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本項(xiàng)目采用隧道結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴(kuò)展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)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(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)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(yīng)和轉(zhuǎn)換效率不高(約6％)等。本項(xiàng)目在國家863計(jì)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(guān)材料的單結(jié)與疊層硅基太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)申請發(fā)明專利5項(xiàng)，發(fā)表科研論文20余篇。 三、創(chuàng)新點(diǎn)以及主要技術(shù)指標(biāo) 1.利用LPCVD方法和自擴(kuò)散技術(shù)生長多晶硅p-n結(jié)，結(jié)合層轉(zhuǎn)移技術(shù)制備多晶硅薄膜太陽能電池； 2．采用金屬誘導(dǎo)晶化和快速熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)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(shí)，通過生長溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數(shù)實(shí)現(xiàn)微晶硅或者納米晶薄膜的生長； 4.采用雙層膜技術(shù)減小表面處入射光的反射并實(shí)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(jié)結(jié)構(gòu)增加光生載流子的收集效率； 6.采用隧道結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴(kuò)展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及獲獎(jiǎng) 國家863項(xiàng)目(2006AA03Z219)

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(diào)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(yīng)溫度改變自身結(jié)構(gòu)和光學(xué)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(jìn)入房間的太陽輻射少，冬天進(jìn)入房間的太陽輻射多，從而保證房間舒適度的同時(shí)降低室內(nèi)制冷采暖能耗。 一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 宋炳坷 材料/微電子學(xué)與固體電子學(xué) 2016/2019 趙起 材料/微電子學(xué)與固體電子學(xué) 2016、2018 劉帥 管理/企業(yè)管理 2016/2019 徐志龍 材料/材料學(xué) 2017/2020 王子璇 材料/集成電路工程 2017/2020 肖智戈 管理/管理科學(xué)與工程 2017/2020 范煒 材料/材料學(xué) 2017/2020 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 高彥峰 材料/材料學(xué) 研究員 材料學(xué) 四、項(xiàng)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(diào)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(yīng)溫度改變自身結(jié)構(gòu)和光學(xué)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(jìn)入房間的太陽輻射少，冬天進(jìn)入房間的太陽輻射多，從而保證房間舒適度的同時(shí)降低室內(nèi)制冷采暖能耗。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)著眼于當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)，立足于建筑節(jié)能材料研究前沿，以本團(tuán)隊(duì)關(guān)鍵技術(shù)作為支撐，目前團(tuán)隊(duì)制備的VO2基智能窗相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先地位。由于產(chǎn)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(chǔ)建筑節(jié)能改造，因此具有可觀的應(yīng)用前景和積極的社會(huì)意義。

基本概念：航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫薄膜傳感器技術(shù)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(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)件（如渦輪葉片、機(jī)匣等）表面，并進(jìn)行絕緣、防護(hù)、圖形化，制成與結(jié)構(gòu)件一體化集成的薄膜傳感器。 主要功能與應(yīng)用領(lǐng)域：集成在結(jié)構(gòu)件表面的薄膜傳感器使結(jié)構(gòu)件能夠感知溫度、應(yīng)力應(yīng)變、振動(dòng)、熱流、摩擦阻力等狀態(tài)參數(shù)，能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、高速、強(qiáng)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(jié)構(gòu)示意圖 圖2 渦輪葉片上的薄膜傳感器 特色及先進(jìn)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(jié)構(gòu)件表面的薄膜傳感器不破壞結(jié)構(gòu)件的力學(xué)強(qiáng)度，不影響結(jié)構(gòu)件的工作環(huán)境（如流場等），厚度僅約30μm，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、精度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前世界上航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、高速、強(qiáng)氧化氣流沖刷惡劣環(huán)境下的先進(jìn)測試技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)：最高工作溫度1100℃，測試精度優(yōu)于5%，900℃下壽命>10hr。 能為產(chǎn)業(yè)解決的關(guān)鍵問題和實(shí)施后可取得的效果：本成果目前主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、燃燒室火焰筒、燃燒室冷卻試驗(yàn)件、燃燒室機(jī)匣、渦輪機(jī)匣、渦輪盤等高溫結(jié)構(gòu)部件表面的狀態(tài)參數(shù)測量，如溫度測量、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、強(qiáng)度疲勞評估等，解決當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫結(jié)構(gòu)部件的健康監(jiān)測難題。此外，本成果能夠推廣用于核電、燃?xì)廨啓C(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫零部件狀態(tài)參數(shù)的測量和健康監(jiān)測，推廣應(yīng)用前景廣闊。

該項(xiàng)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(shè)備，成本較高；電化 學(xué)方法沉積PbTe薄膜成本相對較低，但缺點(diǎn)在于必須使用導(dǎo)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(xué)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(shè)備，或者采用了復(fù)雜的儀器和涉及冗長的工藝，或者由于引入 大量有機(jī)物給后處理及環(huán)境保護(hù)帶來難題。 本項(xiàng)目提出以堿性水溶液作為溶劑，以成本低廉的含鉛無機(jī)鹽和碲化物或亞碲酸鹽 作為反應(yīng)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(diào)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(jià)比高，幾乎無能耗，反應(yīng)介質(zhì)為容易 凈化處理的水溶液，利于環(huán)保。 

