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太阳能高效利用协同创新中心PI团队- 表面等离子体增强有机太阳能电池研究
发布时间：2015-09-19 点击次数：
PI名称：表面等离子体增强有机太阳能电池研究
研究情况简介：
太阳能电池产业发展的两大主题是提高能量转换效率和降低生产成本。有机光伏电池不仅质量轻、柔性好，而且所需要的技术工艺简单、成本低廉。这使有机太阳能电池在光伏产业领域具有广阔的市场空间和巨大的发展的潜力，但目前开发的有机太阳能电池还存在着使用寿命还较短，能量转化效率比较低等缺点。金属纳米颗粒以及纳米结构，可以很好地束缚、增强，以及汇聚光能的传播，有效增强太阳能电池对太阳光的吸收，提高太阳能电池的光电转换效率。该研究方向将利用金属纳米结构的表面等离激元增强效应，采用时域有限差分法和有限元法计算、优化设计具有金属纳米颗粒的有机光伏电池结构。通过热蒸发沉积技术制备有机光电池和金属微纳结构，系统地理论和实验研究金属纳米颗粒在有机太阳能电池中的近场增强作用和电子效应，研制出具有商用价值的有机太阳能电池。
依托平台：湖北工业大学太阳能研究院
绿色轻工材料湖北省重点实验室
研究思路：在有机太阳能电池阳极，以及活性层中间引入金属纳米颗粒阵列或金属微纳结构，利用局域表面等离激元近场增强效应提升器件活性层的光吸收。分析局域表面等离激元作用下的光吸收增强机理，从器件的材料体系、几何结构等诸多因素出发，系统地设计器件物理模型以优化表面等离激元效应在有机光伏电池中的作用。
研究目标：
解决有机太阳能电池能量转换效率低、稳定性差等缺点，提高光电转换效率，得到光吸收效率高、易加工、稳定性好的等离激元太阳能电池，达到“增效降本”的竞争优势。
发展方向：
弄清有机太阳能电池和有机LED中表面等离激元的激发机制，研究SPP对有机光电池的效率和稳定性提高的机理。研发一些具有先进性能的有机太阳能电池和有机LED器件。
二、团队情况介绍
2.1 团队负责人介绍：
刘凌云，男，电气与电子工程学院副教授。华中科技大学工学博士，清华大学博士后，希腊技术与研究基金会访问学者。Infrared Phys & Technol, J Infrared Millim W等国际期刊审稿人。研究领域主要涉及电磁波与材料相互作用，超颖材料与光子晶体，以及等离激元光子学(Plasmonics)等。近几年来先后主持了国家自然科学基金、总装预研基金、湖北省教育厅基金项目等5项, 参与了包括国家自然基金重点项目和863项目在内等6项课题。 在“Prog in Electromagnet Res”, “Opt Express”，“J Opt Soc Am”等SCI期刊上发表了二十余篇论文。
2.2 团队成员：
徐进霞，女，电气与电子工程学院讲师，博士。2006年毕业于武汉大学物理科学与技术学院，获得硕士学位，2012年毕业于武汉大学物理科学与技术学院获得材料物理与化学专业博士学位。2012年开始在电子科学与技术系任教。主要从事光伏材料中金属颗粒等离激元增强光吸收作用的研究。在Nanoscale. Res. Lett. 等期刊发表了10余篇SCI研究论文，申请一项国家发明专利。
王远，男，电气与电子工程学院讲师，博士在读。主要研究Ⅲ-Ⅴ族化合物光电池。2006年毕业于华中科技大学，2010年进入武汉大学物理科学与技术系攻读博士；2006年开始进入湖北工业大学电气与电子工程学院电子科学与技术系任教。主持完成一项省教育厅项目 “全光谱太阳能航标灯的研制”。
2.3近五年来代表性成果
2.3.1 近5年来团队主要项目
2.3.2 专利及获奖
[1] 徐进霞：一种TiO2/SiO2-Ag- SiO2 纳米复合薄膜的制备方法（201210415766.7）。
[2] 刘凌云：硕士研究生胡长寿论文《可调谐超材料吸波体的数值仿真研究》获评2012年湖北省优秀硕士毕业论文奖。
2.3.3 近五年来代表性论文
[1] Liu L Y, Sun J B, X. J. Fu X J et al. Artificial magnetic properties of dielectric metamaterials in terms of effective circuit model. Prog Electromagn Res, 2011, 116: 159-170 (SCI/EI)
