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東北大學2022年第十四批科研設備采購項目

本發明涉及一種納米結構的氧化亞銅基PIN結太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池結構包括：襯底；P型氧化亞銅納米線陣列，該P型氧化亞銅納米線陣列生長在襯底上；絕緣層，該絕緣層沉積在P型氧化亞銅納米線陣列表面；N型層，該N型層填充在絕緣層外并且形成一層薄膜；N型歐姆電極，該N型歐姆電極制作在N型層上；P型歐姆電極，該P型歐姆電極制作在P型氧化亞銅納米線陣列層上。本發明中納米線陣列結構可提高電池的結面積，減小載流子的擴散距離，PIN結構可有效增大耗盡層寬度，大大提高載流子的分離和收集效率，從而提高太陽能電池的能量轉換效率。本發明采用的原料豐富、廉價、無污染，采用的制備方法有電化學沉積法、磁控濺射法及電子束蒸發法，都可以大規模應用于工業生產中，有廣闊的發展前景。

課題組開展形狀記憶聚合物及其復合材料結構的研究，自主研發了適用于航天環境的多種類、不同系列的形狀記憶聚合物材料，這些材料能滿足高低軌道等不同極端空間環境的需求。與形狀記憶合金不同，形狀記憶聚合物是一種激勵響應聚合物材料（圖1），具有主動可控大變形（20%-500%）、驅動方式多樣、剛度可變等特性，可被設計成集驅動與承載功能一體化的部件，結構簡單，可靠性高，未來有望部分替代復雜的機電驅動系統。本次搭載的“基于形狀記憶聚合物智能復合材料結構的可展開柔性太陽能電池系統”主要包括哈工大研制的形狀記憶復合材料鎖緊釋放機構、形狀記憶聚合物復合材料可展開梁和上海空間電源研究所研制的柔性太陽能薄膜電池。基于復合材料力學理論和結構精細化設計，形狀記憶聚合物復合材料結構可以實現柔性太陽能電池的鎖緊、釋放和展開，及展開后高剛度可承載等功能。

新能源學院趙學波教授領銜的氫能團隊在具有工業應用前景的丙烷氧化脫氫制丙烯高性能催化劑研究方面取得新進展，相關論文《含硼金屬有機框架化合物衍生的球形超結構氮化硼納米片》（A Spherical Superstructure of Boron Nitride Nanosheets Derived from Boron-Contained Metal-Organic Frameworks）在國際化學領域頂級期刊Journal of the American Chemical Society發表。我校2016級博士生曹磊、新能源學院代鵬程副教授為該論文共同第一作者，新能源學院趙學波教授、代鵬程副教授、昆士蘭大學Yusuke Yamauchi教授為共同通訊作者，中國石油大學（華東）為第一署名單位。 丙烯是極為重要的大宗化工基礎原料，后續衍生出的眾多有機化工產品在建筑、汽車、包裝紡織等領域有廣泛應用。近年來隨著丙烯下游產業規模的迅速擴張，傳統的丙烯來源已無法滿足市場需求，因而亟需開發新的丙烯來源。丙烷氧化脫氫制丙烯具有底物轉化率高、工藝能耗低和無積碳不易失活等優勢，極具工業應用前景。但是由于產物丙烯容易與氧化劑發生過度氧化，降低了目標產物的選擇性，從而讓丙烷氧化脫氫工藝一直無法達到工業化的要求。因此，開發一種高效催化劑，抑制過度氧化，提升產物中丙烯的選擇性是推動丙烷氧化脫氫發展最直接有效的手段。 氮化硼是目前烯烴選擇性最高的丙烷氧化脫氫催化劑，但是單程烯烴收率離工業化需求仍有一定差距。通過可控合成提高活性物種在氮化硼表面的含量和分散度是一種提升催化性能的有效途徑。構建分層的三維結構，尤其是基于二維氮化硼納米片為基本單元的球狀三維結構，有助于提高邊緣活性物種的含量。除豐富的邊緣活性位點外，特殊的三維球狀結構促使反應混合氣沿著球面進行有效地擴散并充分與活性位接觸，提高催化劑的催化活性。然而迄今為止，如何控制氮化硼納米片自組裝形成三維球狀超結構仍是一個充滿挑戰性的工作。 針對上述問題，研究人員以金屬有機框架化合物（MOFs）為前驅體，通過溶劑熱轉換的方式制備了三維球形超結構MOFs納米片（SS-MOFNSs），并進一步以SS-MOFNSs為自犧牲模板，制備了球形超結構氮化硼納米片（SS-BNNSs）催化劑。 SS-BNNSs在丙烷氧化脫氫反應中表現出了優異的催化性能，510 ºC的操作溫度下，產物中烯烴的收率達到了40.2%（丙烯，27.8%；乙烯，12.4%），遠超商業化的氮化硼納米片（丙烯，23.8%；乙烯，8.6%）和高比表面積的氮化硼纖維（丙烯，20.7%；乙烯，10.2%）。通過系統的表征可以發現，SS-BNNSs表面富含B-OH，讓催化劑無須活化就可以直接催化反應進行，同時特殊的結構優勢提高了活性物種的分散度，利于反應氣與活性位點快速接觸和產物丙烯的迅速脫附，提升了產物丙烯的單程收率。SS-BNNSs自組裝的構造過程和結構優勢帶來的性能提升拓寬了催化劑的設計思路。 該研究成果獲得審稿專家充分肯定，審稿專家一致認為該工作提出的含硼MOFs衍生三維超結構氮化硼納米片具有很好的創新性，其作為丙烷氧化脫氫催化劑表現出的高烯烴收率在工業應用方面具有較大潛力，為丙烷氧化脫氫催化劑的研究提供了新的參考。

