Large spin-to-charge conversion at room temperature in extended epitaxial Sb2Te3 topological insulator chemically grown on Silicon
磁性材料和拓扑绝缘体（TI）之间的界面处的自旋-电荷相互转换现象在为未来信息和通信技术开发快速和超低功率器件的研究努力中吸引了巨大的兴趣。本文报道了在4英寸Si（111）衬底上用金属有机化学气相沉积法生长的Sb_2Te_3薄膜，在Au/Co/Au/Sb_2Te_3/Si（111）异质结中获得了很高的自旋-电荷转换效率。通过室温自旋抽运铁磁共振，我们测量到了最大为0.75nm的反Edelstein效应长度λIEE，这是三维硫系TI异质结构的最大值。我们的研究结果开辟了使用化学方法在大面积Si衬底上生产TI的道路，其特征在于高性能的自旋-电荷转换，从而标志着未来技术转移的里程碑。
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Erbium-doped WS$_2$ with Down- and Up-Conversion Photoluminescence Integrated on Silicon for Heterojunction Infrared Photodetection
本研究利用稀土元素掺杂策略合成2D WS$_2$:Er纳米片，实现可见至近红外上转换与下转换发光，并构建室温WS$_2$:Er/Si异质结红外光电探测器，有效抑制暗电流，为2D材料异质结红外探测奠定基础。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Large Spin-to-Charge Conversion in Ultrathin Gold-Silicon Multilayers
在过去的十年中，由于金结合了大的体自旋扩散长度和强的界面自旋轨道耦合的性质，对金中的自旋霍尔效应的研究引起了越来越多的兴趣。然而，文献中报道的金的自旋霍尔角的值之间的差异带来了问题的自旋霍尔效应在Au的微观起源。在这里，我们调查的自旋电荷转换效率的厚度依赖性在单一的Au膜和cross-Au/Si多层膜的非局域传输和自旋扭矩铁磁共振测量。我们发现，自旋电荷转换效率大大提高，在cross-Au/Si多层膜，达到非常大的值0.99 +/- 0.34时，个别Au层的厚度按比例缩小到2 nm。这些发现揭示了强的界面自旋轨道耦合效应的共存，成为占主导地位的金，和体自旋霍尔效应与一个相对较低的体自旋霍尔角为0.012 +/- 0.005。我们的实验结果表明，Rashba-Edelstein效应的自旋-电荷转换中的关键作用，在CuAu。
2021-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Solar Thermal Energy Conversion with Silicon-cored Tungsten Nanowire Selective Metamaterial Absorbers
这项工作的实验研究硅芯钨纳米线选择性超材料吸收，以提高太阳能热能收集，简单地制造保形涂层薄钨层到商业硅纳米线邮票。扫描电子显微镜用于表征钨沉积前后的形貌变化，而光学光谱学用于测量从太阳光谱到红外的宽波长范围内的光谱吸收率（或发射率）。结果表明，钨纳米线吸收器表现出几乎相同的总太阳吸收率约为0.85的硅纳米线，但大大降低了总发射率下降到0.18，这可以显着抑制红外发射热损失。实验室规模的太阳热测试装置用于测量钨纳米线吸收剂从1到20个太阳的太阳热效率，实验证明了由于硅纳米线和黑色吸收剂的优异光谱选择性而提高的性能。通过详细的传热分析，发现钨纳米线吸收体在6.3个太阳下的停滞温度为273 ℃的太阳热测试中，在203 ℃的温度下达到41%的实验效率。预计在相同温度203摄氏度下达到74%的效率，实际应用的停滞温度为430摄氏度，而没有来自侧表面和底表面的寄生辐射损耗，大大优于硅纳米线和黑色吸收剂。研究结果将有助于以低成本开发新型超材料选择性吸收器，用于高效太阳能热能系统。
2020-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Silicon solar cells efficiency analysis. Doping type and level optimization
对n型和p型基区的高效硅太阳电池的光电转换效率进行了理论分析。当硅体中的Shockley-Read-Hall复合由Fe的深能级决定时，考虑了这种情况。结果表明，由于复合参数的不对称性，这一水平的光伏转换效率是增加在SC与n型基地和减少在SC与p型基地与掺杂的增加。当进行分析时，考虑两个近似的带-带俄歇复合寿命依赖于基掺杂水平。给出了基于本征薄层（HIT）$α-Si:H-n-Si$异质结太阳能电池的关键特性的实验结果。对HIT电池特性的实验值与计算值进行了比较。由此确定了表面复合速度和串联电阻，其SC参数的实验值与计算值完全吻合。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced photovoltaic effect in graphene-silicon Schottky junction under mechanical manipulation
