mm时，光源的出光光通量最大。同时，本文设计了硅胶封装实验，实验结果与仿真结果一致，验证了仿真结果的准确性。
关键词：深海照明;LED;封装硅胶;折射率;厚度;出光光通量

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发布时间：2020-10-12
高度集成的μLED显示技术研究进展
严子雯,严群,李典伦,张永爱,周雄图,叶芸,郭太良,孙捷
2020, 41(10): 1309-1317. DOI: 10.37188/CJL.20200191

摘要：微型发光二极管（μLED）是当今国际最前沿的显示技术之一，它一般指单个尺寸小于50 μm的LED阵列。μLED相对于液晶显示（LCD）、有机发光二极管（OLED）显示等技术有其独特的优势:寿命长、响应时间短、亮度高。最重要的是，它可以实现高度集成显示，既包括像素密度远远高于常规显示技术的高PPI显示器件，也包括我们首次提出的集成了某些非显示元件的超大规模集成半导体信息显示器件（HISID）。在许多显示技术的指标上，μLED的性能都很优异。但是，由于μLED将常规LED器件的尺寸大大缩小，且往往密度提高，因此产生了许多新的技术和物理上的挑战，例如巨量转移技术、全彩化显示等，所以μLED尚未实现真正意义上的产业化。本文对高度集成μLED显示技术的研究和发展情况进行了较系统的论述，首先对μLED的基本原理和结构进行了介绍，然后对其重点核心技术进行了分类研究和点评，最后对μLED显示技术的发展方向及其应用前景做出了分析。
关键词：微型发光二极管(μLED);驱动;巨量转移;全彩化;高度集成

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发布时间：2020-10-12

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