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電機(jī)系李琦副教授、何金良教授等在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上發(fā)表了題為“基于聚合物-分子半導(dǎo)體全有機(jī)復(fù)合材料的高溫電容薄膜”（Polymer/molecular semiconductor all-organic composites for high-temperature dielectric energy storage）的研究論文，首次研制出 200 攝氏度高效介電儲(chǔ)能的全有機(jī)復(fù)合薄膜。這類(lèi)全有機(jī)復(fù)合介電材料在 200 攝氏度高溫條件下的介電儲(chǔ)能性能不僅遠(yuǎn)超過(guò)目前最好的高溫聚合物及聚合物納米復(fù)合介電材料，并接近商業(yè)化聚合物電容薄膜室溫下性能；在大幅提升高溫介電儲(chǔ)能特性的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了大面積、性能均勻的薄膜制備，為實(shí)現(xiàn)薄膜電容器在 200 攝氏度嚴(yán)酷溫度環(huán)境下應(yīng)用提供了可能。 聚合物薄膜電容器具有介電強(qiáng)度高、能量損耗低以及自愈性好等優(yōu)點(diǎn)，在全球工業(yè)電容器市場(chǎng)占有率超過(guò)其它類(lèi)型電容產(chǎn)品。然而，聚合物介電材料的絕緣性能對(duì)溫度極其敏感，在高溫、高電場(chǎng)作用下泄漏電流呈指數(shù)上升、放電效率急劇下降，最終造成電容器過(guò)熱損壞。目前主流商業(yè)薄膜電容器僅在 105 攝氏度以下工作，長(zhǎng)期工作溫度低于 70 攝氏度。另一方面，隨著電子器件和電力、能源設(shè)備功率不斷增大以及對(duì)小型化和緊湊型功率模塊的持續(xù)追求，電子材料的工作溫度要求快速提高，薄膜電容器介電材料已成為高溫電子器件和設(shè)備的技術(shù)瓶頸。 該論文采用了一種與前期方法截然不同的技術(shù)路線——利用有機(jī)光伏中電子受體材料的強(qiáng)得電子能力，實(shí)現(xiàn)了在高溫聚合物中構(gòu)筑深電荷陷阱。這種有機(jī)分子半導(dǎo)體型的電子受體材料具有極高的電子親和能，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)光伏中激子在異質(zhì)結(jié)界面高效分離。它們可通過(guò)其表面靜電勢(shì)分布的極不均勻特性，對(duì)自由電子產(chǎn)生強(qiáng)束縛作用。通過(guò)向耐熱聚合物中摻雜極少量高電子親和能有機(jī)分子半導(dǎo)體制備了全有機(jī)復(fù)合高溫介電材料。這類(lèi)材料在 200 攝氏度和 200kV/mm 電場(chǎng)條件下，電阻率比高溫聚合物提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上；200 攝氏度、放電效率90%以上的能量密度是目前最好的聚合物高溫介電材料的 2.3 倍。此外，全有機(jī)復(fù)合體系解決了傳統(tǒng)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等問(wèn)題，在薄膜品質(zhì)和規(guī)?；苽涞确矫婢哂酗@著優(yōu)勢(shì)。

儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中源、網(wǎng)、荷側(cè)發(fā)揮重要的作用，儲(chǔ)能規(guī)劃運(yùn)行和安全管理是推廣儲(chǔ)能可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。本項(xiàng)目圍繞電力系統(tǒng)中不同應(yīng)用場(chǎng)景的源、荷特性，針對(duì)光伏電站棄光率高和預(yù)測(cè)合格率低的問(wèn)題，結(jié)合電池儲(chǔ)能SOX(SOH、SOP及SOE)動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)行能量管理優(yōu)化，提出了一種計(jì)算每個(gè)月光伏預(yù)測(cè)的合格率及懲罰成本的技術(shù)，可有效提升不同應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能安全性和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。 發(fā)電側(cè):提升預(yù)測(cè)精度，減小懲罰成本，多目標(biāo)優(yōu)化； 配網(wǎng)側(cè):可削峰填谷，提升分布式光伏消納； 負(fù)荷側(cè):成本低，收益大。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:作為一種新的太陽(yáng)能電池電池技術(shù)，有機(jī)太陽(yáng)能電池具有低成本、柔性、半透明、可大面積溶液印刷等優(yōu)點(diǎn)；在應(yīng)用方面，可與當(dāng)前基于硅等的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。特別指出的是，與鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池還具有環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，在使用過(guò)程中以及使用后處理方面不會(huì)產(chǎn)生重金屬污染，其所使用的少量有機(jī)材料都是可降解的有機(jī)染料類(lèi)化合物。效率、成本和穩(wěn)定性是所以太陽(yáng)能電池能否應(yīng)用的關(guān)鍵要素。有機(jī)太陽(yáng)能的效率目前和其它最好的太陽(yáng)能電池之間的差距正在迅速縮小，目前我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)獲得超過(guò) 1515%的效率，是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優(yōu)勢(shì)，有機(jī)材料分子結(jié)構(gòu)多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產(chǎn)業(yè)界對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池壽命的要求不如無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，10 年左右的壽命可以完全滿(mǎn)足商業(yè)化應(yīng)用，已有研究表明，OPV 壽命達(dá)到 5-7 年沒(méi)有問(wèn)題，隨著研究深入，提高的 10 年以上會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。 本項(xiàng)目圍繞有機(jī)太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料開(kāi)展系統(tǒng)研究，1）提出了新的材料設(shè)計(jì)理念，發(fā)展了系列具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性層材料；2）發(fā)展了成熟的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝技術(shù)，制備了系列高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池光伏器件，不斷刷新領(lǐng)域內(nèi)最高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池，獲得了與目前常規(guī)透明電極，如 ITO，完全相當(dāng)性能。應(yīng)用范圍:目前有機(jī)太陽(yáng)能電池正處在從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的黎明階段，因其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備、建筑一體化等領(lǐng)域?qū)?huì)產(chǎn)生巨大的需求市場(chǎng)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外多家實(shí)驗(yàn)室已開(kāi)展完全面向?qū)嶋H應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)，隨著研究的不斷深入，有機(jī)太陽(yáng)能電池的商品化生產(chǎn)應(yīng)用將會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。效益分析:1. 具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層材料，且合成簡(jiǎn)單，成本低； 2. 具有成熟的高效有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝； 3. 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本、高性能柔性透明電極，不僅完全適用有機(jī)太陽(yáng)能電池，亦可廣泛應(yīng)用了其它相關(guān)領(lǐng)域。

