Search

Metal halide perovskite based tandem solar cells are promising to achieve power conversion efficiency beyond the theoretical limit of their single-junction counterparts. However, overcoming the significant open-circuit voltage deficit present in wide-bandgap perovskite solar cells remains a major hurdle for realizing efficient and stable perovskite tandem cells. Here, a holistic approach to overcoming challenges in 1.8 eV perovskite solar cells is reported by engineering the perovskite crystallization pathway by means of chloride additives. In conjunction with employing a self-assembled monolayer as the hole-transport layer, an open-circuit voltage of 1.25 V and a power conversion efficiency of 17.0% are achieved. The key role of methylammonium chloride addition is elucidated in facilitating the growth of a chloride-rich intermediate phase that directs crystallization of the desired cubic perovskite phase and induces more effective halide homogenization. The as-formed 1.8 eV perovskite demonstrates suppressed halide segregation and improved optoelectronic properties.

As famed quantum physicist W. Pauli once said, “The surface was invented by the devil”. The nonequilibrium state of particles forming the surface, and the presence of dangling bonds transform the surfaces into a 2D reactor with high physical and chemical reactivity. When two such active surfaces are matched, their interface becomes even more reactive, giving rise to novel properties or enhanced performance. For this reason, much effort is applied to design nanoengineered interfacial systems for applications spanning all facets of human life. This review article discusses recent, mostly within two years, progress in the design of complex, sophisticated carbon-based interfacial material systems for energy and photonics applications, with the aim to emphasize some of the most interesting and important examples of such systems. Differences in the processes that take place on flat and 3D (curved) surfaces are discussed, with the view of guiding the design and construction of complex functional interfaces, focusing on several points that are of particular importance to the ongoing development of advanced interfacial material systems.

Electronic doping of organic semiconductors is essential for their usage in highly efficient optoelectronic devices. Although molecular and metal complex-based dopants have already enabled significant progress of devices based on organic semiconductors, there remains a need for clean, efficient and low-cost dopants if a widespread transition towards larger-area organic electronic devices is to occur. Here we report dimethyl sulfoxide adducts as p-dopants that fulfil these conditions for a range of organic semiconductors. These adduct-based dopants are compatible with both solution and vapour-phase processing. We explore the doping mechanism and use the knowledge we gain to ‘decouple’ the dopants from the choice of counterion. We demonstrate that asymmetric p-doping is possible using solution processing routes, and demonstrate its use in metal halide perovskite solar cells, organic thin-film transistors and organic light-emitting diodes, which showcases the versatility of this doping approach.

In doctoral dissertation, results of investigation on zinc oxide based semiconductor layers and heterostructures for application in optoelectronics by spectroscopy methods are presented. High quality zinc oxide layers and heterostructures were characterized optically. That is ZnO, ZnO:Ga and MgZnO epitaxial layers grown by molecular beam epitaxy technique, ZnO:N layers grown by magnetron sputtering method, CdZnO/ZnO quantum wells structures for light-emitting diodes grown on GaN layers by combined molecular beam epitaxy and metalorganic chemical vapor deposition techniques. In this work, new data on dynamics and interaction of photoexcited carriers in zinc oxide based structures were acquired. It was shown, that the contribution of impurities bound excitons in the inelastic interaction of free excitons influences the position of luminescence band of the interaction in spectrum. In MgZnO epitaxial layers, the localization of carriers in the field of two different localization centers is described. Due to the localization the radiative recombination efficiency increases significantly and it has importance for application in optoelectronic devices. Investigation of the CdZnO/ZnO quantum wells structures for green spectral range light-emitting diodes showed that low radiative recombination efficiency at room temperature is mainly due to weak carrier localization effect, which is responsible for high efficiency of conventional InGaN/GaN quantum wells structures., Daktaro disertacijoje pristatomi cinko oksido pagrindu užaugintų puslaidininkinių sluoksnių ir jų įvairialyčių darinių, skirtų taikymams optoelektronikoje, tyrimų rezultatai spektroskopijos metodais. Optiškai charakterizuoti aukštos kokybės cinko oksido sluoksniai ir jų įvairialyčiai dariniai: ZnO, ZnO:Ga ir MgZnO epitaksiniai sluoksniai, auginti molekulinės epitaksijos būdu, ZnO:N sluoksniai, auginti magnetroninio dulkinimo būdu, šviesos diodams paruošti CdZnO/ZnO kvantinių duobių dariniai ant GaN sluoksnių, auginti apjungiant molekulinės epitaksijos ir cheminio metaloorganinio junginio nusodinimo iš dujinės fazės auginimo metodus. Šiame darbe surinkta naujų duomenų apie fotosužadintų krūvininkų dinamiką ir sąveiką cinko oksido dariniuose. Nustatyta, kad netamprioje laisvų eksitonų sąveikoje dalyvaujantys prie priemaišų pririšti eksitonai įtakoja sąveikos liuminescencijos juostos padėtį spektre. Aprašyta krūvininkų lokalizacija MgZnO epitaksiniuose sluoksniuose dviejų skirtungų lokalizacijos centrų lauke. Dėl to žymiai padidėja spindulinės rekombinacijos efektyvumas, kas turi didelės svarbos taikymams optoelektronikos prietaisams. CdZnO/ZnO kvantinių duobių darinių, skirtų žalios spektro srities šviesos diodams, tyrimai parodė, kad mažas spindulinės rekombinacijos efektyvumas kambario temperatūroje yra dėl ženkliai silpnesnio krūvninkų lokalizacijos efekto, kuris užtikrina didelį efektyvumą įprastuose InGaN/GaN kvantinių duobių dariniuose.

