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"能源日益緊缺、污染日益嚴重、氣候劇變，人類面臨空前的能源危機和環境危機，人們認識到能源供應也必須走可持續發展的道路。在可再生能源中，光伏發電具有獨特優勢和機遇。它是利用量子力學原理，直接將太陽光能轉化為電能，具有高效、無污染、取之不盡、應用靈活、性能可靠等優勢。雖然光伏發電已有很大進展，但作為主要能源還有較遠距離，其主要原因是太陽能電池的價格仍然較高、光電轉換效率還不夠高。所以降低成本，提高光電轉換效率依然是發展光伏發電的永恒課題。 太陽能電池已經歷三代的發展。然而，第一代晶硅太陽能電池耗材太多，進一步降低成本的空間已很少；目前第二代薄膜太陽能電池因電池效率較低、穩定性差等問題，嚴重限制了其推廣。新概念第三代高效太陽能電池是繼晶硅和薄膜太陽能電池之后發展的新型太陽能電池，采用不同于常規太陽能電池的材料和工作原理，達到高效、低成本、高可靠的目的，已引起科研界極大興趣，并已成為研發熱點。 "

以傳統兩步法為基礎，設計提出了鈣鈦礦籽晶誘導生長的兩步旋涂法，通過在碘化鉛薄膜中引入含銫鈣鈦礦籽晶，使籽晶提供后續鈣鈦礦生長的成核位點，引導高質量薄膜生長，解決兩步法中無機陽離子的有效摻雜問題。通過籽晶誘導，可實現對成核和晶粒大小的精確調控，有效摻入無機Cs離子，器件的能量轉化效率提升至21.7%，同時，器件在AM1.5G太陽光下持續工作140小時后，仍然保持超過60%的初始效率，遠優于傳統兩步法數小時的穩定性。圖1. a) 籽晶法制備鈣鈦礦薄膜過程示意圖。 b) 光致發光顯微原位探測籽晶法中鈣鈦礦實時生長過程。 進一步的，趙清教授課題組設計了氯化銫增強碘化鉛前驅液兩步法，在進一步提高鈣鈦礦薄膜中堿金屬離子含量的同時，減緩鈣鈦礦的成核、生長過程，獲得了具有更大晶粒、更低缺陷態密度的鈣鈦礦多晶薄膜?；诖酥苽涞玫降钠矫嬲解}鈦礦薄膜太陽能電池器件具有更高的能量轉化效率22.1%、器件的長時間工作穩定性也得到了提高，在AM1.5G太陽光下工作70小時后，依然能夠保持90%的初始效率。在兩步法制備鈣鈦礦薄膜與太陽能電池器件方面，對堿金屬離子的均勻高效摻入、器件性能的提高等問題提供了新的思路。

利用稀土元素有未充滿的 4f 殼層和 4f 電子被外層電子屏蔽的特性，將稀土鋁酸鹽基質移植到聚合物基體中，生成具有夜光性的蓄光型紡絲液，所紡出的纖維在受光時捕集激發態電子，停止光照后持續的發光躍遷。該項目得到了國家“863”計劃和國家自然科學基金的資助。稀土夜光纖維是以紡絲原料為基體，添加長余輝稀土鋁酸鹽發光材料，經特種紡絲制成夜光纖維。該夜光纖維吸收可見光 10 分鐘，便能將光能蓄貯于纖維之中，在黑暗狀態下持續發光 10 小時以上。夜光纖維色彩絢麗，且不需染色，是環保高效的高科技產品。該纖維及其織物可廣泛應用于建筑裝潢、交通運輸、夜間作業、日常生活及娛樂服裝等領域。 目前，本研究室研發的夜光纖維已成功實現產業化，并得到企業，社會的廣泛好評，取得了良好的經濟和社會效益。 關鍵技術 （1）采用高溫固相法控制制備不同色光的高效儲能稀土夜光材料； （2）通過表面改性和功能助劑的雙重作用實現夜光材料在不同基體材料的均勻分散； （3）通過復合紡絲技術制備不同色光的夜光纖維，同時保證其力學性能； （4）只需吸收紫外光或可見光 10 分鐘，便可持續 10 小時以上發光。 知識產權及項目獲獎情況 發表學術論文 30 余篇；申請專利 15 項，授權專利 3 項；所獲獎項： 2005 獲得江蘇省科技進步二等獎，2013 年獲紡織工業協會科技進步二等獎， 2013 年獲中國商業聯合會科技進步一等獎。 4 項目成熟度 實現產業化生產。 5 投資期望及應用情況 目前已與部分企業合作，將夜光纖維應用于玩具、服裝等領域。 

