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南科大材料系太阳能技术与系统实验室

发布日期:2020-04-27

总体介绍

太阳能技术与系统实验室成立于2013年,现有团队成员20人。

研究方向:

致力于开发系统整体转换效率超过30%的太阳能全光谱集成发电技术。研究方向主要包括:尤其专注于材料、器件和系统的界面物理化学的研究。其中主要包括:1)高转换效率的新型光伏电池;2)界面载流子传输与复合;3)基于纳米光学的界面光热转化;4)有机无机杂化相变储热材料;5)光伏与光热的协同发电技术。

研究成果:

在半导体和光伏基础知识发现方面

1)首次采用表面探针技术从实验上证实了有机分子与无机氧化物纳米晶之间的电荷转移,实现了F6TCNNQ分子对氧化镍的p型掺杂,(Adv. Mater. 2018, 30, 1800515)和TPPO分子对氧化锡的n型掺杂。(Adv. Mater. 2019, 31, 1805944)

2)采用吸收边1000nm有机光伏半导体分子组成的三元D-A共轭异质结作为电子传输层,首次提出了挑战Shockley-Queisser转换效率极限的新型钙钛矿单结光伏电池结构策略。(ACS Energy Lett. 2019, 4, 2535)其全新的机理有待进一步挖掘。

在高效新型光伏电池技术创新方面

1)发展了金属卤化物钙钛矿新型光伏电池技术,尤其是以无机氧化镍为空穴传输层的反式平面结钙钛矿电池技术。其转换效率达到22%,为全球当前最高效率值之一。器件效率和稳定性还将不断提升。

2)发展了钙钛矿/晶体硅叠层电池技术,转换效率超过25%,为钙钛矿电池技术商业化打下坚实基础。

3)发展了非铅钙钛矿光伏技术,甲眯锡基钙钛矿电池转换效率达到9%,锡基非铅钙钛矿器件效率将进一步提升。

在光热转化与存储技术创新方面

1)基于原位光学光谱技术,首次揭示了中低温(≤300℃)相变储热材料的体吸收光热转换与传热机制,为基于廉价相变材料的普适性光热应用开辟了新的方向。基于廉价分子结构调控,将有更多新奇的现象和新颖的机制被逐步挖掘。

2)基于大面积的低温等离子体技术,获得低成本的,极具商业前景的纳米光热转换材料和器件技术。

自2015年以来,截至目前,在材料和能源领域知名期刊上发表SCI收录论文60余篇,发表论文数保持逐年增长态势,2019年更是超过20篇。以通讯作者发表知名期刊包括Advanced Materials (4篇)、Advanced Energy Materials(3篇)、ACS Energy Letters (1篇)、Advanced Functional Materials (2篇)、Journal of Material Chemistry A (3篇)、Chemistry of Materials (1篇)、Journal of Physical Chemistry Letter (1篇)、Advanced Optical Materials (1篇)、Solar RRL(2篇)、Solar Energy Materials and Solar Cells (2篇)等。课题组带头人何祝兵副教授累计发表SCI论文80余篇,他引超过3000次, H指数28,两篇论文被列为高被引论文。授权中国发明专利10项。

科研项目及经费:

曾主持完成国家863计划课题1项、1项国家自然科学基金青年项目和1项深圳市孔雀创新项目、1项深圳市学科布局项目、1个深圳市重点实验室平台项目。现主持1项国自然面上项目(2018-2021),1项科技部中国-克罗地亚双边合作项目(2018-2019)、1项深圳市学科布局项目(2019-2022),还以骨干身份参与国家重大研发计划纳米专项项目1项(2016-2021)。主持项目经费超过1300万元。

实验平台及主要设备:

实验室拥有先进的复合光学镀膜系统、等离子体增强化学气相沉积系统、四源磁控溅射系统、热蒸发等薄膜物理沉积设备,手套箱等材料合成与器件制备平台。实验室还建成包括爱丁堡荧光磷光寿命测试仪、牛津仪器原子力显微镜、Newport 3A太阳能模拟器、Keithley 4200SCS半导体分析测试仪、Zahr阻抗分析仪等光电材料和器件表征平台。实验室还购买了FDTD光学、多场耦合COMSOL、ReaxFF分子动力学等模拟软件。设备价值总额超过1000万元。

社会需求:

太阳光在过去的50亿年里,质量只损失了0.03%。所以太阳光可以说是用之不竭的可再生清洁能源。据国际能源署(IEA)预测,到2050年,全球电力消耗将超过50万亿度,是2014年的两倍,太阳能发电的占比将从2014年的2%提高到17%。同时为应对全球雾霾等气候恶化及生态可持续发展危机,太阳能发电技术将迎来巨大的市场空间。

在太阳光的全光谱范围,目前单结太阳能电池转换效率的理论极限约为30%,因此太阳能光谱中有超过50%的能量无法得到有效利用。在光伏电池转换效率提升空间有限的情况下,如何充分利用太阳光全光谱的能量,提高整个太阳能发电系统的转换效率,显得尤为重要而迫切。太阳能全光谱发电技术正是解决这一需求缺口,真正带来能源革命的崭新技术。其基本思想是将光伏和光热有机结合起来,通过光伏发电直接转化为电能,而将其他光谱部分大量的光子聚集并照射到光热介质上,转换为热能并储存起来,在需要的时候通过热发电,以增强整个系统发电的稳定性和能量调度能力,可以更好的匹配电网要求。


实验室团队

实验室带头人:何祝兵副教授

实验室骨干:于彬彬(研究助理教授)、应智琴(研究助理)、廖敏(研究助理)、张政(研究助理)、马苏曼(研究助理)、刘菂(访问学生)

在读研究生:朱煜东、冯溪渊、修京伟、杜争、张旭升、陈国聪、刘沙、杜彦召、胡先锋、王邑宇

在读本科生:刘诗宇、汤兆恒、成天乐

科研事务秘书:杨菊


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