【摘要】：單色光能量轉換器件,也稱激光電池,是一種將激光(或高能量密度單色光)能量轉換為電能的特殊器件,作為激光無線能量傳輸技術的核心,具有重要的研究價值與廣泛的應用前景。當前研究者對于激光電池的研究主要致力于以GaAs等Ⅲ-Ⅴ族半導體材料光伏電池為基礎的效率測試以及器件優(yōu)化設計,并未有基于材料層面的相關理論研究。激光電池工作的物理機理決定了該器件的兩大重要特征:帶邊吸收和高注入,而鈣鈦礦材料以其一系列優(yōu)良的特性:理想的直接帶隙、帶邊態(tài)密度高、光吸收系數(shù)高、載流子壽命長、缺陷能級淺等,很好地契合了激光電池的要求,具有作為單色光能量轉換應用的潛在優(yōu)勢。本文以有機無機雜化鹵素鈣鈦礦材料及器件為基礎,從材料層面出發(fā),對其單色光能量轉換特性開展了系統(tǒng)的研究。首先介紹了激光電池的物理機理及鈣鈦礦材料的優(yōu)勢。從能帶理論出發(fā),分析了激光電池工作的物理機理及其重要特征,結合文獻調(diào)研的結果,得到有機無機雜化鹵素鈣鈦礦材料作為單色光能量轉換應用的主要優(yōu)勢。為了實現(xiàn)鈣鈦礦材料禁帶寬度與特定波長的激光相匹配,系統(tǒng)開展了混合鹵素鈣鈦礦材料(FA,MA)Pb(I,Br)3(FA:甲脒基,MA:甲胺基)禁帶寬度調(diào)控的研究�；旌消u素鈣鈦礦材料禁帶寬度的調(diào)控是通過調(diào)節(jié)組分中鹵素比例實現(xiàn)的。制備了相應的鈣鈦礦薄膜與電池器件,薄膜的光學表征以及器件的電學測試顯示出,鹵素成分的改變成功實現(xiàn)了對混合鹵素鈣鈦礦材料禁帶寬度從1.55 eV到1.8 eV的線性調(diào)節(jié)。在禁帶寬度調(diào)控結果的基礎上,重點開展了鈣鈦礦電池器件的單色光轉換性能的研究。系統(tǒng)研究了不同禁帶寬度的鈣鈦礦電池器件在特定波長激光(683nm、733nm、786 nm)下的光電轉換特征,通過對帶邊附近單色光響應的分析,獲得了鈣鈦礦器件在單色光能量轉換過程中光譜響應特性;同時探究了不同能量密度條件下器件單色光能量轉換性能的差異,獲得了器件性能參數(shù)隨單色光功率增加的變化規(guī)律,分析得出高能量密度條件下鈣鈦礦器件性能衰減的主要因素并提出了相應的解決方案。在683 nm、100 mW/cm2的單色光輻照條件下,鈣鈦礦器件獲得了最高45%的光電轉換效率。鑒于電池器件需長時間工作于高能量密度單色光下,對混合鹵素鈣鈦礦材料及器件在特定波長單色光下的光致穩(wěn)定性進行了研究,包括高強度單色光下鈣鈦礦材料的光致分解以及不同條件下的光致相分離現(xiàn)象。利用薄膜透過率及穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光(PL)譜等表征手段,分析了單色光下鈣鈦礦光致分解及相分離的主要機理及影響因素,并給出一系列抑制相分離的方法。本文基于有機無機雜化的混合鹵素鈣鈦礦材料與器件,系統(tǒng)研究了其用于單色光能量轉換過程中的禁帶寬度調(diào)控、光譜響應特性、光電轉換特征以及光致穩(wěn)定性的一系列關鍵問題,并取得了諸多富有價值的結論。希望本文的研究結果可以為未來單色光能量轉換技術的研究及發(fā)展起到一定的借鑒作用。
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１．１＿１激光電佭述逡逑近年來，越來越多的國家開始對太陽能空間基站（Ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ邋ｓｏｌａｒ邋ｐｏｗｅｒ）的建設感逡逑興趣。如圖１．１所示，建立太陽能空間基站主要是為了解決地面對太陽能利用的固有缺逡逑陷：由于大氣層對太陽光輻射的散射和吸收，進入地球大氣相當大的一部分太陽能（約逡逑５０？６０％）被耗散掉了，而在空間中進行太陽能收集的效率更高。該設想最早可以追溯到逡逑１９６８年，美國的Ｐｅｔｅｒ邋Ｅ．邋Ｇｌａｓｅｒ博士［１］首先提出，將太陽能空間基站建立在地球近地軌逡逑道上，該基站的作用是將接收到太陽光的能量充分地轉化為電能，再通過激光器或換能逡逑器將能量以激光或微波的形式發(fā)射出去。在地面建立相應的接收站，進行能量的接收和逡逑轉換，并將最終獲得的電能進行儲存和應用。該設想的核心就是無線能量傳輸技術。由逡逑于激光方向性強、能量集中、傳輸效率高，因此是一種理想的傳輸媒介。該技術要解決逡逑的核心問題之一即是接收端激光能量的高效率吸收和轉化。逡逑—逡逑圖１．１空間太陽能電站示意圖〖２】逡逑激光電池的主要作用是吸收激光（單色光）并將光能轉換為電能

應用于高功率單色光轉換的鈣鈦礦電池器件研宄研究背景逡逑論探索逡逑激光光伏研[偟氖敲攔液嬌蘸教煬鄭ǎ危粒櫻粒�。１９８＜忀彫＜y骷⒘死礪勰Ｐ�，并进行谅桚值模拟，得碉溈z陸崧郟海櫻」獾緋氐淖恍士梢愿哂冢擔埃�。钥N詰難芯恐饕攵云韉募撲�，１９９１妮彫ＮＡ褢倌Ｌｅｖ嶉ｓ研究中心｀P矗荻蘊裟艿緙撲�，并仲x穌攵裕櫻保牽幔粒笥Ω糜剎煌ǔさ募す飫雌ツ艿撓跋旖辛朔治�。２００Ｒr輳保跡，

本文編號：2596048