为提升水合盐相变材料的性能，以Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O共晶盐(EHS)作为基体材料，采用HF/HNO3刻蚀法制备亲水性纳米碳化硅(Nano-SiC)，并以Na2SiO3·9H2O和改性Nano-SiC作为复合添加剂制备复合纳米相变流体材料(Nano-SiC EHS PCMs)。结果表明：改性后Nano-SiC在EHS PCMS中具有良好的分散稳定性，同时Na2SiO3·9H2O和Nano-SiC 协同作用下使得EHS PCMs过冷度降低到0.3 ℃，无相分层现象。Nano-SiC EHS PCMs在固液相变体系中热导率均有提升，同时添加0.2% (质量分数)Nano-SiC后EHS PCMS储能时间缩短了21.8%。添加质量分数为0.15% Nano-SiC的EHS PCMs熔融焓和结晶焓分别为267.3 J/g和231.4 J/g，经过1 000次冷热循环后焓值变化甚小，该体系具有良好的循环稳定性。

水合硅酸镁是炼钢连铸过程中间包用镁质浇注料的重要结合相，其含量多少决定着浇注料的强度大小。本工作以Na2SiO3·9H2O和MgCl2·6H2O为原料，采用水热法合成水合硅酸镁(MgO-SiO2-H2O，M-S-H)，研究了焙烧温度和焙烧次数对水合硅酸镁的“结构记忆”特性；随后将预合成M-S-H复合硅微粉制备镁质浇注料，研究其对镁质浇注料性能的影响。结果表明：当焙烧温度低于400 ℃时，水合硅酸镁具有“结构记忆”特性，焙烧次数增加有利于M-S-H凝胶中层间羟基的插入，促进其层状结构晶粒的长大和结构稳定性的提高；在镁质浇注料制备过程中引入一定量的预合成水合硅酸镁和少量的硅微粉，使浇注料具有很好的施工性能和足够的早期结合强度；同时减少了高温热处理后浇注料缺陷形成，提高了材料力学性能，为开发低硅微粉镁质浇注料提供支撑。

水氯镁石是一种非常具有应用前景的镁盐资源, 其储量丰富, 成本低廉。以青海盐湖水氯镁石和水玻璃合成不同MgO/SiO2摩尔比(0.5∶1, 1∶1, 1.5∶1)的水合硅酸镁(M-S-H)凝胶, 采用XRD、SEM、红外和核磁共振等测试手段研究M-S-H的合成机理和结构特征, 进而将合成的M-S-H与硅微粉复合制备镁质浇注料, 探究M-S-H结构对浇注料结合特性的影响规律。结果表明: 不同MgO/SiO2摩尔比的M-S-H呈层状堆叠结构, MgO/SiO2摩尔比为1∶1时M-S-H的层间自由水少, 结晶度最高; M-S-H替代部分硅微粉制备镁质浇注料能显著提高1 550 ℃热处理后浇注料的力学性能, 其中MgO/SiO2摩尔比为1∶1的M-S-H复合硅微粉制备的镁质浇注料综合性能最佳, 与添加6%(质量分数)硅微粉制备的镁质浇注料相比, 其常温抗折强度和高温抗折强度分别提高75%和8%。

针对芒硝相变材料因过冷度大、相分层严重导致相变潜热存储循环寿命缩短的问题，以Na2SO4·10H2O- Na2CO3·10H2O-NaCl相变材料体系为基体、改进的Hummers法结合冷冻干燥和球磨工艺改性制备的亲水性纳米氧化石墨烯(Nano-GO)为添加剂，制得纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料(GO-MCPCMs)。结果表明：氧化处理过的纳米氧化石墨烯中O/C比例增加了65.75%，结构缺陷水平由0.224增至1.088，无团聚现象；纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料的结晶相变温度增至约23 ℃、过冷度减小至0 ℃、相分层消除，该复合相变体系中Na2SO4结晶体全部结晶为晶粒长度尺寸近于2 cm的Na2SO4·10H2O；500次固?液循环前后含氧化石墨烯质量分数为0.075%的GO-MCPCMs结晶潜热值分别为156.7 J/g和149.9 J/g，衰减率为4.3%，Nano-GO的加入明显改善了芒硝基复合相变体系的热稳定性。纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料具有良好的热循环稳定性和较长的使用寿命。