石墨烯-硅肖特基结（GSJ）具有大规模制造和集成的潜力，为肖特基太阳能电池的光伏功率转换带来了新的机遇。然而，这些器件的基本功率转换限制在于小的开路电压（$V_{oc}$），这取决于肖特基势垒高度（SBH）。在这项研究中，我们介绍了一种机电方法的基础上挠曲电效应，以提高光伏效率在GSJ。利用原子力显微镜针尖压入和原位电流测量，获得了弯曲电应变梯度下的电流-电压（I-V）响应。观察到$V_{oc}$增加高达20 $\%$，导致功率转换效率的明显改善。我们的研究表明，应变梯度可能会提供前所未有的机会，GSJ为基础的柔性光伏应用的发展。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermally-Induced Structural Evolution of Silicon- and Oxygen-Containing Hydrogenated Amorphous Carbon
采用X射线光电子能谱、吸收光谱和分子动力学（MD）模拟研究了含硅和氧的氢化非晶碳（a-C：H：Si：O）的热致结构演化.光谱结果表明，在氢化非晶碳（a-C：H）中引入Si和O，提高了sp3-C向sp2-C转化的活化能。分子动力学模拟表明，a-C：H：Si：O的热稳定性高于a-C：H，这是由于a-C：H：Si：O中应变C-C sp3键的比例较低。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Study on the Fermi level of microstructured Silicon with impurities introduced by chalcogenides and their affect on solar cell efficiency
微结构硅是在一定条件下用飞秒激光脉冲辐照硅片表面而得到的，它具有特殊的光学特性，如对波长为0.25 ~ 17μm的光有强吸收。因此，它在中间带太阳能电池（IBSC）中具有很大的应用前景。一些文献讨论了硫族化合物引入硅中的简单替位杂质的电子结构。并在此基础上，通过高温退火处理，建立了硫和氧引入微结构硅的杂质能级模型。利用多能级广义统计方法，分析了各局域能级中电子的几率以及费米能级与温度和杂质密度的关系。然后利用细致平衡理论讨论了相应IBSC的理论转换效率。并详细讨论了利用飞秒激光微结构硅制作高效率太阳能电池的问题。
2013-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Multilayer epitaxial graphene formed by pyrolysis of polycrystalline silicon-carbide grown on c-plane sapphire substrates
我们使用超高真空化学气相沉积在c平面蓝宝石晶片上生长多晶碳化硅（SiC），然后在真空中在1250和1450°C之间退火以产生外延多层石墨烯（MLG）。尽管多晶SiC的表面粗糙度和小的畴尺寸，但形成了共形MLG膜。通过平面化的SiC之前，石墨烯的生长，拉曼缺陷带的减少被观察到在最终的MLG.The石墨烯上形成的抛光SiC薄膜也表现出显着更有序的逐层生长和增加的载流子迁移率相同的载流子密度作为非抛光样品。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Infrared Single-Photon Detector based on Silicon Two-Photon Absorption
提出了一种基于硅雪崩光电二极管室温下双光子吸收的红外单光子探测方案，探测光子的能量低于带隙，能量差由泵浦场补充。建立了直接和间接半导体中非简并双光子吸收的量子非微扰模型，得到了合适的非发散速率，从而优化了器件效率。所提出的单片检测器是简单的，微型的，可集成的，不需要相位匹配，同时不损害性能，并表现出更好的效率比竞争的上变频方案（约1个数量级）类似的光泵浦水平。
2008-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport Measurements on Isolated Polycrystalline Grains of Type-II Silicon Clathrate
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
通过微加工技术分离II型硅包合物多晶颗粒，进行低温电子输运表征，揭示多种导电机制并验证n型导电，展示静电可调性。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Computer simulation of a-Si/c-Si heterojunction solar cell with high conversion efficiency
为了开发高转换效率、低成本的太阳能电池，对p型非晶硅/n型晶体硅（P+ a-Si/N+ c-Si）异质结进行了模拟。计算了不同透明导电氧化物（TCO）功函数的电池特性。对异质结电池的能带结构、量子效率和电场进行了详细的分析，以了解异质结电池的机理。结果表明，a-Si/c-Si异质结对TCO功函数非常敏感，要使P+ a-Si：H/N+ c-Si太阳电池获得高的转换效率，TCO功函数必须足够大。在优化的工艺参数下，P+ a-Si：H/N+ c-Si太阳电池的效率（η）达到21.849%（FF：0.866，VOC：0.861V，JSC：29.32mA/cm 2）。
2013-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Solar energy conversion properties and defect physics of ZnSiP$_2$
在硅上实现光学活性物质一直是一个持续的技术挑战。对于使用Si底部电池的串联光电子器件以及对于其他光电子应用，长期以来一直需要可以与Si集成的光学活性宽带隙材料。ZnSiP $_2$是一种稳定的宽带隙（2.1 eV）材料，其与硅晶格匹配并由廉价元素组成。正如我们在本文中所展示的，它也是一种缺陷容忍材料。在这里，我们报告的第一个ZnSiP $_2$光伏器件。我们表明，ZnSiP $_2$具有良好的光响应和高开路电压为1.3 V，在光电化学配置中测量。高电压和低带隙电压偏移与更成熟的宽带隙III-V族材料相当。光致发光数据与理论缺陷计算相结合，阐明了这种高电压下的缺陷物理，表明ZnSiP $_2$中的本征缺陷是浅的，少数载流子寿命为7 ns。这些有利的结果促进了ZnSiP $_2$和相关材料作为光伏吸收材料的发展。