 太陽能發電是未來可再生能源的重要領域，提高太陽能電池對太陽光的利用效率、進一步提高太陽能電池的光伏效率，已經成為光伏領域的重要課題。太陽能電池的本征吸收層很薄，甚至小于光的波長，使得進入太陽能電池光子的光程很短，成為除材料以外，制約太陽能電池進一步提高光伏效率的重要因素。為了提高光子在太陽能電池本征吸收層中的吸收率，需要研究在降低電池表面反射的同時，延長光子在本征吸收層的光程，實現高效陷光。 本項目基于微納光學理論和微納結構加工技術，提出了“低表面反射+低光能逃逸+高效延長光程”的高效超陷光機制，設計了具有“低表面反射率+低光能逃逸+高效延長光程”的高效超陷光結構。利用寬帶陷光技術研發的寬帶陷光光伏玻璃，在380nm~1200nm波長范圍內，具有高于40%的霧度。寬帶陷光光伏玻璃基片應用于硅疊層薄膜太陽能電池, 在380nm~1200nm波長范圍內，對于準垂直入射光的反射率小于3%. 在AM1.5測試環境下,太陽能電池光伏效率比較沒有陷光結構光伏玻璃的太陽能電池相對提高5%。以上。 基于微納光學結構的太陽能電池高效陷光技術，在太陽能電池、太陽能電池組件封裝中具有廣泛的應用前景，對于提高太陽能電池及其組件的光伏效率具有重要意義。

電機系李琦副教授、何金良教授等在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上發表了題為“基于聚合物-分子半導體全有機復合材料的高溫電容薄膜”（Polymer/molecular semiconductor all-organic composites for high-temperature dielectric energy storage）的研究論文，首次研制出 200 攝氏度高效介電儲能的全有機復合薄膜。這類全有機復合介電材料在 200 攝氏度高溫條件下的介電儲能性能不僅遠超過目前最好的高溫聚合物及聚合物納米復合介電材料，并接近商業化聚合物電容薄膜室溫下性能；在大幅提升高溫介電儲能特性的同時還實現了大面積、性能均勻的薄膜制備，為實現薄膜電容器在 200 攝氏度嚴酷溫度環境下應用提供了可能。 聚合物薄膜電容器具有介電強度高、能量損耗低以及自愈性好等優點，在全球工業電容器市場占有率超過其它類型電容產品。然而，聚合物介電材料的絕緣性能對溫度極其敏感，在高溫、高電場作用下泄漏電流呈指數上升、放電效率急劇下降，最終造成電容器過熱損壞。目前主流商業薄膜電容器僅在 105 攝氏度以下工作，長期工作溫度低于 70 攝氏度。另一方面，隨著電子器件和電力、能源設備功率不斷增大以及對小型化和緊湊型功率模塊的持續追求，電子材料的工作溫度要求快速提高，薄膜電容器介電材料已成為高溫電子器件和設備的技術瓶頸。 該論文采用了一種與前期方法截然不同的技術路線——利用有機光伏中電子受體材料的強得電子能力，實現了在高溫聚合物中構筑深電荷陷阱。這種有機分子半導體型的電子受體材料具有極高的電子親和能，被廣泛應用于有機光伏中激子在異質結界面高效分離。它們可通過其表面靜電勢分布的極不均勻特性，對自由電子產生強束縛作用。通過向耐熱聚合物中摻雜極少量高電子親和能有機分子半導體制備了全有機復合高溫介電材料。這類材料在 200 攝氏度和 200kV/mm 電場條件下，電阻率比高溫聚合物提升兩個數量級以上；200 攝氏度、放電效率90%以上的能量密度是目前最好的聚合物高溫介電材料的 2.3 倍。此外，全有機復合體系解決了傳統有機-無機復合體系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等問題，在薄膜品質和規?；苽涞确矫婢哂酗@著優勢。

