中国科学院上海硅酸盐研究所

2006Y
数目 排名 数目 排名 数目 排名
373 8 359 7 369 6
313 8 384 4 355 6
2660 7 2041 7 1749 7
2005Y 数目 排名 486 4 375 4 1616 6
2004Y 数目 排名 325 5 227 5 814 7
机构组成
1个国家重点实 验室
在读研究生人数：350人
（博士180人，硕士170人）
成果与奖励
专利数:426项 （2008年居中国科研机构第七位） 获奖数:810项 （其中国家级奖励45项） 论文数:中国科研机构前十名
增长60.2%
百度文库
国内研究所论文排名
SCI /EI论文统计数据
SCIE EI
国际被引次数
2008Y
2007Y
3、CIGS薄膜的低成本、规模化制备是目前国际上的竞争焦点！
2、铜铟镓硒太阳能电池（CIGS )
研究进展
发明了液相法制备CIGS新技术：计量比可 控、退火温度低、工艺简单、低成本、易 规模化。
柔性太阳电池开路电压565mV，短路电流 31.92mA/cm2，能量转换效率达 11.59 ％
Cu+ In3+ Ga3+ Sen2-
国立中央研究院院长蔡元培（(左三) 和工程 研究所所长周仁 (右二)，1934
1960年独立建所仪式
1985年中国科学院上海硅酸盐研究所正式挂牌仪式
园区分布
嘉定新园区
上海地图
占地：220亩 建筑面积：30万平方米
嘉定区
硅所园区
嘉定园区
(220亩)
30公里
长宁区
定西园区
(26亩)
人力资源 职工人数: 700人
2008年11月，全球领先的薄膜太阳能设备和电池供应商Oerlikon Solar在非晶硅技术上取得巨大突破：采用织构化的氧化锌透明导电层薄 膜，大大提高了光的捕获性能，实现了“破纪录的性能”。
ZnO:Al
SICCAS
上海硅酸盐所制备的织构化AZO薄膜，其 电导率和透光率等性能指标均达到了世界 先进水平，具有广阔的市场前景。就非晶 硅薄膜太阳电池而言，透明导电镀膜玻璃 占其单电池成本的30%－40％以上。
1、染料敏化太阳能电池
研究进展
利用我所研制的纳米晶二氧化钛溶胶，成功开发出可丝网印刷的纳米 晶二氧化钛Paste，其成本只有商业化产品的1/15
TiO2 Sol
TiO2 Paste
公司 Dyesol (澳大利亚) Solaronix (瑞士)
自制
Price: RMB /1kg ￥52,650 ￥ 81,795 ￥3,521
4、热电转换材料
工业废热 10%用于
10% 热电发电
1013 kWh/年
T: 200～500℃ 低密度热能
1012 kWh/年
h =10% 热电转换效率～10%
年发电量＝1000亿度
相当于三峡电量
汽
30%
油
引擎
燃
烧 5％摩擦
25％驱动
30％ 40％废气 引擎散热
T: ～500℃ 低密度热能，移动性
while no one expects to reach this level of
efficiency.'