本發(fā)明屬于碲化鉛（PbTe）薄膜和納米粉體的制備方法領(lǐng)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(jī)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(shí)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(chǎn)物粒徑小，粒度分布均勻，并可通過控制反應(yīng)溫 度來控制粒徑大小。整個(gè)工藝使用的原料便宜易得，工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)， 同時(shí)反應(yīng)過程中避免使用有機(jī)溶劑，有利于環(huán)保。合成的 PbTe 薄膜和納米粉體可廣泛 應(yīng)用于熱電器件、太陽能電池、熒光器件、紅外光學(xué)元件、紅外薄膜器件和半導(dǎo)體探測 器等，應(yīng)用前景廣闊。

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(fù)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?xiàng)l件下即可快速進(jìn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定；厚度精確可控，膜厚可在納米和微米尺度進(jìn)行自由調(diào)控；對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有良好的抗菌作用。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 將太陽能轉(zhuǎn)換為電能是目前各國研究的重點(diǎn), 它具有清潔、不需要燃料、能 廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)。由于成本低，轉(zhuǎn)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(shù)和光電轉(zhuǎn)換材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn), 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(yīng)用于染料敏化 太陽能電池（DSSC）的制備，但因 TiO2 薄膜結(jié)構(gòu)缺陷的存在，不利于電子的傳 輸，制約了光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高，可通過制備 TiO2/ZnO 復(fù)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(jìn)行 敏化處理可進(jìn)一步降低成本，簡化工藝流程。該項(xiàng)目成果具有成本低，生產(chǎn)工藝 93天津大學(xué)科技成果選編 94 簡單，生產(chǎn)過程中無污染等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)硅電池具有更為廣泛的用途，可實(shí)現(xiàn)太 陽能電池的輕量化、薄膜化，并易于設(shè)計(jì)成不同形狀以滿足不同使用環(huán)境的需要。 技術(shù)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(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電 解液、導(dǎo)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(shí)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(fù)合的多孔薄膜傳導(dǎo)出來。 本項(xiàng)目采用溶膠凝膠法制備 TiO2/ZnO 復(fù)合薄膜，染料敏化太陽能電池的主要制 備過程如下：技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況：實(shí)驗(yàn)室成熟階段 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測： 生產(chǎn)成本較低，僅為硅太陽能的 1/5~1/10，且使用壽命較長，如進(jìn)一步提高 光電轉(zhuǎn)換效率，可逐步取代硅太陽能電池。 應(yīng)用領(lǐng)域：太陽能發(fā)電站、電子設(shè)備、太陽能建筑等，逐步取代硅太陽能電池

金剛石薄膜涂層硬質(zhì)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(yīng)于復(fù)雜形狀工具襯底沉積、以及可能大批量沉積等優(yōu)點(diǎn), 具有非常好的市場前景。 金剛石薄膜涂層硬質(zhì)合金工具開發(fā)的關(guān)鍵是解決金剛石薄膜在硬質(zhì)合金襯底上的生長(沉積)和良好附著的技術(shù)。本項(xiàng)目成果采用獨(dú)特的襯底預(yù)處理和優(yōu)化的金剛石膜沉積工藝已經(jīng)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(zhì)合金工具襯底所沉積的金剛石膜涂層厚度最大可達(dá)20～30?m。用洛氏硬度壓痕法評定的金剛石膜附著力時(shí)的無裂紋臨界載荷達(dá)1500N以上。在銑削Al-12wt%Si合金時(shí), 金剛石薄膜涂層的YG6銑刀比未涂層硬質(zhì)合金刀片使用壽命可提高20倍以上。 本成果基于我們已經(jīng)取得的兩項(xiàng)關(guān)于金剛石膜低溫沉積技術(shù)和硬質(zhì)合金襯底激光預(yù)處理技術(shù)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(xiàng)關(guān)于使用特殊鈷化物過渡層提高金剛石薄膜附著力的技術(shù)(已申請發(fā)明專利, 申請?zhí)? 99107912.4, 01130903.2)。此外, 本項(xiàng)目組正在進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)的研究開發(fā), 原型設(shè)備研制已接近完成, 其特點(diǎn)是摒棄通常CVD設(shè)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(shè)備的目標(biāo)是一次涂覆可轉(zhuǎn)位刀片(或鉆頭)300只以上。 本項(xiàng)目成果可用于開發(fā)各種金剛石薄膜涂層硬質(zhì)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(yīng)用。

隨著光學(xué)器件在日常生活領(lǐng)域越發(fā)廣泛地應(yīng)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(jí)光電制造中的潛在應(yīng)用，HRIPs已經(jīng)吸引了相當(dāng)多的關(guān)注，例如先進(jìn)顯示設(shè)備的高性能基底，用于有機(jī)發(fā)光二極管顯示器，光學(xué)黏合劑或密封膠材料，高級(jí)光學(xué)應(yīng)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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(shí)際應(yīng)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(jī)納米粒子和有機(jī)高分子基體組成的納米復(fù)合材料可以輕易地獲得高的折光指數(shù)。本項(xiàng)目將高折射率的無機(jī)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(xué)薄膜，且通過對無機(jī)粒子和聚合物基體間的界面設(shè)計(jì)，使得無機(jī)粒子少量填充即可獲得高折射率光學(xué)薄膜。具有核心技術(shù)（自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)），發(fā)明專利1項(xiàng)，獲得上海市自然科學(xué)基金資助。