2015-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Optical Absorption Characteristics of Silicon Nanowires for Photovoltaic Applications
太阳能电池作为未来清洁可再生能源的潜在来源引起了人们的极大兴趣。然而，这些能源的大规模部署中的一个大瓶颈仍然是这些转换装置的低效率。最近，纳米结构的使用和量子限制策略已经作为更好的载流子产生和捕获的一般方法。在这篇文章中，我们提出了计算的光学特性的纳米线制成的硅。我们的计算表明，这些纳米线形成优良的光电材料，并可能产生高效的光伏器件。
2010-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Glassy materials for Silicon-based solar panels: present and future
本文综述了硅基太阳能电池板玻璃材料的环保化与功能化研究，并针对光谱转换器缺乏标准化评估的问题，提出了一套可量化比较盖板玻璃性能的基准框架。
2023-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Lithography-free sub-100nm nanocone array antireflection layer for low-cost silicon solar cell
通过一步高通量等离子体增强织构化方法，产生高密度和均匀性的亚100nm表面氧化硅纳米锥森林结构并将其集成到光伏器件表面上的现有织构化微结构上。通过这种纳米制造方法，我们抑制了化学织构B级硅太阳能电池上的宽带光反射高达70.25%。电池的性能得到改善，短路电流提高了7.1%，填充因子提高了7.0%，转换效率提高了14.66%。我们的方法展示了低成本高产量纳米制造技术提高光伏器件性能的潜力。
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Heterodyne detection of radio-frequency electric fields using point defects in silicon carbide
实现以高灵敏度、高空间分辨率和射频感测电场可能是具有挑战性的。最近，碳化硅中的点缺陷已经显示出它们通过其电荷状态的光电荷转换来测量局部电场的能力。在这里，我们报告的外差检测与基于电荷的电场传感相结合，解决了许多以前的限制，这种技术。由于电荷转换对电场的非线性响应，单独的“泵浦”电场的应用导致检测灵敏度低至1.1（V/cm）/ $\sqrt{Hz}$，具有近衍射限制的空间分辨率和传感器动态范围的可调控制。此外，我们展示了非相干和相干外差检测，允许测量未知的随机场或同步领域具有更高的灵敏度。最后，我们证明了平面矢量测量的电场相结合的正交泵电场。总的来说，这项工作建立了基于电荷的测量高度相关的固态缺陷检测。
2019-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultralow-frequency spontaneous oscillations of the current in polycrystalline silicon
本文报道了室温下强电场作用下多晶硅薄膜中电流的超低频自发振荡的实验研究结果。
2011-02-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Black Silicon Solar Thin-film Microcells Integrating Top Nanocone Structures for Broadband and Omnidirectional Light-Trapping
最近开发的各类单晶硅太阳能微电池（U电池）可以组装成具有以下特性的模块（即，机械上灵活的形式、紧凑的集中器设计和高电压输出），这是使用传统的基于晶片的方法不可能实现的。在本文中，我们描述了一个高密度，均匀和非周期性的纳米锥森林结构的黑硅（bSi）上创建的光学薄（30 μ m）的u-细胞的宽带和全向光捕获与光刻免费和高吞吐量的等离子体纹理化过程。在优化等离子体蚀刻条件和氮化硅钝化层的情况下，当嵌入聚合物波导层中时，与裸硅器件相比，黑硅u电池显示出短路电流的高达65.7%的显著增加。在开路电压和填充因子略有下降的情况下，转换效率从8%提高到11.5%。
2014-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Global structure searches under varying temperatures and pressures using polynomial machine learning potentials: A case study on silicon
Kyoto University（京都大学）
本文提出基于多项式MLP的方法，用于在高压条件下全面枚举晶体结构并评估其相稳定性，通过高精度预测和自洽声子计算验证了该方法在硅高压高温条件下的有效性。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Silicon Flexes Muscles: Giant Electrochemical Actuation in a Nanoporous Silicon-Polypyrrole Hybrid Material
