2 新型光电半导体材料与器件

核心技术的突破

半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件等重要的基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展，经过近几年我工程中心在量子点（线）可控生长及量子点超晶格、铁电(磁)薄膜材料的微波测量及其微波器件的应用、太阳能电池及新型储能电池等技术方面的研究创新，实现了两个关键性核心技术的突破：

（1）新型极性磁体化合物的设计合成及真实磁性材料体系中“捕获” BKT拓扑相。通过比热、磁化率和中子粉末衍射技术，对自旋双钼酸盐的磁性特性进行了表征，证实了其反铁磁基态，并提供了相关交换耦合常数的数值估计；通过极低温下的磁化率和核磁共振实验，并结合量子蒙特卡洛模拟，对准二维阻挫磁体TmMgGaO4进行研究，首次在真实磁性材料体系中直接“捕获”到了BKT这一最早被理论所预言的拓扑相，克服了在磁性晶体材料中寻找和探测BKT相的双重困难，且构建出了完整、丰富的相图，为进一步研究跟BKT拓扑物相以及阻挫量子磁性相关的物理提供了理想的平台。

（2）太阳能电池及新型储能电池技术。为了优化太阳能电池良好的倍率性能和循环稳定性，设计和制备了新型电池结构，改良电子传输层和缓冲层等；通过真空蒸发结合电解法制备了一种多孔二氧化钛薄膜，与导电玻璃粘附牢固，解决了采用电解-剥离-粘贴的方法得到的多孔TiO2电极粘附不牢的缺点，可以作为光阳极应用在太阳能电池中。采用碳纳米管/石墨烯新结构，提升了金属空气电池阴极材料的性能。具有高孔隙率和增强锂离子转移数的聚合物电解质可以赋予锂金属电池高能量密度和缓解枝晶生长。在此，通过“结构自组装”工艺成功制备了高孔单离子导电聚合物电解质，如图9所示，在构建高度连续锂离子传输路径的相同膜制备过程中，通过在聚偏氟乙烯-六氟丙烯基质中原位聚合双酰亚胺和聚二缩水甘油醚，成功实现了半互穿聚合物网络。锂离子电池还具有良好的倍率性能和200多次循环的高稳定性，该技术可以在锂金属电池中广泛应用。用LiFePO4作为阴极活性材料，Li金属作为阳极的Li/LFP电池评估po-PVPB电解质的实际应用，提升了高能量密度锂金属电池的稳定性。