一种机械叠层ALSB/CIS薄膜太阳电池,属于一种半导体薄膜太阳电池的结构设计,它是由ALSB顶电池机械叠合在CIS底电池上而成的双结四端薄膜太阳电池。其中ALSB顶电池,指的是在CORNING 7459玻璃上先沉积N型掺铝氧化锌导电层,然后沉积氧化锌高阻层,再沉积硫化镉缓冲层,随后沉积锑化铝吸收层以及碳纳米管涂层作为透明导电层,最后,沉积镍/铝栅线而制成的太阳电池;而CIS底电池,指的是在SODA LIME玻璃上沉积钼,然后沉积吸收层硒铟铜,再沉积缓冲层硫化镉,随后沉积高阻氧化锌和掺铝氧化锌,最后沉积与顶电池相同形状和大小的镍/铝栅线而制成的太阳电池。采用上述结构的叠层电池,可以选择性地吸收和转化太阳光谱的不同区域的能量,扩展光谱响应的范围,有效地提高薄膜太阳电池的转换效率。

首次制备出了基于非铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6的高质量薄膜及其太阳能电池。对于传统的铅基钙钛矿材料，其结构为APbX3, 如果用一个一价金属和三价金属来代替两个铅，即可形成结构式为A2M+M3+X6的双钙钛矿，又名冰晶石。双钙钛矿是一个非常庞大的家族，理论计算可以形成这种组合的有超过9000种，目前有350种已经被合成。根据计算，有11材料有潜力用于光伏器件。目前已经被合成的有5种左右，但是鲜有双钙钛矿电池报到。其主要原因在于很难制备高质量的双钙钛矿薄膜。通过自己搭建的低压辅助设备首次制备出了高质量的双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜，研究发现，该薄膜的热稳定性远远好于传统的铅基有机－无机杂化钙钛矿材料。将其用做吸光层，制备出了平面异质结太阳能电池。基于该薄膜的电池在空气中有很好的稳定性，对于无空穴传输层的器件在空气中放置超过4个月其效率没有衰减。说明双钙钛矿在太阳能电池的应用中有非常大的潜力。相关成果发表在《Advanced Science》 （The Dawn of Lead-Free Perovskite Solar Cell: Highly Stable Double Perovskite Cs2AgBiBr6 Film, Adv. Sci. 2018, 5(3), 1700759）。

针对水和甲醇液相制氢反应的特点，采用 铂-碳化钼双功能催化剂 （其中铂以原子水平分散于立方相碳化钼纳米颗粒表面），在 低温下（150~190 ℃）无需强碱即可实现对水和甲醇的高效活化和催化重整 。在190 °C时，催化速率高达18,046 mol H2 /(mol Pt *h)，活性较传统铂基催化剂提升了两个数量级。首先比较了立方相碳化钼（α-MoC）和六方相碳化钼（β-Mo 2 C）在载体碳化钼中的不同比例对负载金属铂的结构和甲醇水液相重整制氢活性的影响。实验发现随着载体中立方相结构α-MoC比例的增长，甲醇重整活性急剧增加，Pt负载于纯α-MoC上（Pt/α-MoC）表现出了最高的甲醇重整活性。利用X-射线吸收精细结构谱和单原子分辨率的球差校正电镜对催化剂进行系统研究表征，证明在2 wt% Pt/α-MoC催化剂上存在着高密度原子级分散的铂。将Pt负载量降至0.2 wt%时，可实现所有负载金属铂呈原子级分散，极大提高了贵金属铂的原子利用率，TOF达到了18,046  mol H2 /(mol Pt *h) 。据估算，仅需含有6克金属铂的催化剂即可使产氢速率达到1 kg H2 /h，已基本达到商用车载燃料电池组的需求。而且，Pt/α-MoC具有较高的催化稳定性，经历了11次模拟类真实情况的“启动-停止-启动”循环反应仍维持原子级分散形貌和较高的催化活性。

随着经济的发展，能源危机和环境问题日益突出，开发和利用清洁可再生能源成为世界经济发展中最具决定性影响的技术领域之一。在众多的可再生能源中，太阳能以其洁净、高效、环境友好等特点成为最有前途的新能源。因此，开发廉价、高效的太阳能转换材料引起了科研工作者越来越大的重视。目前，利用CdS、CdSe等已经制备出高效化合物半导体薄膜太阳能电池，但人们对无毒、环保的薄膜太阳能电池吸收层材料的研究也给与了极大的重视。硫化亚锡（SnS）是一类重要的金属硫化物，它具有与太阳辐射很好的光谱匹配的光学带隙、高的能量转换效率

蓄电池是目前煤矿蓄电池电机车运行的能源来源，其本身的安全可靠决定了蓄电池机车的安全可靠运行，蓄电池电机车司机在驾驶机车时，若能实时通过显示屏观察蓄电池的容量和剩余使用时间，则可以有效指导司机对蓄电池机车的计划使用，能及时更换容量不足电池，防止电池过放电，同时也能防止蓄电池机车半路抛锚事故的发生，提高生产效率与生产水平。本成果通过实时检测运行过程中蓄电池的开路电压及放电电流，同时根据蓄电池的放电曲线，能对蓄电池容量及剩余使用时间进行预测。

对锰酸锂，三元材料，富锂高容量高电压正极材料和高电压锰酸锂正极材料进行了多年的系统研究，通过合成方法，原料配比及掺杂改进，使所得的正极材料在循环稳定性，倍率性能及高温性能等方面都得到明显改进。综合性能达到国际先进水平。可以进行产业化和大规模应用，不但可以用于小型锂离子电池，更 适合于大型的动力锂离子电池和储能电池。