項目成果/簡介:作為一種新的太陽能電池電池技術，有機太陽能電池具有低成本、柔性、半透明、可大面積溶液印刷等優點；在應用方面，可與當前基于硅等的無機太陽能電池形成優勢互補。特別指出的是，與鈣鈦礦太陽能電池相比，有機太陽能電池還具有環境友好的優點，在使用過程中以及使用后處理方面不會產生重金屬污染，其所使用的少量有機材料都是可降解的有機染料類化合物。效率、成本和穩定性是所以太陽能電池能否應用的關鍵要素。有機太陽能的效率目前和其它最好的太陽能電池之間的差距正在迅速縮小，目前我們實驗室已經獲得超過 1515%的效率，是有機太陽能電池領域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優勢，有機材料分子結構多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產業界對有機太陽能電池壽命的要求不如無機太陽能電池，10 年左右的壽命可以完全滿足商業化應用，已有研究表明，OPV 壽命達到 5-7 年沒有問題，隨著研究深入，提高的 10 年以上會很快實現。 本項目圍繞有機太陽能電池的關鍵材料開展系統研究，1）提出了新的材料設計理念，發展了系列具有獨立自主知識產權的活性層材料；2）發展了成熟的高效率有機太陽能電池制備工藝技術，制備了系列高效率有機太陽能電池光伏器件，不斷刷新領域內最高太陽能電池光電轉化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應用于有機太陽能電池，獲得了與目前常規透明電極，如 ITO，完全相當性能。應用范圍:目前有機太陽能電池正處在從實驗室走向實際應用的黎明階段，因其優點和特點，在可穿戴設備、建筑一體化等領域將會產生巨大的需求市場。當前國內外多家實驗室已開展完全面向實際應用的研究開發，隨著研究的不斷深入，有機太陽能電池的商品化生產應用將會很快實現。效益分析:1. 具有完全自主知識產權的高效有機太陽能電池活性層材料，且合成簡單，成本低； 2. 具有成熟的高效有機太陽能電池制備工藝； 3. 具有自主知識產權的低成本、高性能柔性透明電極，不僅完全適用有機太陽能電池，亦可廣泛應用了其它相關領域。

作為一種新的太陽能電池電池技術，有機太陽能電池具有低成本、柔性、半透明、可大面積溶液印刷等優點；在應用方面，可與當前基于硅等的無機太陽能電池形成優勢互補。特別指出的是，與鈣鈦礦太陽能電池相比，有機太陽能電池還具有環境友好的優點，在使用過程中以及使用后處理方面不會產生重金屬污染，其所使用的少量有機材料都是可降解的有機染料類化合物。效率、成本和穩定性是所以太陽能電池能否應用的關鍵要素。有機太陽能的效率目前和其它最好的太陽能電池之間的差距正在迅速縮小，目前我們實驗室已經獲得超過 1515%的效率，是有機太陽能電池領域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優勢，有機材料分子結構多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產業界對有機太陽能電池壽命的要求不如無機太陽能電池，10 年左右的壽命可以完全滿足商業化應用，已有研究表明，OPV 壽命達到 5-7 年沒有問題，隨著研究深入，提高的 10 年以上會很快實現。 本項目圍繞有機太陽能電池的關鍵材料開展系統研究，1）提出了新的材料設計理念，發展了系列具有獨立自主知識產權的活性層材料；2）發展了成熟的高效率有機太陽能電池制備工藝技術，制備了系列高效率有機太陽能電池光伏器件，不斷刷新領域內最高太陽能電池光電轉化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應用于有機太陽能電池，獲得了與目前常規透明電極，如 ITO，完全相當性能。

近年來，隨著環境和能源問題的日益加劇，太陽能以其清潔、可再生的優勢引起了科研界和產業界的廣泛關注。其中，鈣鈦礦太陽能電池作為下一代光伏中的新寵，具有易制備、低成本和高效率等特點。短短幾年之內發展迅猛，目前最高認證光電轉換效率已達22.1%。一般來說，制備鈣鈦礦活性層最為常見的鉛源材料是鹵化鉛。最近有研究表明，醋酸鉛作為較具潛力的傳統鹵化鉛的替代物，價格更為低廉。無需復雜的反溶劑法，只需短暫低溫退火即可得到超平整致密的鈣鈦礦薄膜。這樣簡單的制備工藝顯示出了它的優越性。然而迄今為止，基于醋酸鉛前驅體的鈣鈦礦太陽能電池相比較于其它已經報道的基于傳統鹵化鉛前驅體的平面結鈣鈦礦太陽能電池在轉換效率方面稍顯不足。