科技新星－韩昌报－201926

20230201

科学研究和技术服务业

自2011年起，韩昌报在国际学术刊物上发表（含合作）SCI论文80余篇，H因子38，一作或通讯发表论文包括Nature Communication、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Energy等，总引用超过4000余次，他引超过2000次；申请国家专利53项，其中授权专利32项（含发明专利18项，其中第一发明人13项）；主持国家自然科学基金（面上项目、青年项目）、北京市自然科学基金、中科院产业化项目、北京市教委项目、北京市科委项目以及深圳市高校企业合作项目等10余项，荣获“2017年度中科院-中关村科技成果转化一等奖”。在光伏方面，申报人所在课题组，针对 Si 基异质结（SHJ）电池，继 2018 年创造了转换效率 23.73%（M2 基片，面积 244.45 cm2）的中国光伏记录（权威机构 JET 测定），到 2019年改写了转换效率新的世界记录（权威机构 ISFH 测定），达到 25.11%（M2 基片）；同期，在探索钙钛矿光伏电池的核心技术和关键工艺的同时，进一步开展了适应产业化需求的研究，获得了较大面积（1.23 cm2）、相对稳定（700h）、转换效率达到 27.0%的钙钛矿/SHJ 双结叠层电池（中国测试技术研究院），相关创新的工艺技术显示出良好的实用价值和产业化发展前景。 该技术利用摩擦纳米发电机自驱动产生的摩擦电场研究平面异质结钙钛矿电池中载流子类型、内建电场和载流输运机制，实现对载流子输运特性的调控。 目前，针对该电场增强钙钛矿电池技术已实现如下技术指标： I. 钙钛矿电池器件：在AM1.5标准光照条件下、集成的总器件面积1.0 cm2(面积大于1 cm2）的光电转换效率>21.89%（>21.5%）； II. 制备的摩擦纳米发电机：开路电压1200 V(>500 V)，可同时驱动600个(>500个)以上LED； III. 纳米发电增强型钙钛矿电池集成器件：利用电场增强原理，实现对全无钙钛矿太阳能电池，由原来的18.9%光电转化效率提升至22.8%，光电转换效率增强幅度>20%。

本项目总投资估算约为2000万元人民币，具体构成包括以下费用: 办公楼装修费用；钙钛矿电池自主科研经费，如研发耗材、技术开发、测试加工、产品开发、市场开拓、人员、培训交流等流动资金费用；团队建设费用；电池生产线研发平台建设费用；科研及生产设备、试验船等固定资产的购置或租赁费用；项目的贷款贴息费用等。另外，该项目对应的办公楼有政府或投资人提供8年免租金使用支持。 三年内计划投入资金建设钙钛矿电池产线研发平台，进行人才引进和项目拓展，开展新型钙钛矿电池料制备表征、性优化、效率提升、寿命研究等方面的科研项目，打造有国际影响力的技术平台和产品平台，并对所有的企业开放，集体攻关，助力行业同行实现产品布局和经营目标。这部分计划三年内投入800万元。另外，在项目开展三年内准备购买或租赁科研及生产必要的设备、试验船等固定资产，主要包括材料制造和表征设备、器件制备、组装设备、电学/光电性能测量设备、老化装置等，这部分一共花费800万元。在钙钛矿电池自主科研流动经费上，主要包括实验研发所需要的材料费、测试化验费、技术或产品开发费、能源动力费、人员劳务费、培训交流、差旅、会议、出版印刷、市场营销、及相应公司的日常运营等费用，这部分刚开始较少，随着技术的发展成熟与产业化的推进，会在后来有所增加。