Daktaro disertacijoje pristatomi cinko oksido pagrindu užaugintų puslaidininkinių sluoksnių ir jų įvairialyčių darinių, skirtų taikymams optoelektronikoje, tyrimų rezultatai spektroskopijos metodais. Optiškai charakterizuoti aukštos kokybės cinko oksido sluoksniai ir jų įvairialyčiai dariniai: ZnO, ZnO:Ga ir MgZnO epitaksiniai sluoksniai, auginti molekulinės epitaksijos būdu, ZnO:N sluoksniai, auginti magnetroninio dulkinimo būdu, šviesos diodams paruošti CdZnO/ZnO kvantinių duobių dariniai ant GaN sluoksnių, auginti apjungiant molekulinės epitaksijos ir cheminio metaloorganinio junginio nusodinimo iš dujinės fazės auginimo metodus. Šiame darbe surinkta naujų duomenų apie fotosužadintų krūvininkų dinamiką ir sąveiką cinko oksido dariniuose. Nustatyta, kad netamprioje laisvų eksitonų sąveikoje dalyvaujantys prie priemaišų pririšti eksitonai įtakoja sąveikos liuminescencijos juostos padėtį spektre. Aprašyta krūvininkų lokalizacija MgZnO epitaksiniuose sluoksniuose dviejų skirtungų lokalizacijos centrų lauke. Dėl to žymiai padidėja spindulinės rekombinacijos efektyvumas, kas turi didelės svarbos taikymams optoelektronikos prietaisams. CdZnO/ZnO kvantinių duobių darinių, skirtų žalios spektro srities šviesos diodams, tyrimai parodė, kad mažas spindulinės rekombinacijos efektyvumas kambario temperatūroje yra dėl ženkliai silpnesnio krūvninkų lokalizacijos efekto, kuris užtikrina didelį efektyvumą įprastuose InGaN/GaN kvantinių duobių dariniuose., In doctoral dissertation, results of investigation on zinc oxide based semiconductor layers and heterostructures for application in optoelectronics by spectroscopy methods are presented. High quality zinc oxide layers and heterostructures were characterized optically. That is ZnO, ZnO:Ga and MgZnO epitaxial layers grown by molecular beam epitaxy technique, ZnO:N layers grown by magnetron sputtering method, CdZnO/ZnO quantum wells structures for light-emitting diodes grown on GaN layers by combined molecular beam epitaxy and metalorganic chemical vapor deposition techniques. In this work, new data on dynamics and interaction of photoexcited carriers in zinc oxide based structures were acquired. It was shown, that the contribution of impurities bound excitons in the inelastic interaction of free excitons influences the position of luminescence band of the interaction in spectrum. In MgZnO epitaxial layers, the localization of carriers in the field of two different localization centers is described. Due to the localization the radiative recombination efficiency increases significantly and it has importance for application in optoelectronic devices. Investigation of the CdZnO/ZnO quantum wells structures for green spectral range light-emitting diodes showed that low radiative recombination efficiency at room temperature is mainly due to weak carrier localization effect, which is responsible for high efficiency of conventional InGaN/GaN quantum wells structures.

