研究方向

研究方向和研究内容

重点实验室将真空薄膜技术与新能源材料相结合，开展以下三个大的研究方向，包括前沿真空薄膜技术与工艺，能源转化材料与器件，和能源存储材料与器件。遵循从材料制备工艺走向两大应用方向的主线，其层次关系如下图。

图-研究方向

各方向的具体建设内容为：

（1）前沿真空薄膜技术与工艺

该方向包括新型镀膜技术的开发和新型薄膜的制备和表征。

钙钛矿太阳能电池的基础原理是光伏效应，有机-无机杂化钙钛矿薄膜具有极强的光吸收能力和双极性载流子输运性质，基于这种薄膜的全新太阳能电池引起了人们的极大关注。重点研究真空制备工艺、能级对齐对钙钛矿薄膜及其太阳能电池性能的影响，揭示有机受体与钙钛矿材料间界面电荷转移关系的机理，改善电池性能。

自清洁表面技术通过真空镀膜、等离子体改性等工艺在材料表面制备超亲水、超疏水、纳米多孔结构或半导体光催化薄膜，使其具有防污、防雾、防指纹、防尘等功能。开展材料配方工艺和耐久性试验评估，解决现有的自清洁技术耐候性不佳的问题。

纳米薄膜的输运性质的计算采用层间声子散射机制，研究石墨烯厚度与热导率的关系，解释石墨烯高热导率的物理机制；通过设计不同厚度的碳薄膜材料来实现可观的热整流效应；通过构建多通道石墨烯薄膜，设计具有热控制功能的器件，如热放大器、纳米热泵、纳米热流阀等。

有机发光器件在平板显示和照明领域具有重要的应用潜力，重点研究高效新型蓝光材料，通过材料结构设计、界面调控、激子快速复合增强、器件结构优化等方式，进一步提高器件效率，器件达到在连续电激发下寿命超过上万小时。

（2）能源转化材料与器件

该方向包括太阳能电池、燃料电池、热电材料等研究内容。

染料敏化太阳能电池是通过半导体纳米材料吸附染料分子后在光照条件下产生电流。重点研究用于增强染料敏化太阳能电池光电转换效率的异质结材料，揭示基于异质结电子空穴快速分离过程、微米管陷光效应和微纳米分级结构降阻增效效应对染料敏化太阳能电池光电转换效率的增强机制。

基于共轭聚合物材料的聚合物太阳能电池，通过新材料合成、新型器件结构设计、界面修饰优化等方式提高器件的光电性能和稳定性，并采用刮膜、喷涂等多种技术研究适用于工业化生产的大面积成膜聚合物太阳能电池器件，获得和解决相关研究的关键技术和难点。

硅基纳米结构异质结太阳电池是通过在硅表面制备纳米陷光异质结来获得更加有效的光电转换效率的太阳电池。重点研究硅/氧化物、硅/石墨烯异质纳米结构的构建，通过界面修饰、材料掺杂和缺陷的精确调控，优化异质界面的能带结构，提高异质结界面光吸收和电荷分离的效率。

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。从载体材料入手，研究制备源自新型前驱体的碳载体，采用分布合成法负载金属和氮，增加动态形成的微孔量，提高产品的石墨化程度，改善催化层的传质性能，达到提高非贵金属催化剂活性和稳定性的目的。

热电材料是利用固体中载流子的电声输运及其相互作用实现热能和电能直接转换的新能源材料，是固态致冷和温差发电技术的核心材料。运用微波加热技术规模制备机械性能优良的室温热电材料，开辟一条节能高效规模制备碲化铋基热电材料的技术路线，促进产业升级。

（3）能源存储材料与器件

该方向包括超级电容器、锂离子电池等研究内容。

超级电容器又名电化学电容器，主要依靠纳米电极材料表面的物理或者化学反应实现电荷存储，表面积越大则储能能力越大。重点研究新型衬底上的氧化物纳米材料的可控制备，高性能过渡金属氧化物材料的设计，储能机理的定量分析方法，研发柔性或透明的新型赝电容器件，赝电容性能评价标准的建立等。

锂离子电池是一种比能量/比功率高、自放电小、环境友好的储能器件。目前锂离子电池面临的问题是如何进一步提高其比能量。解决这一问题的关键在于电极材料的研究。本研究方向将专注于锂离子电池正负极材料研究。

锂电模方面，采用第一性原理和分子动力学方法，着重研究硅纳米材料和MoS2/graphene 复合纳米材料等新型高容量电极材料的锂离子嵌入、脱出和输运机制，以及结构相变机理，从分子和电子层次揭示影响电极材料电压、循环和倍率性能的关键因素，为实验设计和制备新型电极材料提供具体理论指导。