通过合成新型高分子半导体并优化器件工艺，该工作取得了聚合物太阳能电池领域前所未有的高填充因子（76%-80％）。论文还通过对太阳能电池薄膜形貌、电子性质和器件物理的深入研究揭示了高填充因子的起源。其工作原理在于，聚合物和富勒烯取得与基底平行方向的相分离，与基底垂直方向的相渐变（图 1）。该形貌特征有效地抑制了电荷复合，使得电荷能有效和定向性地收集。研究发现，80％的填充因子接近硅太阳能电池，也预示聚合物太阳能电池能量转化效率可能远高于现有水平。

近年来，环境污染问题严重，石油等不可再生资源日趋匮乏，探求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点，燃料电池汽车作为一种新型节能汽车备受关注。质子交换膜燃料电池作为第四代燃料电池技术，不但突破卡诺循环限制，能量转换效率高，而且排放污染少，对环境极其友好。部分汽车企业已经开始进行小规模的 PEMFC 汽车试运行和小批量投产，加快了其商用进程。 燃料电池装置作为燃料电池汽车的动力装置，是整个装配体中最重要的部件，如何对质子交换膜燃料电池（PEMFC）进行有效

01. 成果简介 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选，然而，针对目前质子交换膜燃料电池系统设计和控制，还存在以下问题： 1. 在考虑零下低温条件下电堆快速暖机的前提下，实现最优增湿效果，是燃料电池系统设计的一个挑战； 2. 由阳极与阴极两侧压差波动造成的燃料电池质子交换膜机械损坏、以及由燃料电池的高电位造成的燃料电池多孔碳纸化学腐蚀，是限制燃料电池寿命的重要因素； 3. 当燃料电池汽车进入隧道或者地下车库等封闭空间时，由于阳极吹扫而被排出的氢气会在该密闭空间上方聚集，产生安全隐患； 本成果提供一种能够实现阳极再循环和阴极排气再循环的燃料电池系统设计，以及相应的气体压力随动控制、气体湿度多模式控制和输出电压钳位控制，可精确控制进入电堆的氢气/空气压力、总流量、温度、湿度和氧含量等参数，具体如下： 1. 燃料电池系统对进气湿度要求较高，只有在最优增湿条件下，才能实现最高输出效率，为了实现对进气湿度的控制，目前主要由外部增湿和自增湿两种系统，前者低湿环境条件下电堆增湿效果较好；后者取消了外部增湿器，加快了零下低温条件下电堆暖机过程。本成果采用阳极+阴极双循环系统，在小负荷工况下，增大阴极循环程度，充分运用阴极生成水对燃料电池进气进行加湿；在中高负荷下降低阴极循环程度，而增高阳极循环程度，避免由于进气流量过大引起的阴极循环泵功率消耗过高的问题。兼顾低湿环境条件下提高电堆增湿效果与零下低温条件下电堆暖机过程，提高电堆效率； 2. 首先，进入燃料电池电堆的气体流量与气体压力存在一定耦合关系，导致阳极与阴极两侧气体压力将随着燃料电池发电系统的输出功率变化而变化，由此引起的阳极与阴极两侧压差波动会对燃料电池内部的质子交换膜产生机械损坏，本成果采用阳极+阴极压力快速随动控制，从而降低由压力波动造成的机械损坏；此外，在怠速或小负荷时，燃料电池的高电位会对燃料电池内部的多孔碳纸造成化学腐蚀，为此，在怠速或小负荷时，本成果通过增大阳极循环程度，降低燃料电池电位，实现对电压的钳位控制，从而降低由高电位引起的化学腐蚀；综上所述，本成果通过阳极+阴极压力快速随动控制和电压钳位控制，延长电堆寿命； 3. 由于氮气和水的浓差扩散作用，燃料电池阳极侧都会出现氮气累积和液态水水淹现象，引起燃料电池性能下降，因此需要定期对阳极侧进行吹扫，将累积的液态水、氮气与未反应的氢气一起排出。本成果在阳极出口处增加了燃料电池小面积单片，用于处理尾排氢气，从而实现燃料电池系统氢气零排放，保障燃料电池系统的运行安全。 燃料电池双循环系统02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及9项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

设计合成了C/ a-MoC /Ag三组元复合电催化剂，巧妙利用高度石墨化多孔碳矩阵的高导电性、a-MoC的稳定性、Ag纳米团簇的单分散性和优越氧吸附特点，C、a-MoC和Ag之间相互作用产生有效协同效应，使得C/ a-MoC/Ag复合催化剂具有可以与贵金属铂媲美的电化学氧还原性能。通过旋转圆盘电极测试了C/ a-MoC/Ag新型复合催化剂在碱性条件下的氧还原电催化性能（如图1），C/α-MoC/Ag的半波电势迁移到电势更正的位置（−0.145 V ），这表明氧分子还原性能由于C/α-MoC和Ag之间的协同作用得到了很大的提升。尽管Pt/C电极产生了更正的半波电势（-0.125V），但是C/α-MoC/Ag复合催化剂在-0.8V的质量传递限制电流密度相比Pt/C来说增长的斜率更大。更重要的是Ag在C/MoC/Ag中的含量仅为百分之6.7，相对于20%Pt/C来说极具有商业应用价值。为了进一步阐明C/α-MoC/Ag的协同效应，他们利用DFT理论研究了氧气分子在a-MoC(001)负载Ag纳米颗粒的吸附行为（图2），结果表明，相对于纯的a-MoC(001)面比较来说，少量Ag负载后，整个基地表面上氧气分子的活化能均大大降低(>0.28eV)，充分说明了复合催化剂C/α-MoC/Ag三成分之间的有效协同效应。此研究为设计新一代价廉高效空气电池用电催化材料提供了新思路。