In doctoral dissertation, results of investigation on zinc oxide based semiconductor layers and heterostructures for application in optoelectronics by spectroscopy methods are presented. High quality zinc oxide layers and heterostructures were characterized optically. That is ZnO, ZnO:Ga and MgZnO epitaxial layers grown by molecular beam epitaxy technique, ZnO:N layers grown by magnetron sputtering method, CdZnO/ZnO quantum wells structures for light-emitting diodes grown on GaN layers by combined molecular beam epitaxy and metalorganic chemical vapor deposition techniques. In this work, new data on dynamics and interaction of photoexcited carriers in zinc oxide based structures were acquired. It was shown, that the contribution of impurities bound excitons in the inelastic interaction of free excitons influences the position of luminescence band of the interaction in spectrum. In MgZnO epitaxial layers, the localization of carriers in the field of two different localization centers is described. Due to the localization the radiative recombination efficiency increases significantly and it has importance for application in optoelectronic devices. Investigation of the CdZnO/ZnO quantum wells structures for green spectral range light-emitting diodes showed that low radiative recombination efficiency at room temperature is mainly due to weak carrier localization effect, which is responsible for high efficiency of conventional InGaN/GaN quantum wells structures., Daktaro disertacijoje pristatomi cinko oksido pagrindu užaugintų puslaidininkinių sluoksnių ir jų įvairialyčių darinių, skirtų taikymams optoelektronikoje, tyrimų rezultatai spektroskopijos metodais. Optiškai charakterizuoti aukštos kokybės cinko oksido sluoksniai ir jų įvairialyčiai dariniai: ZnO, ZnO:Ga ir MgZnO epitaksiniai sluoksniai, auginti molekulinės epitaksijos būdu, ZnO:N sluoksniai, auginti magnetroninio dulkinimo būdu, šviesos diodams paruošti CdZnO/ZnO kvantinių duobių dariniai ant GaN sluoksnių, auginti apjungiant molekulinės epitaksijos ir cheminio metaloorganinio junginio nusodinimo iš dujinės fazės auginimo metodus. Šiame darbe surinkta naujų duomenų apie fotosužadintų krūvininkų dinamiką ir sąveiką cinko oksido dariniuose. Nustatyta, kad netamprioje laisvų eksitonų sąveikoje dalyvaujantys prie priemaišų pririšti eksitonai įtakoja sąveikos liuminescencijos juostos padėtį spektre. Aprašyta krūvininkų lokalizacija MgZnO epitaksiniuose sluoksniuose dviejų skirtungų lokalizacijos centrų lauke. Dėl to žymiai padidėja spindulinės rekombinacijos efektyvumas, kas turi didelės svarbos taikymams optoelektronikos prietaisams. CdZnO/ZnO kvantinių duobių darinių, skirtų žalios spektro srities šviesos diodams, tyrimai parodė, kad mažas spindulinės rekombinacijos efektyvumas kambario temperatūroje yra dėl ženkliai silpnesnio krūvninkų lokalizacijos efekto, kuris užtikrina didelį efektyvumą įprastuose InGaN/GaN kvantinių duobių dariniuose.