[2] Jingbo Sun, Lingyun Liu, Guoyan Dong et al. An extremely broad band metamaterial absorber based on destructive interference. Opt Express, 2011,Vol. 19, 22: 21155-21162 (SCI/EI)
[3] 刘凌云，胡长寿，付波等. 吸波带可调节的超材料吸波体. 功能材料, 2011, 42(2): 287-290 (EI)
[4] Xu J X, Xiao X H, Stepanove AL, Ren F, Wu W, Cai G X, Zhang S F, Dai Z G, Mei F, and Jiang C Z, Efficiency enhancements in Ag nanoparticles-SiO2-TiO2 sandwiched structure via plasmonic effect-enhanced light capturing, Nanoscale Res Lett, 8: 73, 2013 (SCI ).
[5] Xu J X, Xiao X H, Stepanov A L, Ren F, Mei F, Wu W, Cai G X, Jiang C Z, Fabrication and characterization of Ag-implantation modificated TiO2 films followed with thermal annealing, Nucl Instrum Meth B, 307: 373-376, 2013 (SCI) .
[6] Xu J X, Xiao X H, Ren F et al. Enhanced photocatalysis by coupling of anatase TiO2 film to triangular Ag nanoparticle array, Nanoscale Res Lett, 7: 239, 2012 (SCI) .
三、依托平台现有大型设备
现有大型设备列表：
研究情况简介：
太阳能电池产业发展的两大主题是提高能量转换效率和降低生产成本。有机光伏电池不仅质量轻、柔性好，而且所需要的技术工艺简单、成本低廉。这使有机太阳能电池在光伏产业领域具有广阔的市场空间和巨大的发展的潜力，但目前开发的有机太阳能电池还存在着使用寿命还较短，能量转化效率比较低等缺点。金属纳米颗粒以及纳米结构，可以很好地束缚、增强，以及汇聚光能的传播，有效增强太阳能电池对太阳光的吸收，提高太阳能电池的光电转换效率。该研究方向将利用金属纳米结构的表面等离激元增强效应，采用时域有限差分法和有限元法计算、优化设计具有金属纳米颗粒的有机光伏电池结构。通过热蒸发沉积技术制备有机光电池和金属微纳结构，系统地理论和实验研究金属纳米颗粒在有机太阳能电池中的近场增强作用和电子效应，研制出具有商用价值的有机太阳能电池。
依托平台：湖北工业大学太阳能研究院
绿色轻工材料湖北省重点实验室
研究思路：在有机太阳能电池阳极，以及活性层中间引入金属纳米颗粒阵列或金属微纳结构，利用局域表面等离激元近场增强效应提升器件活性层的光吸收。分析局域表面等离激元作用下的光吸收增强机理，从器件的材料体系、几何结构等诸多因素出发，系统地设计器件物理模型以优化表面等离激元效应在有机光伏电池中的作用。
研究目标：
解决有机太阳能电池能量转换效率低、稳定性差等缺点，提高光电转换效率，得到光吸收效率高、易加工、稳定性好的等离激元太阳能电池，达到“增效降本”的竞争优势。
发展方向：
弄清有机太阳能电池和有机LED中表面等离激元的激发机制，研究SPP对有机光电池的效率和稳定性提高的机理。研发一些具有先进性能的有机太阳能电池和有机LED器件。
二、团队情况介绍
2.1 团队负责人介绍：
2.2 团队成员：
徐进霞，女，电气与电子工程学院讲师，博士。2006年毕业于武汉大学物理科学与技术学院，获得硕士学位，2012年毕业于武汉大学物理科学与技术学院获得材料物理与化学专业博士学位。2012年开始在电子科学与技术系任教。主要从事光伏材料中金属颗粒等离激元增强光吸收作用的研究。在Nanoscale. Res. Lett. 等期刊发表了10余篇SCI研究论文，申请一项国家发明专利。
