结构功能区与无机光电转换材料设计

针对太阳能发电技术，本项目以光电化合物为研究对象，运用"结构功能区模型"，在晶体结构中协同调控互为制约的多个物理量，系统开展新型光电材料的设计合成、性能表征和器件集成。(1)新型材料设计.采用优异光电声调控的共价型四面体结构单元作为导电结构功能区，结合离子型结构单元的绝缘结构功能区，设计协调电子空穴迁移的光电转换材料和协调高导电高透光的透明导电材料。(2) 结构-性能关系.研究光电与结构的关系，探讨光电材料的热电成因，揭示晶体结构层次上互为制约物理量的协同调控机理，深刻认识多功能化合物中结构功能区的构建规律。（3）高性能材料制备.系统研究元素掺杂和制备方法对光电和热电性能优化，探索高性能光电-热电联用材料。（4）薄膜和器件化研究.开展高性能材料的薄膜和器件化研究，并应用于太阳电池。通过项目实施，有望开发出系列新型高性能光电材料和光电-热电联用材料，研制出相关器件，促进太阳能利用技术的发展。

针对太阳能发电技术，本项目以光电化合物为研究对象，运用"结构功能区模型"，在晶体结构中协同调控互为制约的多个物理量，系统开展新型光电材料的设计合成、性能表征和器件集成。(1)将具有不同结构的Zn-S和Zr-S的堆积基元形成Ba6Zn6ZrS14，该材料有着显著的中间带特性；将CuS-和SnS-基的堆积基元合成了Na4Cu32Sn12S484H2O及K11Cu32Sn12S48，对应的紫外可见吸收光谱上也表现出了明显的双带吸收特性。(2) 制备了反钙钛矿结构Ba3FeQ4X (Q = S, Se; X = Cl, Br)等窄带隙半导体；发现CuInTe2与石墨烯质量优化复合后具有最高的热电ZT值(0.40@700 K)；设计合成出一系列的铁基及铜基新化合物，并对其潜在光电效应进行探讨。(3)分别通过铝或氢等离子得到黑色二氧化钛，研究显示黑色二氧化钛具有良好的光电响应；得到的黑钛具有独特的核（晶体）-壳（非晶）结构(TiO2@TiO2-x)。在非晶层中掺杂S元素后，黑钛的光催化性能大幅提升。(4) 设计合成了一种具有高比表面积的氮掺杂有序介孔少层碳材料，其碳的sp2杂化程度高达98%，相关研究成果发表于《科学》（Science 2015, 350 (6267), 1508-1512）杂志上。首次将石墨烯应用于薄膜电池(CdTe, CIGS)中，其中碲化镉电池效率达12.1%。