Disertacijoje pristatomi didelio krūvininkų tankio dinamikos tyrimai skirtingo defektiškumo GaN, InGaN bei deimanto sluoksniuose atlikti naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių metodą. Naudojant eksperimentinius rezultatus gautus skirtingo žadinimo intensyvumo, temperatūros sąlygomis bei pasitelkus skaitmeninį krūvininkų dinamikos modeliavimą nustatomi dominuojantys krūvininkų rekombinacijos bei sklaidos mechanizmai tirtuose plačiatarpiuose puslaidininkiuose. Parodoma, kad dislokacijų sąlygota nespindulinė rekombinacija dominuoja GaN bandiniuose su dislokacijų tankiu didesniu nei 1E8 cm-2, esant mažesniems dislokacijų tankiams krūvininkų gyvavimo trukmę lemia bimolekulinė rekombinacija. Nustatyta, kad eksperimentiškai stebėtas krūvininkų difuzijos koeficiento didėjimas GaN yra sukeltas Fermi slėgio išsigimusioje krūvininkų plazmoje. Krūvininkų rekombinacijos trukmių bei azoto priemaišų kiekio koreliacija sintiniuose deimantuose parodė, kad su azotu susietos priemaišos yra pagrindiniai rekombinacijos centrai Tai pat darbe pristatoma nauja šviesa indukuotų dinaminių gardelių eksperimento schema su holografiniu pluoštelio dalikliu, leidžianti supaprastinti eksperimentą bei įgalinanti heterodininį difrakcijos signalo detektavimą. Parodoma, kad fazės skirtumas tarp signalo ir foninės šviesos gali būti kontroliuojamas keičiant holografinio daliklio padėtį išilgai jo gardelės vektoriaus krypties., The investigation of high density carrier dynamics in GaN, InGaN, and diamond samples with different defect density by light induced transient grating technique is presented in the thesis. The experimental studies on numerous samples, grown at different conditions, combined with extensive measurements in a wide range of carrier densities (1E16-1E20 cm-3) and temperature (9-300K) is used to identify the interplay of radiative and nonradiative recombination mechanisms, to determine carrier lifetime, diffusion coefficient, and diffusion length. It is shown that dislocation governed carrier recombination is a dominant recombination channel in GaN samples with dislocation density above 1E8 cm-2, otherwise, the bimolecular recombination dominates at high carrier densities. Experimentally observed increase of carrier diffusivity in GaN is caused by Fermi pressure at degenerate carrier plasma. The correlation between the carrier lifetime and concentration of nitrogen defects points out that nitrogen-related defects act as the main centers of nonradiative recombination in synthetic diamonds. A novel heterodyne detection scheme for LITG technique is presented. The heterodyning is achieved by coherently mixing the picosecond pulses of diffracted and scattered light. It is shown that a phase difference between theses fields can be controlled by moving holographic beam splitter along its grating vector.

III-nitrides, diamonds are extremely promising wide band gap semiconductor materials for optoelectronics and high temperature, high power electronics. Therefore, there is huge scientific interest in investigation electrical and optical properties of these materials. The light induced transient grating technique (LITG) is very suitable for exploration of carrier dynamics which governed by fundamental and defect related properties of materials. The main goals of the thesis were gain a new knowledge on carrier dynamics in wide bandgap semiconductors (namely GaN, InGaN, and diamonds) by using and developing light induced transient grating technique. The experimental studies on numerous samples, grown at different conditions, combined with extensive measurements in a wide range of carrier densities (1016-1020 cm-3) and temperature (9-300K) was targeted to identify the interplay of radiative an nonradiative recombination mechanisms, to determine carrier lifetime dependence on the excess carrier density, to explain the carrier diffusion coefficient dependence on excitation intensity, to find the optimal materials growth conditions. A novel heterodyne detection scheme for LITG technique was presented. The heterodyning was achieved by coherently mixing the picosecond pulses of diffracted and scattered light. A phase difference between theses fields was controlled by moving holographic beam splitter (HBS) along its grating vector. LITG signal decay kinetics, recorded at two HBS... [to full text], III grupės nitridai bei deimantai tai platų draustinės energijos tarpą turintys puslaidininkiai, pasižymintys unikaliomis medžiagos savybėmis ir turintys didelį potencialą aukštų temperatūrų, didelių galių, opto/elektroniniams taikymams. Todėl šių medžiagų elektrinės bei optinės savybės pastaruoju metu yra intensyviai tiriamos. Šviesa indukuotų dinaminių gardelių (ŠIDG) metodas labai tinka tyrinėti krūvininkų dinamiką, kuri yra nulemta fundamentinių bei defektinių medžiagos savybių. Pagrindiniai darbo tikslai buvo gauti naujų žinių apie krūvininkų dinamiką plačiatarpiuose puslaidininkiuose (GaN, InGaN bei deimantuose) naudojat bei plėtojant šviesa indukuotų gardelių metodiką. Ištirti didelio nepusiausvirųjų krūvininkų tankio rekombinacijos ir difuzijos ypatumus skirtingo defektiškumo GaN, InGaN sluoksniuose bei sintetiniuose deimantuose. Skaitmeniškai modeliuojant krūvininkų dinamiką nustatyti dominuojančius krūvininkų rekombinacijos mechanizmus bei krūvininkų gyvavimo trukmes, difuzijos koeficientus ir nuotolius. Darbe pristatoma nauja ŠIDG eksperimento schema su holografiniu pluoštelio dalikliu, leidžianti supaprastinti eksperimentą. Ši schema taip pat įgalino heterodininį difrakcijos signalo detektavimą. Parodoma, kad fazės skirtumas tarp signalo ir foninės šviesos gali būti kontroliuojamas keičiant holografinio daliklio padėtį išilgai jo gardelės vektoriaus krypties. Ištyrus didelį kiekį GaN sluoksnių, užaugintų skirtingomis technologijomis bei pasižyminčiu skirtingu... [toliau žr. visą tekstą]

