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硅基薄膜太陽能電池制備技術
本項目采用隧道結技術實現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉換效率。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、成果簡介
太陽能是大自然賜予人類最清潔，最豐富的能源資源，目前商用的太陽能電池以晶體硅電池為主，由于晶體硅消耗硅料較多，近年來人們一直致力于開發(fā)硅薄膜電池。非晶硅薄膜電池已經實現(xiàn)了商業(yè)化生產并有了一定的市場份額，但它仍存在不足之處，包括光致衰減效應和轉換效率不高(約6％)等。本項目在國家863計劃課題(2006AA03Z219)支持下，開展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和納米晶薄膜的制備和相關材料的單結與疊層硅基太陽能電池關鍵技術研究，已經申請發(fā)明專利5項，發(fā)表科研論文20余篇。
三、創(chuàng)新點以及主要技術指標
1.利用LPCVD方法和自擴散技術生長多晶硅p-n結，結合層轉移技術制備多晶硅薄膜太陽能電池；
2．采用金屬誘導晶化和快速熱處理技術實現(xiàn)優(yōu)質多晶硅薄膜的制備并在低溫下制備太陽能電池；
3.在PECVD和HWCVD生長硅薄膜時，通過生長溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數(shù)實現(xiàn)微晶硅或者納米晶薄膜的生長；
4.采用雙層膜技術減小表面處入射光的反射并實現(xiàn)表面鈍化，提高入射光的收集率和少數(shù)載流子壽命；
5.采用高低結結構增加光生載流子的收集效率；
6.采用隧道結技術實現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉換效率。
四、知識產權及獲獎
國家863項目(2006AA03Z219)
南京航空航天大學
2022-08-12
適用于綠色建筑的智能控溫薄膜
通過對建筑物窗體的研究，自主研發(fā)出一種能夠智能控制調節(jié)溫度的VO2智能控溫薄膜及其鍍膜玻璃，是一種可以響應溫度改變自身結構和光學性能的材料，可以使得窗體對太陽光輻射的反射率和透射率隨外界溫度的改變而發(fā)生變化，在可見光保持一定透過率（>50%）的前提下，使得夏天進入房間的太陽輻射少，冬天進入房間的太陽輻射多，從而保證房間舒適度的同時降低室內制冷采暖能耗。
一、項目進展
創(chuàng)意計劃階段
二、負責人及成員
姓名
學院/所學專業(yè)
入學/畢業(yè)時間
宋炳坷
材料/微電子學與固體電子學
2016/2019
趙起
材料/微電子學與固體電子學
2016、2018
劉帥
管理/企業(yè)管理
2016/2019
徐志龍
材料/材料學
2017/2020
王子璇
材料/集成電路工程
2017/2020
肖智戈
管理/管理科學與工程
2017/2020
范煒
材料/材料學
2017/2020
三、指導教師
姓名
學院/所學專業(yè)
職務/職稱
研究方向
高彥峰
材料/材料學
研究員
材料學
四、項目簡介
通過對建筑物窗體的研究，自主研發(fā)出一種能夠智能控制調節(jié)溫度的VO2智能控溫薄膜及其鍍膜玻璃，是一種可以響應溫度改變自身結構和光學性能的材料，可以使得窗體對太陽光輻射的反射率和透射率隨外界溫度的改變而發(fā)生變化，在可見光保持一定透過率（>50%）的前提下，使得夏天進入房間的太陽輻射少，冬天進入房間的太陽輻射多，從而保證房間舒適度的同時降低室內制冷采暖能耗。該產品設計著眼于當前最先進的技術，立足于建筑節(jié)能材料研究前沿，以本團隊關鍵技術作為支撐，目前團隊制備的VO2基智能窗相關技術指標均處于世界領先地位。由于產品綠色友好，環(huán)保節(jié)能，適用于溫帶和熱帶絕大部分地區(qū)的建筑建造以及城市基礎建筑節(jié)能改造，因此具有可觀的應用前景和積極的社會意義。
上海大學
2022-08-12
航空發(fā)動機高溫薄膜傳感器技術