作為一種新的太陽(yáng)能電池電池技術(shù)，有機(jī)太陽(yáng)能電池具有低成本、柔性、半透明、可大面積溶液印刷等優(yōu)點(diǎn)；在應(yīng)用方面，可與當(dāng)前基于硅等的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。特別指出的是，與鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池還具有環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，在使用過(guò)程中以及使用后處理方面不會(huì)產(chǎn)生重金屬污染，其所使用的少量有機(jī)材料都是可降解的有機(jī)染料類(lèi)化合物。效率、成本和穩(wěn)定性是所以太陽(yáng)能電池能否應(yīng)用的關(guān)鍵要素。有機(jī)太陽(yáng)能的效率目前和其它最好的太陽(yáng)能電池之間的差距正在迅速縮小，目前我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)獲得超過(guò) 1515%的效率，是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優(yōu)勢(shì)，有機(jī)材料分子結(jié)構(gòu)多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產(chǎn)業(yè)界對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池壽命的要求不如無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，10 年左右的壽命可以完全滿(mǎn)足商業(yè)化應(yīng)用，已有研究表明，OPV 壽命達(dá)到 5-7 年沒(méi)有問(wèn)題，隨著研究深入，提高的 10 年以上會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。 本項(xiàng)目圍繞有機(jī)太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料開(kāi)展系統(tǒng)研究，1）提出了新的材料設(shè)計(jì)理念，發(fā)展了系列具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性層材料；2）發(fā)展了成熟的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝技術(shù)，制備了系列高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池光伏器件，不斷刷新領(lǐng)域內(nèi)最高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池，獲得了與目前常規(guī)透明電極，如 ITO，完全相當(dāng)性能。

近年來(lái)，隨著環(huán)境和能源問(wèn)題的日益加劇，太陽(yáng)能以其清潔、可再生的優(yōu)勢(shì)引起了科研界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。其中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為下一代光伏中的新寵，具有易制備、低成本和高效率等特點(diǎn)。短短幾年之內(nèi)發(fā)展迅猛，目前最高認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)22.1%。一般來(lái)說(shuō)，制備鈣鈦礦活性層最為常見(jiàn)的鉛源材料是鹵化鉛。最近有研究表明，醋酸鉛作為較具潛力的傳統(tǒng)鹵化鉛的替代物，價(jià)格更為低廉。無(wú)需復(fù)雜的反溶劑法，只需短暫低溫退火即可得到超平整致密的鈣鈦礦薄膜。這樣簡(jiǎn)單的制備工藝顯示出了它的優(yōu)越性。然而迄今為止，基于醋酸鉛前驅(qū)體的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比較于其它已經(jīng)報(bào)道的基于傳統(tǒng)鹵化鉛前驅(qū)體的平面結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在轉(zhuǎn)換效率方面稍顯不足。

項(xiàng)目針對(duì)高效率、高均勻性微波能應(yīng)用及其產(chǎn)業(yè)化的需求，深入開(kāi)展了連續(xù)波高效率民用磁控管及微波能應(yīng)用系統(tǒng)的研究，提出了磁控管中非工作電流的概念，構(gòu)建了三維磁控管粒子模擬模型，突破了高效磁控管的關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化磁控管效率從74%提高到80%。發(fā)展了多物理場(chǎng)耦合模型改進(jìn)了微波加熱的均勻性，在此基礎(chǔ)上首創(chuàng)了微波食品加熱的高效保濕技術(shù)，形成了價(jià)格提高30%以上的同類(lèi)產(chǎn)品高端品牌。創(chuàng)立了“名校+名企”的分層次協(xié)同創(chuàng)新、技術(shù)開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用模式。經(jīng)過(guò)10年的工作，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率從7.9%提高到44%。獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利4