[00114001]多效应耦合能量转换材料与器件

清洁高效智能供电系统的发展及物联网时代的到来使能量转换材料与技术面临着重大挑战。构建新型多效应耦合能量转换器件不但能够实现多能互补收集,而且可以提高能量收集器件的转换效率,具有重要的应用前景。本项目围绕热-电、光-电和力-电等效应的耦合,聚焦新功能材料的开发和新原理器件结构的设计,提出了调控能量转换器件性能的新途径,构筑并发展了系列高效、高集成的多效应耦合能量转换器件,实现了相关器件在自供电传感及可穿戴电子设备上的应用,阐释了多效应耦合条件下的器件能量转换机制,取得了系列创新性研究成果。 1)发展了热释电和光电耦合效应提高器件光电转换性能的新思路。利用铁电钛酸钡材料的热释电和光电耦合效应,显著提高器件的输出电能,阐释了热释电和光电耦合作用对电荷产生、分离、输运以及复合的作用机制。首次利用铁电钛酸钡材料的热释电和光电耦合效应,构筑了具有高响应度的自供电光电探测器系统。开辟了铁电钛酸钡材料用于高效光电转换器件的新方向。 2)建立了构筑多效应耦合能量转换器件的新策略。突破传统利用多种功能材料收集不同类型能量的思路,采用多种物理效应在一种功能材料中产生的热释电-光电-压电-摩擦电耦合效应,实现了能量转换器件工作模式的切换及输出性能的提高。利用铁电材料的多物理效应特性,首次基于同一材料和同一器件结构,构筑了能够同时收集热能、光能和机械能的高效多效应耦合能量转换器件,并揭示了热释电-光电-压电-摩擦电耦合效应下能量转换的机理,拓展了多能互补收集能源的途径。 3)提出了利用热电光电子学和热释电光电子学效应提升半导体异质结器件光电性能的新方法。解决了传统只能通过优化光电材料和器件结构提高光电转换器件输出电能的难题。利用半导体材料中热电/热释电与光电耦合产生的热电光电子学/热释电光电子学效应,促进器件内部和界面电荷的输运,显著提高了器件的输出电性能。揭示了热电光电子学/热释电光电子学效应对光电转换器件中电荷载流子的调控规律,推动了新型半导体异质结光电器件的发展。 相关成果共发表SCI论文53篇,其中影响因子大于12的32篇,授权发明专利6项。成果被Nature Communications等期刊引用和高度评价,被MaterialsView China等学术媒体进行专题报道。