III-nitrides, diamonds are extremely promising wide band gap semiconductor materials for optoelectronics and high temperature, high power electronics. Therefore, there is huge scientific interest in investigation electrical and optical properties of these materials. The light induced transient grating technique (LITG) is very suitable for exploration of carrier dynamics which governed by fundamental and defect related properties of materials. The main goals of the thesis were gain a new knowledge on carrier dynamics in wide bandgap semiconductors (namely GaN, InGaN, and diamonds) by using and developing light induced transient grating technique. The experimental studies on numerous samples, grown at different conditions, combined with extensive measurements in a wide range of carrier densities (1016-1020 cm-3) and temperature (9-300K) was targeted to identify the interplay of radiative an nonradiative recombination mechanisms, to determine carrier lifetime dependence on the excess carrier density, to explain the carrier diffusion coefficient dependence on excitation intensity, to find the optimal materials growth conditions. A novel heterodyne detection scheme for LITG technique was presented. The heterodyning was achieved by coherently mixing the picosecond pulses of diffracted and scattered light. A phase difference between theses fields was controlled by moving holographic beam splitter (HBS) along its grating vector. LITG signal decay kinetics, recorded at two HBS... [to full text], III grupės nitridai bei deimantai tai platų draustinės energijos tarpą turintys puslaidininkiai, pasižymintys unikaliomis medžiagos savybėmis ir turintys didelį potencialą aukštų temperatūrų, didelių galių, opto/elektroniniams taikymams. Todėl šių medžiagų elektrinės bei optinės savybės pastaruoju metu yra intensyviai tiriamos. Šviesa indukuotų dinaminių gardelių (ŠIDG) metodas labai tinka tyrinėti krūvininkų dinamiką, kuri yra nulemta fundamentinių bei defektinių medžiagos savybių. Pagrindiniai darbo tikslai buvo gauti naujų žinių apie krūvininkų dinamiką plačiatarpiuose puslaidininkiuose (GaN, InGaN bei deimantuose) naudojat bei plėtojant šviesa indukuotų gardelių metodiką. Ištirti didelio nepusiausvirųjų krūvininkų tankio rekombinacijos ir difuzijos ypatumus skirtingo defektiškumo GaN, InGaN sluoksniuose bei sintetiniuose deimantuose. Skaitmeniškai modeliuojant krūvininkų dinamiką nustatyti dominuojančius krūvininkų rekombinacijos mechanizmus bei krūvininkų gyvavimo trukmes, difuzijos koeficientus ir nuotolius. Darbe pristatoma nauja ŠIDG eksperimento schema su holografiniu pluoštelio dalikliu, leidžianti supaprastinti eksperimentą. Ši schema taip pat įgalino heterodininį difrakcijos signalo detektavimą. Parodoma, kad fazės skirtumas tarp signalo ir foninės šviesos gali būti kontroliuojamas keičiant holografinio daliklio padėtį išilgai jo gardelės vektoriaus krypties. Ištyrus didelį kiekį GaN sluoksnių, užaugintų skirtingomis technologijomis bei pasižyminčiu skirtingu... [toliau žr. visą tekstą]