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部长介绍
李灿 院士
现任中国科学院大连化学物理研究所研究员、洁净能源国家实验
室主任,2003年当选中国科学院院士。中国科学院大连化学物理研究所和日本东京工业大学联合培养理学博士。曾先后在比利时新鲁汶大学、美国西北大学、英国利物浦大学……
学术动态
关于我们
  

我们的使命

挑战太阳能转化利用的关键科学和技术难题

发展太阳能燃料与太阳能电池技术

建立太阳能研究国际一流的人才和技术平台



  人类文明的高度发展在带给人们丰富的物质和精神生活的同时,随之引起的能源迅速消耗也为人类的可持续发展提出了巨大的挑战。随着煤、石油、天然气等矿物能源的大量使用,世界能源的日益枯竭已不容忽视。为了应对当前严峻的形势,人们迫切期望寻找新的可再生能源。一定程度来讲,太阳能是取之不尽、用之不竭的理想的清洁能源,只需要利用辐射到地球表面的少部分太阳能就可以满足我们目前的能源需求。我们身边的植物,早在25亿年前就找到了利用太阳能高效分解水的方法,植物每时每刻都在悠闲自得地利用太阳能,俘获太阳能并通过光合作用把它转化为化学燃料。在地球已经不堪重负的今天,如果人类能够成功模拟光合作用的方式,将二氧化成转化为对人类有用的有机物,将是多么伟大的发明。人类科学利用太阳能有三个途径:光热转换、光电转换和光化学转换。光热转换靠各种集热器把太阳能收集起来,用收集到的热能为人类服务,例如广为熟知的太阳能热水器和太阳能采暖系统。光电转换将太阳能转换成电能。1953年,美国贝尔实验室研制出世界上第一个硅太阳能电池,转换效率为0.5%,1994年太阳能电池的转换效率已提高到17%。光化学转换将太阳能转换成化学能,再转换为电能等其他能量。

  太阳能研究部(DNL16)成立于2001年,是大连国家洁净能源实验室(DNL)最重要的下属研究中心之一, 也是中科院太阳能行动计划太阳能光-化学转化中心和2011ichem 能源材料化学协同创新中心之一。DNL16最重要的研究目标就是要解决太阳能科学研究中的基础问题和关键问题,主要包括太阳能转换过程中的高效光吸收,电子/空穴生成、传输、复合,和电子/空穴有效参与发电或化学反应等,以及系统集成理论。
  


  具体而言,DNL16在太阳燃料领域,集中研究太阳能光催化和光电催化分解水制氢和还原二氧化碳这两个反应,通过研究其微观机理,形成基础理论与新策略,研发宽光谱高效太阳能吸光材料和廉价助催化剂,设计和构筑异质结、异相结、表面肖特基结等结构,促进光生电荷的分离与传输,发展高效、稳定、廉价的太阳燃料生产光催化体系,实现高效分解水和还原二氧化碳制备太阳燃料。在太阳电池领域,进行凝聚态体系中光生电荷的分离、传输,以及与缺陷、声子作用的微观机制的研究,在皮秒-飞秒时间尺度上认识固体激发态电子结构及量子效应,从基础理论出发,实现与突破基于多结与量子效应的电池效率的太阳能发电技术。

  围绕上述这些科学问题,DNL16设立如下研究方向并组建组群:

  太阳能光催化分解水制氢(DNL1601)
  太阳能光催化重整生物质及污染物制氢(DNL1602)
  太阳能光催化还原CO2制液体燃料(DNL1603)
  太阳能光电材料及其光催化机理的光谱表征(DNL1604)
  光电催化材料分子设计与理论计算(DNL1605)
  自然光合作用和人工光合作用耦合 (DNL16T1)
  硅薄膜太阳电池(DNL1606)
  新概念纳米量子点电池(DNL1607) 
  有机与有机-无机复合太阳电池(DNL1608)

  过去的十几年,在李灿院士的带领之下,太阳能研究部在前沿科学问题研究取得重要进展:发展了光催化剂中的双助催化剂策略,通过在CdS半导体上分别担载还原助催化剂Pt和氧化助催化剂PdS, 光催化产氢量子效率可达到93%, 为国际上报道最高产氢量子效率;发现异相结促进电荷分离及其光催化活性,最近又发现半导体光催化剂不同晶面间的光生电荷分离效应,基于此原理制备的催化剂可以成数量级的提高光催化活性。在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci.等权威刊物上发表了高影响力的文章,受到国内外同行高频下载和引用。核心关键技术实现突破:研发出高效率的聚合物太阳电池;宽光谱超高效太阳电池的效率达到世界领先水平;建成包括碲化镉太阳电池、染料敏化太阳电池与铜铟镓锡太阳电池在内的多条薄膜太阳电池中试线。