太陽能材料的計(jì)算與設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目按計(jì)劃任務(wù)書開展了太陽能材料的計(jì)算和設(shè)計(jì)，取得了理想的結(jié)果，在國際上產(chǎn)生了影響，圓滿地完成了任務(wù)。主要成績(jī)?nèi)缦拢?1）闡明了二元、三元、四元半導(dǎo)體在晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)上的演化關(guān)系；確認(rèn)了從二元半導(dǎo)體出發(fā)、以元素替換（mutation )的方式，可以獲得具備理想性質(zhì)的四元半導(dǎo)體太陽能材料。理論上預(yù)言Cu2ZnSnS4、Cu2ZnGeSe4、Si3AlP可以作為理想的半導(dǎo)體太陽能電池吸收層材料。明確指出了前人研究中關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)和能帶帶隙的長期混淆及原因，獲得相繼多個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)；發(fā)現(xiàn)并命名了Cu2ZnSnS4等的六角相亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)wurtzite-kesterite；給出了Cu2ZnSn(S,Se)4合金的良好互溶性和帶隙-成分的線性關(guān)系，并獲實(shí)驗(yàn)證實(shí)；系統(tǒng)研究了Cu2ZnSnS4和Cu2ZnSnSe4的相穩(wěn)定性和缺陷性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了其中一系列獨(dú)特現(xiàn)象，揭示了缺陷對(duì)電池性能的影響，其中關(guān)于缺陷能級(jí)的理論預(yù)測(cè)也已獲實(shí)驗(yàn)證實(shí)。這些工作系統(tǒng)給出了該類半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、合金、缺陷性質(zhì)的一個(gè)比較完整的理論圖像，結(jié)果發(fā)表后被廣泛引用，被包括效率世界紀(jì)錄保持者在內(nèi)的眾多實(shí)驗(yàn)研究組采納以提高電池效率。 2）發(fā)展了名為Inverse Design of Materials by Multi-Objection Differential Evolution（IM2ODE）的逆向設(shè)計(jì)算法。開展了結(jié)構(gòu)和能帶設(shè)計(jì)，預(yù)言了一系列可用于太陽能吸收材料和光催化材料。例如，一種能隙為1.5 eV的直接帶隙硅，一種可用于高效水分解金屬氧化物合金(TiO2)2(Cu2O)，以及二維的C-N合金。 3）研究了電極材料中的質(zhì)子污染的問題，解析由氫離子，鋰離子濃度之間的關(guān)系。進(jìn)一步確立了電解液中氫離子濃度和鋰離子濃度對(duì)電極材料反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)作用，確立了其線形邊界的相圖，并被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。建立了應(yīng)變對(duì)半導(dǎo)體體系物理量影響的一般關(guān)系，給出了應(yīng)變導(dǎo)致的占居態(tài)變化是性質(zhì)出現(xiàn)非連續(xù)變化的本質(zhì)原因。發(fā)現(xiàn)界面散射有可能提高體系的熱導(dǎo)。 發(fā)表論文50多篇，其中PRL 4篇，JACS 4篇，ACS nano1篇，分別在Advanced Materials和Advanced Energy Materials 上發(fā)表以自己工作為主綜述文章兩篇。在美國MRS、國際三元多元半導(dǎo)體會(huì)議等國內(nèi)外邀請(qǐng)報(bào)告20多次。項(xiàng)目期間，獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。 2100433B

太陽能材料是目前人類最關(guān)心的材料之一，涉及到很多物理和化學(xué)過程。盡管市場(chǎng)上已經(jīng)有了商品，但仍需要提高效率和降低成本。本項(xiàng)目將從物理基本原理出發(fā)，以提高其光電轉(zhuǎn)換、光催化、熱能儲(chǔ)存與輸運(yùn)效率為目的，結(jié)合當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算方法，建立自己的設(shè)計(jì)方案。在已有一元二元三元合金的基礎(chǔ)之上，針對(duì)能隙大小和帶邊結(jié)構(gòu)，改善現(xiàn)有材料的性能，設(shè)計(jì)新的多元半導(dǎo)體太陽能吸收材料，以元素替代的方式降低材料的成本和減少毒性元素。通過研究尺寸和量子效應(yīng)對(duì)納米尺度材料熱學(xué)性質(zhì)的影響，尋找大熱容且熔點(diǎn)不太高的材料，使得不僅可以利用焓變儲(chǔ)熱，同時(shí)可以利用相變潛熱儲(chǔ)能；研究納米結(jié)構(gòu)體系的熱導(dǎo)機(jī)制，理解納米尺度上熱傳導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)過程，通過設(shè)計(jì)導(dǎo)熱介質(zhì)、儲(chǔ)熱材料與導(dǎo)熱介質(zhì)的界面結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要調(diào)控儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率。為實(shí)驗(yàn)研究提供依據(jù)。

本書將開關(guān)電源與LED驅(qū)動(dòng)電源有機(jī)地結(jié)合在一起，全面、系統(tǒng)地介紹了LED驅(qū)動(dòng)照明知識(shí)，以及驅(qū)動(dòng)電源類型和可調(diào)光芯片的選用、結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)理論，結(jié)合國內(nèi)外最新發(fā)展動(dòng)向與新型集成電路的控制技術(shù)原理，對(duì)元器件的選用、各種電源的結(jié)構(gòu)形式和LED驅(qū)動(dòng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了示范性的演示，并對(duì)開關(guān)電源高頻變壓器的計(jì)算方法和電源的原理做了詳細(xì)的分析。

本書對(duì)從事通信、軍工、家電、醫(yī)療、工業(yè)控制、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的開關(guān)電源設(shè)計(jì)人員有很高的參考價(jià)值，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生閱讀。