2.3.1 近5年来团队主要项目
| 序号 | 课题、项目名称 | 项目来源 | 经费 (万元) |
负责人 | 起始时间 |
| 1 | 导电纤维复合物的微波吸收机理研究 | 国家自然科学基金面上项目 | 60 | 刘凌云 | 2012.01- 2015.12 |
| 2 | 离子束精确掺杂单根CdS纳米带制备及原位性能研究 | 国家自然科学基金青年项目 | 28 | 徐进霞 | 2014.01- 2016.12 |
| 3 | 全光谱太阳能航标灯的研制 | 湖北省教育厅项目 | 2.5 | 王远 | 2007.01- 2008.12 |
[1] 徐进霞：一种TiO2/SiO2-Ag- SiO2 纳米复合薄膜的制备方法（201210415766.7）。
[2] 刘凌云：硕士研究生胡长寿论文《可调谐超材料吸波体的数值仿真研究》获评2012年湖北省优秀硕士毕业论文奖。
2.3.3 近五年来代表性论文
[1] Liu L Y, Sun J B, X. J. Fu X J et al. Artificial magnetic properties of dielectric metamaterials in terms of effective circuit model. Prog Electromagn Res, 2011, 116: 159-170 (SCI/EI)
[2] Jingbo Sun, Lingyun Liu, Guoyan Dong et al. An extremely broad band metamaterial absorber based on destructive interference. Opt Express, 2011,Vol. 19, 22: 21155-21162 (SCI/EI)
[3] 刘凌云，胡长寿，付波等. 吸波带可调节的超材料吸波体. 功能材料, 2011, 42(2): 287-290 (EI)
[4] Xu J X, Xiao X H, Stepanove AL, Ren F, Wu W, Cai G X, Zhang S F, Dai Z G, Mei F, and Jiang C Z, Efficiency enhancements in Ag nanoparticles-SiO2-TiO2 sandwiched structure via plasmonic effect-enhanced light capturing, Nanoscale Res Lett, 8: 73, 2013 (SCI ).
[5] Xu J X, Xiao X H, Stepanov A L, Ren F, Mei F, Wu W, Cai G X, Jiang C Z, Fabrication and characterization of Ag-implantation modificated TiO2 films followed with thermal annealing, Nucl Instrum Meth B, 307: 373-376, 2013 (SCI) .
[6] Xu J X, Xiao X H, Ren F et al. Enhanced photocatalysis by coupling of anatase TiO2 film to triangular Ag nanoparticle array, Nanoscale Res Lett, 7: 239, 2012 (SCI) .
三、依托平台现有大型设备
现有大型设备列表：
| 仪器设备名称 | 规格型号 | 价格 （万元） |
功能及用途 |
| 双温区真空气氛管式炉 （已签采购合同） |
合肥日新高温技术有限公司 CVD(D)-06/50/2 |
6.0 | CVD方法制备纳米结构 |
| 快速热处理设备 （已签采购合同） |
北京东之星应用物理所 RTP-300 |
5.0 | 快速热退火处理 |
| 正立金相显微镜 （已签采购合同） |
奥林巴斯（中国）有限公司 BX51M |
10.0 | 纳米材料与器件的显微观察。 |
| 等离子清洗机 （采购中） |
美国Harrick Plasma公司 PDC-32G |
5.2 | 利用等离子体的活性组分来处理样品表面，从而实现清洁、改性、光刻胶灰化等目的。 |