基本概念：航空發(fā)動機高溫薄膜傳感器技術是將溫度、壓力等敏感材料以薄膜的形式沉積在航空發(fā)動機高溫結構件（如渦輪葉片、機匣等）表面，并進行絕緣、防護、圖形化，制成與結構件一體化集成的薄膜傳感器。 主要功能與應用領域：集成在結構件表面的薄膜傳感器使結構件能夠感知溫度、應力應變、振動、熱流、摩擦阻力等狀態(tài)參數(shù)，能在航空發(fā)動機高溫、高速、強氧化氣流沖刷的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。 圖1 薄膜傳感器結構示意圖 圖2 渦輪葉片上的薄膜傳感器 特色及先進性：與埋入、粘貼、焊接的傳統(tǒng)傳感器相比，采用薄膜形式集成在結構件表面的薄膜傳感器不破壞結構件的力學強度，不影響結構件的工作環(huán)境（如流場等），厚度僅約30μm，具有靈敏度高、響應速度快、精度高、可靠性好的優(yōu)點，是當前世界上航空發(fā)動機高溫、高速、強氧化氣流沖刷惡劣環(huán)境下的先進測試技術。 技術指標：最高工作溫度1100℃，測試精度優(yōu)于5%，900℃下壽命>10hr。 能為產業(yè)解決的關鍵問題和實施后可取得的效果：本成果目前主要應用于航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室火焰筒、燃燒室冷卻試驗件、燃燒室機匣、渦輪機匣、渦輪盤等高溫結構部件表面的狀態(tài)參數(shù)測量，如溫度測量、應力應變監(jiān)測、強度疲勞評估等，解決當前航空發(fā)動機高溫結構部件的健康監(jiān)測難題。此外，本成果能夠推廣用于核電、燃氣輪機、汽車發(fā)動機、陶瓷發(fā)動機等高溫零部件狀態(tài)參數(shù)的測量和健康監(jiān)測，推廣應用前景廣闊。
電子科技大學
2021-04-10
碲化鉛薄膜和納米粉體的同步制備方法
該項目為制備碲化鉛薄膜與納米顆粒的新工藝。目前，PbTe薄膜通常采用真空蒸鍍、 激光閃蒸、磁控濺射等物理方法制備，這些方法采用昂貴的鍍膜設備，成本較高；電化 學方法沉積PbTe薄膜成本相對較低，但缺點在于必須使用導電基片，適用范圍較窄。PbTe 納米顆粒大多采用水熱法或溶劑熱法、電化學法、乳液法等方法合成，這些方法在合成 過程中或者涉及了高壓設備，或者采用了復雜的儀器和涉及冗長的工藝，或者由于引入 大量有機物給后處理及環(huán)境保護帶來難題。 本項目提出以堿性水溶液作為溶劑，以成本低廉的含鉛無機鹽和碲化物或亞碲酸鹽 作為反應物，在常壓、室溫至 50o C 同步合成 PbTe 薄膜和納米顆粒，制備的薄膜平整致 密且對基片無特殊要求，納米顆粒尺度均一且可隨溫度調節(jié)。與其他現(xiàn)有的 PbTe 薄膜 與納米粉體制備方法相比，該方法簡單易行，性價比高，幾乎無能耗，反應介質為容易 凈化處理的水溶液，利于環(huán)保。
同濟大學
2021-04-11
碲化鉛薄膜和納米粉體的同步制備方法
本發(fā)明屬于碲化鉛（PbTe）薄膜和納米粉體的制備方法領域。本發(fā)明公開了一種 PbTe 薄膜和納米粉體的低溫水溶液同步合成方法，該方法以含鉛的無機鹽與二氧化碲或亞碲 酸鈉為原料，以硼氫化鉀或硼氫化鈉為還原劑，在室溫至 50 o C 堿性水溶液下同時合成 PbTe 薄膜和納米粉末。本發(fā)明首次在低于 100 o C 且常壓下合成 PbTe 薄膜與納米粉體， 制備的薄膜平整、致密、均勻；粉末產物粒徑小，粒度分布均勻，并可通過控制反應溫 度來控制粒徑大小。整個工藝使用的原料便宜易得，工藝簡單，容易實現(xiàn)規(guī)模化生產， 同時反應過程中避免使用有機溶劑，有利于環(huán)保。合成的 PbTe 薄膜和納米粉體可廣泛 應用于熱電器件、太陽能電池、熒光器件、紅外光學元件、紅外薄膜器件和半導體探測 器等，應用前景廣闊。
同濟大學
2021-04-11
一種超薄抗菌水凝膠薄膜的制備方法
本發(fā)明公開了一種超薄抗菌水凝膠薄膜的制備方法，首先將組分A與緩沖溶液混合，得到共聚物溶液Ⅰ，將組分B與緩沖溶液混合，得到共聚物溶液Ⅱ；然后將基底依次浸入濃硫酸/過氧化氫混合溶液、硅烷偶聯(lián)劑溶液中；取出后再依次浸入共聚物溶液Ⅰ和共聚物溶液Ⅱ中，重復該步若干次得到所述的超薄抗菌水凝膠薄膜；所述的組分A為主鏈含多雙鍵的聚合物，所述的組分B為主鏈含多巰基的聚合物。本制備方法無需催化劑，在生理條件下即可快速進行，具有良好的生物相容性和可操作性；制備的水凝膠薄膜在鹽溶液中結構穩(wěn)定；厚度精確可控，膜厚可在納米和微米尺度進行自由調控；對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有良好的抗菌作用。
浙江大學
2021-04-11
色素（染料）敏化復合薄膜太陽能電池