efficiency in mass-produced cells, it has proved
difficult to reliably make them with even a
mw1iit、nhimo真tuhm空erl法etyvp的eel so设foe备f fsfoi成cliae本rncce高yllns，.e”e化de学d t计o c量om控p制ete难； 2、CIGS薄膜的沉积是最核心、最关键的工艺；
6个院、地、部 级实验室
国际合作
已与以下多家国际知名大公司、大学和研究所建立了 良好的长期合作关系：
索尼公司
联合实验室
三星公司
纳米结构电致变色显示器件
通用电气
闪烁晶体应用研究
欧洲核子中心
电磁量能器用钨酸铅晶体
美国康宁公司
热电材料及其器件合作研究
德国马普协会
中德青年伙伴小组
日本国立材料科学研究所
DMF混合溶剂
溶 解
Cu, In, Ga, Se溶胶
旋 涂
CuIn1-xGaxSe2前驱膜 多
层
退
膜
火
CuIn1-xGaxSe2薄膜
中国专利
3、薄膜太阳能电池用AZO透明导电玻璃
研究背景
第一代 晶硅电池
化合物半导体类薄膜电池
第二代
第三代
关键材料制备 技术
核心和瓶颈 问题
效
新概念高效率电池
率
成 本
3、薄膜太阳能电池用AZO透明导电玻璃
4、热电转换材料
研究背景
V
S= V / T
TC
TH
Th
利用温差发电
GALILEO
热电半导体材料
Tc
4、热电转换材料
应用领域
冷却元件，高精度温控 特殊空调、环保型冰箱、汽车座椅 冷却系统等。
特殊电源，绿色能源 空间电源、输气管阴极保护 利用废热 · 余热发电等。
汽车空调，尤其是 盛夏汽车起步初期 驾驶室的致冷。
中国科学院上海硅酸盐研究所
汇报纲要
所情概述 项目介绍
中国科学院上海硅酸盐研究 所是中国科学院内唯一一所以无 机非金属材料的基础研究为先导、 高技术创新和应用发展研究为主 体的综合性研究机构。
紧密围绕国家科技中长期发展规划、中科院创新计划 以及上海市中长期发展规划，以市场需求为牵引，努力在 人工晶体、高性能结构与功能陶瓷、特种玻璃、无机涂层、 生物环境材料、能源材料、复合材料及先进无机材料性能 检测与表征等领域为我国国防和经济发展提供支撑。
合作关系
国内合作
在经济发达地区，与企业建立了战略合作：
上海电气集团
燃汽轮机热障涂层
上海市电力公司 储能电池
上海汽车工业总公司 热电材料
上海建材集团
新材料
中海油
石油勘探装备关键材料
大连金玛科技产业 装甲材料
韵升集团
光纤连接器
苏州创元集团
DPF蜂窝陶瓷及SG磨料
浙江达峰汽车
金属载体催化净化器
高淳陶瓷股份有限公司 堇青石蜂窝陶瓷
5、平板型中温固体氧化物燃料电池（SOFC）
5kW级电池堆测试平台
多次运行了含数片电池的小堆和含60片电池的大堆
6、LED衬底用高性能晶体材料
研究背景
第三代半导体材料氮化镓 基LED，由于节能、长寿命、 体积小、免维护、环保,替代 白炽灯，在显示、照明、探 测等方面显示出广阔前景。 2003年7月，我国正式启 动了“国家半导体照明工程 ”。 2004年4月，“上海半导 体照明工程产业化基地”挂 牌，成为我国六大产业基地 之一。
汽车尾气发电:
目前热电发电可回收汽油 6～8％ 可节约汽油～500万吨/年（2005年数据）
100% 燃油
4、热电转换材料 太阳能全光谱热电-光电复合发电技术
Wavelengt
h
IR (800～3000nm)
segregator
Fresnel lens
Sunlight collector
Reflection lens
薄膜电池示意图
3、薄膜太阳能电池用AZO透明导电玻璃
In2O3:Sn（ITO） 屏幕显示
（1）In的稀缺、昂贵 （2）吸收部分可见光 （3）热稳定性（不宜用于DSC、Si电池中）
已经成为太阳能 电池关键材料中 最值得期待的研
究项目！
SnO2:F（FTO）
ZnO:Al（AZO）
太
（1）稳定性好
阳
（1）稳定性好、成本低
1、染料敏化太阳能电池
研究背景
累计安装太阳能 容量(兆瓦)
ROW: 其他地 区
实际趋势 预期趋势
由于硅材料的短缺,20012008年，电池模块价格一直保持 坚挺。用户对低成本太阳能电池 的强烈期望，加上单晶、多晶硅 电池材料高成本制造过程，让新 型太阳能电池成了大势所趋。随 着新型薄膜电池的普及, 太阳能电 池价格将会大幅下降。
电
（氢等离子体氛围光学特性恶化）
（2）透光性好
池
（2）透光性好 （3）CVD法制备
（3）溅射法制备
透 明
（4）CdTe、a-Si
（4）CIGS、a-Si CdTe、屏显
导 电
屏幕显示
薄
膜
3、薄膜太阳能电池用AZO透明导电玻璃
研究进展
高性能透明导电薄膜的织构化制备工艺，尤其是氧化锌薄膜织构化技 术成为光伏产业发展的重要关注点！
应用 范围
研究 领域
能源 陶瓷
国防建设