熱電材料是能夠實現熱能與電能直接相互轉換的新能源材料，在熱電制冷和廢熱發電等方面有著廣泛的應用前景，對于提高現有能源利用率和緩解能源危機有重要作用。然而熱電材料大規模商業應用面對著成本高效率低的瓶頸，因此，開發利用原料豐富、廉價、低毒的熱電材料越來越受到研究者的關注。SnSe作為近年來熱電材料中的研究熱點，保持著目前熱電材料中最高品質因子 (ZT)的世界記錄。其優異的熱電性能主要來源于其超高的功率因子和超低的晶格熱導率。它的低導熱性已經成功解釋（何佳清等課題組有報道），然而高的功率因子等電性能都間接地進行解釋，沒有直接和強有力的實驗證據。角分辨光電子能譜儀(ARPES)是研究其電屬性最好的實驗方法，它是一種可以直接測量單晶樣品能帶結構的高端儀器。 在本論文中，陸強聲等利用我校測試中心的ARPES儀器對無摻雜和空穴摻雜的SnSe單晶在不同溫度 (80 – 600 K)下的能帶結構作了系統性的測量。根據測量和數據分析的結果，他們認為該體系價帶頂的空穴有效質量比理論值要大，并且溫度越低，有效質量越大。由這一結論出發，結合簡單的單帶輸運模型，他們發現這種有效質量的異常增加可以定量解釋該體系在測量溫度下的電屬性。因此，論文為解釋硒化錫熱電材料的電學行為提供了一種新的思路。

本發明公開了一種含陽離子的釕絡合物染料及其制備的染料敏 化太陽能電池。該釕絡合物染料含有機陽離子，能改善染料敏化太陽 能電池的光電性能，具體地，能提高染料敏化太陽能電池的短路電流、 開路電壓和填充因子，從而明顯提高染料敏化太陽能電池的光電轉換 效率。

本發明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器集成件及制 備方法，其包括超級電容器和兩塊鈣鈦礦太陽能電池組，超級電容器 包括表面印刷有碳電極的導電基底，導電基底夾在兩塊太陽能電池組 中間，并由固態電解質層隔離;鈣鈦礦太陽能電池組包括多個串聯的太陽能電池單元，太陽能電池單元包括導電基底、光陽極、鈣鈦礦層 和碳電極，其中，位于左端的太陽能電池單元的碳電極既作為鈣鈦礦 太陽能電池組的正極，又作為超級電容器的正極，位于右端的太陽能 電池單元的導電基底與超級電容器的導電基底相連，使光照產生的電 子傳輸于超級電容