成果與項目的背景及主要用途： 將太陽能轉換為電能是目前各國研究的重點, 它具有清潔、不需要燃料、能 廣泛的應用于各個領域等優(yōu)點。由于成本低，轉化效率高，染料敏化納米晶太陽 能電池近年來成為納米技術和光電轉換材料研究領域的熱點, 其發(fā)展可解決硅 電池原材料緊缺的問題，具有很廣闊的發(fā)展前景。二氧化鈦廣泛應用于染料敏化 太陽能電池（DSSC）的制備，但因 TiO2 薄膜結構缺陷的存在，不利于電子的傳 輸，制約了光電轉換效率的進一步提高，可通過制備 TiO2/ZnO 復合薄膜解決這 一問題。采用天然色素（黑果枸杞色素和河湟紅花黃色素）或染料對光陽極進行 敏化處理可進一步降低成本，簡化工藝流程。該項目成果具有成本低，生產工藝 93天津大學科技成果選編 94 簡單，生產過程中無污染等優(yōu)點，比傳統(tǒng)硅電池具有更為廣泛的用途，可實現(xiàn)太 陽能電池的輕量化、薄膜化，并易于設計成不同形狀以滿足不同使用環(huán)境的需要。 技術原理與工藝流程簡介： 染料敏化太陽能電池主要是由納米晶半導體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電 解液、導電基底以及對電極等幾部分組成的。染料敏化太陽能電池的原理是源于 光合作用的啟發(fā)，其具體實現(xiàn)的方式是通過染料分子吸收太陽光中的光能，從而 激發(fā)染料分子中的電子變成受激發(fā)的狀態(tài)，通過與之復合的多孔薄膜傳導出來。 本項目采用溶膠凝膠法制備 TiO2/ZnO 復合薄膜，染料敏化太陽能電池的主要制 備過程如下：技術水平及專利與獲獎情況：實驗室成熟階段 應用前景分析及效益預測： 生產成本較低，僅為硅太陽能的 1/5~1/10，且使用壽命較長，如進一步提高 光電轉換效率，可逐步取代硅太陽能電池。 應用領域：太陽能發(fā)電站、電子設備、太陽能建筑等，逐步取代硅太陽能電池
天津大學
2021-04-11
柔性輕質鈣鈦礦薄膜太陽能電池
西安交通大學
2021-04-10
金剛石薄膜涂層硬質合金工具開發(fā)
金剛石薄膜涂層硬質合金工具由于性能優(yōu)異、成本相對較低(與PCD和金剛石厚膜釬焊工具相比、可以適應于復雜形狀工具襯底沉積、以及可能大批量沉積等優(yōu)點, 具有非常好的市場前景。 金剛石薄膜涂層硬質合金工具開發(fā)的關鍵是解決金剛石薄膜在硬質合金襯底上的生長(沉積)和良好附著的技術。本項目成果采用獨特的襯底預處理和優(yōu)化的金剛石膜沉積工藝已經解決了Co對金剛石膜生長和附著的有害影響問題。在YG類硬質合金工具襯底所沉積的金剛石膜涂層厚度最大可達20～30?m。用洛氏硬度壓痕法評定的金剛石膜附著力時的無裂紋臨界載荷達1500N以上。在銑削Al-12wt%Si合金時, 金剛石薄膜涂層的YG6銑刀比未涂層硬質合金刀片使用壽命可提高20倍以上。 本成果基于我們已經取得的兩項關于金剛石膜低溫沉積技術和硬質合金襯底激光預處理技術的發(fā)明專利(ZL 91 1 02584.7, ZL 93 1 19434.2 ), 以及最近完成的另外二項關于使用特殊鈷化物過渡層提高金剛石薄膜附著力的技術(已申請發(fā)明專利, 申請?zhí)? 99107912.4, 01130903.2)。此外, 本項目組正在進行工業(yè)化生產設備和技術的研究開發(fā), 原型設備研制已接近完成, 其特點是摒棄通常CVD設備的平面沉積方式, 采用立體(空間)沉積方式, 因此可以一次沉積大量工件。最終工業(yè)化設備的目標是一次涂覆可轉位刀片(或鉆頭)300只以上。 本項目成果可用于開發(fā)各種金剛石薄膜涂層硬質合金工具和模具, 以及其它需要解決極度耐磨或降低摩擦的應用。
北京科技大學
2021-04-11
高折射率有機-無機納米復合光學薄膜
隨著光學器件在日常生活領域越發(fā)廣泛地應用，對其新功能的需求也加大，其中高折射率材料的研究也越來越多,特別是高折射率聚合物（HRIP）。近來，由于其在高級光電制造中的潛在應用，HRIPs已經吸引了相當多的關注，例如先進顯示設備的高性能基底，用于有機發(fā)光二極管顯示器，光學黏合劑或密封膠材料，高級光學應用中的減反射涂層，193-nm浸潤蝕刻光阻劑，和微透鏡組件中的電荷耦合式裝置以及互補金屬氧化物半導體圖像傳感器。然而，一般普通聚合物的折光指數(shù)的范圍在1.30～1.70之間，但是在實際應用中要求更高的折光指數(shù)（大于1.70，甚至 1.80）。由高折射率無機納米粒子和有機高分子基體組成的納米復合材料可以輕易地獲得高的折光指數(shù)。本項目將高折射率的無機納米粒子炭黑、二氧化硅、二氧化鈦等添加到各種聚合物基體中，獲得高折射率光學薄膜，且通過對無機粒子和聚合物基體間的界面設計，使得無機粒子少量填充即可獲得高折射率光學薄膜。具有核心技術（自主知識產權），發(fā)明專利1項，獲得上海市自然科學基金資助。
華東理工大學
2021-04-11