可国（境）内外转让

本项目基于传统异质结钙铁矿太阳能电池，发展出新型场增强型钙铁矿太阳电池器件，利用不同外加电场，研究了外电场时钙铁矿电池中内建电场、载流子类型及复合、分离等特性行为的关系，实现对载流子特性的调控，有效提电池的光电转换效率，并将震动型纳米发电机与钙铁矿电池有机集成，实现纳米发电电场对大面积钙铁矿电池输出性能的调控，制备电场增强复合型钙铁矿太阳能电池组件，为移动设备的能源供给提供了新的研完思路。该项目的研完成果可以现有的工业化钙认矿太阳电池制备工艺相结合，适合大规模生产。传统晶硅太阳能电池需要经历硅料、硅片、电池、组件四个环节。在每个环节都出现了不同的龙头企业。而钙钛矿的生产流程可以在一间工厂内完成，将玻璃、胶膜、靶材、化工原料加工成组件。传统晶硅太阳能电池供应链需要在多个工厂、多个环节流转，耗时最少需要三天，而钙铁矿可在单一工厂内 45 分钟走完全部流程。钙铁矿生产流程更简单，钙铁矿组件不需要经历串焊等生产过程。钙认矿电池产能成本更具优势。光伏企业投资 1 GW 产能 GaAs ( Tum-key 线）需要金额约 50 亿元：投资 1 GW 产能晶硅电池需要合计投资金颇 10 亿元左右：工艺成熟条件下测算， 1 GW 产能钙铁矿电池投资金额约 5 亿元，约为晶硅电池投资金颇的 50% ，GaAs ( Tum-key 线）的 10 ％。 2021 年我国光伏新增装机规模同比增加 13.9% , 2022 年上半年新增装机量同比增长 137% ，行业需求持续旺盛。光伏行业正在进行新一轮大规模产能投放，头部企业的优势聚集效应日益显现，市场集中度不断提升。该技术在依托企业投产后，因其利用的是低温溶液技术，因而绿色环保污染，研发基地适合落户京津冀地区。目前，世界光伏产品约有 500 亿美元的应用市场，京津冀也是全国主要光伏企业的总部所在地。申请人所在课题组与中国知名光伏企业---隆隆基绿能科技股份有限公司具有长期的技术合作，该项目所产生的电场增强钙铁矿电池技术正在该企业进行深入研发，开展大面积和寿命研完。技术成果转化后，有利于扩大社会就业、促进地区经济的增长，也为本科生、研完生的培养提供新的产学研课题与基地。

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

钙钛矿太阳能电池是目前最具发展潜力的研究对象和研究热点。本项目利用纳米发电技术可将自然环境中机械能转换为电能并产生可控电场的特性，结合材料设计、合成、制备与集成，实现对钙钛矿电池器件中载流子特性及其性能的有效调控，显著提升其光电转换效率，并进一步澄清调控机制，建立电场增强光电性能的理论模型，制备出电场增强复合型高效能源收集器件。本项目创新之处在于： （1）利用不同的外加电场研究钙钛矿材料中的光生载流子类型和输运机制，为高性能钙钛矿电池的制备提供指导； （2）利用摩擦电场研究平面钙钛矿异质结电池中的界面态、界面势垒和内建电场等，揭示内建电场对电池性能的影响，实现通过摩擦电场对钙钛矿电池载流子输运性能的调控； （3）将震动型摩擦纳米发电机与钙钛矿电池有机集成，实现摩擦电场对大面积钙钛矿电池光电转换性能的增强，制备出基于光能-震动能综合收集的多功能能源收集器件，为移动设备的能源供给提供了新的研究思路。 器件原型机指标情况： I. 钙钛矿电池器件：在AM1.5标准光照条件下、集成的总器件面积1.0 cm2(面积大于1 cm2）的光电转换效率>21.89%（>21.5%）。 II. 制备的摩擦纳米发电机：开路电压1200 V，可同时驱动600个以上LED。 III. 纳米发电增强型钙钛矿电池集成器件：利用电场增强原理，实现对全无钙钛矿太阳能电池，由原来的18.9%光电转化效率提升至22.8%，光电转换效率增强幅度>20%。