环境 人工晶体
人体健康 无机涂层 复合材料
经济建设
信息 玻璃
制造 粉体
中国科学院上海硅酸盐研究所
发展沿例
1928:国立中央研究院工程研究所 1953:中国科学院冶金陶瓷研究所 1959:独立建所，定名为中国科学院硅酸盐化学与工学研究所 1984:中国科学院上海硅酸盐研究所
UV & visible light (200～800nm)
Solar cell (T < 80C)
Heat collector
cooling
Thermoelectric generator (T >500 C)
PV/TE 复合发电概念为提高太阳能综合利用率提供了一种新的可 能，在国际上开始获得高度关注和重视。
cells'
‘Efficient CIGS solar cells have
“fsiolmTlahrseoccelahllrasclhleealnlvsgeaesthhaaoslwabrngeteehnsec…模中thaoli最e化效gr.ehIl大制 率eniasbtt挑备 最hleyef战技 高fmliaca在b术 ，iek,neC于。…cItyGh…薄实oiSnf但膜验-an可太室y 靠阳的bbmCeuI的电CaGetkISnt规池eGhckteSe模可nhl在poelsr化m靠wom薄nbc制、alhf膜edoem备稳era太apbh极定tly阳ayls,ec其的’ah电bse困e规…ta池e1pn'0Setoryoefaarr,s, thin-film cell (19.5 percent难), e，xc若ee能din开g t发ha可t o靠f 稳定的ro制ute备s 技hav术e ，tak即en使a 效big率hit in some types of silicon solar低pa一ne些ls 也ma足de以to与da其y. 它Bu太t, 阳th电eir池so媲lar美en…er…gy conversion
Voltage (V)
电极：纳米晶TiO2 ，25mm 染料：钌基黑染料 电解质： DMPII/I2, MeAN
4.8 X16.7 cm 测试条件：AM 1.5，100 mW/cm2
2、铜铟镓硒太阳能电池（CIGS )
研究背景
ZnO, TCO 250 nm CdS 70 nm
CIGS 1-2.5 µm
➢ 实现了甲烷、酒精燃料中的小功率放 电
➢ 国内首家实现大功率平板型中温 SOFC发电
➢ 2kW级中温SOFC已经通过了科技部 的验收，是目前我国研制的最大供率 的SOFC
➢ 大面积阳极支撑复合膜实现小批量生 产，进一步缩短了我国与世界水平的 差距
国家“十五”863重点支持项目 “十一五”863目标导向性立项支持
建立了染料(N719)合成和纯化工艺，成本为商业化产品的1/20；已 申请一项国际发明专利
公司 Dyesol (澳大利亚) Solaronix (瑞士)
自制
Price: RMB /1g ￥7,190 ￥ 9,908 ￥406
1、染料敏化太阳能电池
利用自己开发的纳米晶氧化钛Paste，效 率达到11.02%
……
1. 染料敏化太阳能电池 2. 薄膜太阳能电池用AZO透明导电玻璃 3. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 4. 热电材料 5. 中温平板型固体氧化物燃料电池 6. LED衬底用高性能晶体材料 7. 新型可见光激发的高效光催化材料 8. 智能节能玻璃镀膜 9. TiO2防污涂料 10.高透过率PET导电膜 11.尾气处理用介孔纳米催化剂材料 12.人工关节
封装电池的制作
Current density (mA/cm2)
24
22
20
18
16 Jsc 21.7 [mA/cm2]
14 Voc 0.731 [V]
12 FF 69.34 [%]
10 8
Eff.
11.02 [%]
6 Area 0.198 [cm2]
4 Temp. 25 [oC]
2
0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
CIGS
Mo 0.5-1 Glaµsms, Metal Foil, Plastics
实验室层面上的CIGS在主流薄膜太阳电池中效率最高！
2、铜铟镓硒太阳能电池（CIGS )
…关键问题是CIGS的低成本制造…
Chemistry World
First sales for 'world's cheapest solar
4、热电转换材料
研究内容
源头创新
高性能热电转换材料
重点攻关 器件设计与集成技术
应用牵引 热电发电应用系统的研发
➢晶界与纳米结构优化 ➢纳米结构高温稳定性 ➢材料性能服役稳定性
➢器件结构优化 ➢电极焊接新技术 ➢器件服役稳定性 ➢器件评价技术
特种电源 热电发电器
汽车尾气 余热发电系统
5、平板型中温固体氧化物燃料电池（SOFC）