硅中压电性的缺乏使得这种主流半导体不可能直接应用于机电领域。然而，硅机械的集成电气控制将为片上精算开辟新的前景。在这里，我们将单晶硅中的晶片级纳米孔隙与孔隙空间内的人工肌肉材料的聚合相结合，以合成在水性电解质中显示宏观电应变的复合材料。在压电致动方面，电压-应变耦合比性能最好的陶瓷大3个数量级。我们将这种巨大的电致动追溯到每平方厘米横截面上1000亿个纳米孔的协同作用，以及在单孔尺度上高达150个大气压的电位依赖压力。非常小的操作电压（0.4-0.9 V）以及可持续和生物相容的基础材料使这种混合动力车有望用于生物致动器应用。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The effect of manganese and silicon additions on the corrosion resistance of a polycrystalline nickel-based superalloy
镍高温合金的使用寿命通常受到环境退化的限制。本研究比较了多晶高温合金的三种变体在750 ℃下的氧化、硫化和热腐蚀：基线合金、含有1wt% Mn的变体和含有0.5wt% Si的变体。Mn降低了氧化速率而不改变氧化膜的形貌。形成的MnCr 2 O 4氧化皮被证明对硫化和热腐蚀具有更好的保护作用，但内部硫化物延长了损伤深度。Si改性的氧化物的形态连续的Cr2 O3-Al 2 O3双层。这提供了改进的保护，使硫化深度减少2/3，热腐蚀深度减少1/2。
2020-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature coefficient of Silicon based carrier selective solar cells
载流子选择性（CS）硅太阳能电池作为PN结硅太阳能电池的低成本替代物被越来越多地探索。虽然最近关于功率转换效率的趋势是令人鼓舞的，但是对于这样的太阳能电池，温度系数以及因此在升高的温度下的功率输出没有被很好地探索。在这里，我们解决这个问题，通过详细的数值模拟，探讨界面和材料参数对温度系数的影响。我们的研究结果表明，不考虑界面质量，CS太阳能电池的温度系数随着能带不连续性的增加而提高。有趣的是，与效率相关的趋势相反，我们的研究结果表明，CS太阳能电池的温度系数受少数载流子提取层的界面质量的影响比受多数载流子提取层的影响更大。这些见解对硅基CS太阳能电池的最佳材料和工艺条件的选择具有重要意义。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Rubber-Modified Thermoplastic where the Morphology Produced by Phase-Separation Induced by Polymerization Disappears at High Conversions
一个意想不到的实验发现，其中在橡胶改性的热塑性塑料聚合诱导相分离过程中发展的主要形态消失在高转化率。通过光散射（LS）和扫描电子显微镜（SEM）证明了该过程，所述光散射（LS）和扫描电子显微镜（SEM）用于聚异丁烯低聚物（PIB）在甲基丙烯酸异冰片酯（IBoMA）中的溶液的特定组合物，在单体的自由基聚合期间。初级相分离产生富含PIB的域的分散体，所述PIB含有显著量的单体（IBoMA）。在这些区域中的单体的聚合在高的总转化率下发生，产生用PIBoMA-PIB共混物填充分散区域。在这些条件下，最终材料具有均匀共混物的外观。该工艺可能适用于生产新型橡胶改性热塑性塑料，其中橡胶颗粒被不具有明确边界的富含橡胶的区域所取代。保留字：
2013-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Change in Tetracene Polymorphism Facilitates Triplet Transfer in Singlet Fission-Sensitized Silicon Solar Cells
并四苯的单重态裂变产生两个三重态激子每吸收光子。如果这些三重态激子可以有效地转移到硅（Si）中，则可以从Si的带隙以上的光子产生额外的光电流。这可以减轻热化损失并提高传统Si太阳能电池的效率。在这里，我们表明，由于空气暴露在Si上沉积的并四苯的多晶型的变化，有利于三重态转移从并四苯到Si。依赖于磁场的光电流测量证实三重态激子有助于光电流。并四苯延迟光致发光的衰减用于确定215 ns的三重态转移时间和~ 50%的三重态转移到Si中的最大产率。我们的研究表明，在沉积过程中控制并四苯的形态将是非常重要的，以进一步提高三重态转移产率。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Integration of a 2D Periodic Nanopattern Into Thin Film Polycrystalline Silicon Solar Cells by Nanoimprint Lithography
实验研究了利用纳米压印光刻和干法刻蚀技术制备的二维周期性纳米图形在铝诱导结晶（AIC）多晶硅（Poly-Si）薄膜太阳电池中的集成。与未图案化的电池相比，由于纳米图案，已经实现了光吸收的6%的增加，这又将短路电流从20.6 mA/cm 2增加到23.8 mA/cm 2。另一方面，效率从6.4%有限地增加到6.7%。我们使用的转移长度法（TLM），纳米图案引起的表面形貌修改增加了减反射膜（ARC）层的薄层电阻，以及ARC层和发射极前接触之间的接触电阻。这又导致纳米图案化电池的串联电阻增加，这转化为填充因子减小，解释了效率的有限增加。
2015-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
