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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(fā)表了題為“基于聚合物-分子半導(dǎo)體全有機復(fù)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(fù)合薄膜。這類全有機復(fù)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(yuǎn)超過目前最好的高溫聚合物及聚合物納米復(fù)合介電材料，并接近商業(yè)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(xiàn)了大面積、性能均勻的薄膜制備，為實現(xiàn)薄膜電容器在 200 攝氏度嚴(yán)酷溫度環(huán)境下應(yīng)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(yōu)點，在全球工業(yè)電容器市場占有率超過其它類型電容產(chǎn)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(shù)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(yè)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(shè)備功率不斷增大以及對小型化和緊湊型功率模塊的持續(xù)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(shè)備的技術(shù)瓶頸。 該論文采用了一種與前期方法截然不同的技術(shù)路線——利用有機光伏中電子受體材料的強得電子能力，實現(xiàn)了在高溫聚合物中構(gòu)筑深電荷陷阱。這種有機分子半導(dǎo)體型的電子受體材料具有極高的電子親和能，被廣泛應(yīng)用于有機光伏中激子在異質(zhì)結(jié)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(chǎn)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(dǎo)體制備了全有機復(fù)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(shù)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(fù)合體系解決了傳統(tǒng)有機-無機復(fù)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(zhì)和規(guī)模化制備等方面具有顯著優(yōu)勢。

儲能在新型電力系統(tǒng)中源、網(wǎng)、荷側(cè)發(fā)揮重要的作用，儲能規(guī)劃運行和安全管理是推廣儲能可靠、安全、經(jīng)濟運行的重要保障。本項目圍繞電力系統(tǒng)中不同應(yīng)用場景的源、荷特性，針對光伏電站棄光率高和預(yù)測合格率低的問題，結(jié)合電池儲能SOX(SOH、SOP及SOE)動態(tài)性能，進行能量管理優(yōu)化，提出了一種計算每個月光伏預(yù)測的合格率及懲罰成本的技術(shù)，可有效提升不同應(yīng)用場景的儲能安全性和系統(tǒng)經(jīng)濟性。 發(fā)電側(cè):提升預(yù)測精度，減小懲罰成本，多目標(biāo)優(yōu)化； 配網(wǎng)側(cè):可削峰填谷，提升分布式光伏消納； 負(fù)荷側(cè):成本低，收益大。

項目成果/簡介:作為一種新的太陽能電池電池技術(shù)，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(yōu)點；在應(yīng)用方面，可與當(dāng)前基于硅等的無機太陽能電池形成優(yōu)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(huán)境友好的優(yōu)點，在使用過程中以及使用后處理方面不會產(chǎn)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(wěn)定性是所以太陽能電池能否應(yīng)用的關(guān)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(jīng)獲得超過 1515%的效率，是有機太陽能電池領(lǐng)域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優(yōu)勢，有機材料分子結(jié)構(gòu)多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產(chǎn)業(yè)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(yè)化應(yīng)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(xiàn)。 本項目圍繞有機太陽能電池的關(guān)鍵材料開展系統(tǒng)研究，1）提出了新的材料設(shè)計理念，發(fā)展了系列具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的活性層材料；2）發(fā)展了成熟的高效率有機太陽能電池制備工藝技術(shù)，制備了系列高效率有機太陽能電池光伏器件，不斷刷新領(lǐng)域內(nèi)最高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應(yīng)用于有機太陽能電池，獲得了與目前常規(guī)透明電極，如 ITO，完全相當(dāng)性能。應(yīng)用范圍:目前有機太陽能電池正處在從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用的黎明階段，因其優(yōu)點和特點，在可穿戴設(shè)備、建筑一體化等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生巨大的需求市場。當(dāng)前國內(nèi)外多家實驗室已開展完全面向?qū)嶋H應(yīng)用的研究開發(fā)，隨著研究的不斷深入，有機太陽能電池的商品化生產(chǎn)應(yīng)用將會很快實現(xiàn)。效益分析:1. 具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(chǎn)權(quán)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(yīng)用了其它相關(guān)領(lǐng)域。

作為一種新的太陽能電池電池技術(shù)，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(yōu)點；在應(yīng)用方面，可與當(dāng)前基于硅等的無機太陽能電池形成優(yōu)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(huán)境友好的優(yōu)點，在使用過程中以及使用后處理方面不會產(chǎn)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(wěn)定性是所以太陽能電池能否應(yīng)用的關(guān)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(jīng)獲得超過 1515%的效率，是有機太陽能電池領(lǐng)域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優(yōu)勢，有機材料分子結(jié)構(gòu)多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產(chǎn)業(yè)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(yè)化應(yīng)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(xiàn)。 本項目圍繞有機太陽能電池的關(guān)鍵材料開展系統(tǒng)研究，1）提出了新的材料設(shè)計理念，發(fā)展了系列具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的活性層材料；2）發(fā)展了成熟的高效率有機太陽能電池制備工藝技術(shù)，制備了系列高效率有機太陽能電池光伏器件，不斷刷新領(lǐng)域內(nèi)最高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應(yīng)用于有機太陽能電池，獲得了與目前常規(guī)透明電極，如 ITO，完全相當(dāng)性能。

近年來，隨著環(huán)境和能源問題的日益加劇，太陽能以其清潔、可再生的優(yōu)勢引起了科研界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)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(nèi)發(fā)展迅猛，目前最高認(rèn)證光電轉(zhuǎn)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(tǒng)鹵化鉛的替代物，價格更為低廉。無需復(fù)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(yōu)越性。然而迄今為止，基于醋酸鉛前驅(qū)體的鈣鈦礦太陽能電池相比較于其它已經(jīng)報道的基于傳統(tǒng)鹵化鉛前驅(qū)體的平面結(jié)鈣鈦礦太陽能電池在轉(zhuǎn)換效率方面稍顯不足。

項目針對高效率、高均勻性微波能應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化的需求，深入開展了連續(xù)波高效率民用磁控管及微波能應(yīng)用系統(tǒng)的研究，提出了磁控管中非工作電流的概念，構(gòu)建了三維磁控管粒子模擬模型，突破了高效磁控管的關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化磁控管效率從74%提高到80%。發(fā)展了多物理場耦合模型改進了微波加熱的均勻性，在此基礎(chǔ)上首創(chuàng)了微波食品加熱的高效保濕技術(shù)，形成了價格提高30%以上的同類產(chǎn)品高端品牌。創(chuàng)立了“名校+名企”的分層次協(xié)同創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)與推廣應(yīng)用模式。經(jīng)過10年的工作，國內(nèi)市場占有率從7.9%提高到44%。獲授權(quán)發(fā)明專利4