碳海绵具有低密度、大孔体积、高导热系数等优点，可作为相变材料的良好载体。采用脱脂棉及MgO为原料，合成了具有一定石墨化特性、孔隙率达到96.3%的碳海绵为载体，以Na2SO4?10H2O/Na2HPO4?12H2O为相变介质，制备出多孔碳海绵封装的复合相变材料。结果表明：在700、800 ℃和900 ℃制得的碳海绵对相变材料的吸附量分别达到了自身质量的60、75倍和102倍。同时探讨了在不同温度下制得碳海绵封装的材料在5~60 ℃之间固液相变循环性能，经5 000次循环后，该相变材料的潜热仍在200 J·g-1以上，下降值均在13%以内，导热系数提升率均大于50%。该多孔碳海绵封装的复合相变材料在太阳能储能等领域具有很好的应用前景。

在复合相变材料中引入碳纳米纤维(CNFs)提高相变体系的导热系数, 以实现相变材料与外界环境进行快速有效的热量交换。本文采用熔融共混法将Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O制备成共晶盐相变材料, 借助聚丙烯酸钠构筑三维聚合物网络封装相变材料, 利用CNFs提升复合材料的导热系数。通过Raman、XPS等测试方法, 研究了CNFs经高能球磨、湿化学氧化处理后, 其表面含氧官能团的变化; 借助Raman、DSC、Hot disk、TG等测试方法, 分析了CNFs对复合材料化学相容性、相变行为、热稳定性、潜热容量、导热系数的影响。结果表明: CNFs经过功能化处理, 氧、碳原子比增大至0.140, 氧化效果显著; CNFs引入至复合相变材料中, 体系内各组分之间存在良好的化学相容性; 当CNFs的添加量达到3%(质量分数), 复合材料的固、液态导热系数分别达到1.05 W/(m·K)、0.88 W/(m·K), 相较于未添加CNFs的复合材料, 固、液态导热性能分别提升了69.4%、60.0%; 经过1 000次循环试验, 复合材料的熔融焓和结晶焓相较循环前分别下降了56.2%、65.3%, 相变体系仍然具备一定的储热能力, 表明将相变材料嵌入三维网络结构是一种有效的封装策略。

将四乙氧基硅烷(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为硅源，芒硝基相变储能微胶囊作为芯材，通过乳液聚合的方法制备了二氧化硅包覆的芒硝基相变储能微胶囊。测得芒硝基相变储能微胶囊的熔化焓和凝固焓分别为136.4 J/g和76.9 J/g，融化和凝固温度分别为23.6 ℃和17.6 ℃。微胶囊的核-壳结构减轻了无机水合盐固液分离程度，抑制了相分层现象的发生。在100次循环后，熔化焓为64.3 J/g，具有较好的循环稳定性，可用于热能存储等领域。

近年来, Cs2SnI6作为一种无毒性、稳定性好的新型钙钛矿材料应用于太阳能电池中, 其电池的光电转换效率由最初不到1%增长到现在的8.5%, 使之成为有可能替代铅基钙钛矿太阳能电池的新型太阳能电池。本文采用基于广义密度泛函和杂化密度泛函的第一性原理方法研究了Cs2SnI6的电子结构、光学特性和钙钛矿太阳能电池的光电性能参数。研究结果表明, 导带底和价带顶位于同一高对称点Γ而属于直接跃迁型半导体, 且电子态主要来自于I-5p轨道和Sn-5s轨道。在近红外和可见光波长范围内有较高的吸收系数, 当Cs2SnI6钙钛矿厚度达到10 μm时, 吸收率在311~989 nm之间接近100%, 不考虑潜在损失的情况下, 理论上太阳能电池可获得短路电流为32.86 mA/cm2、开路电压0.91 V、填充因子87.4%、光电转换效率26.1%。为实验上制备高效Cs2SnI6钙钛矿太阳能电池提供了参考。

多重激子效应是指在纳米半导体晶体中,量子点吸收一个高能光子而产生多个电子-空穴对的过程, 该效应可以提高单结太阳电池能量转换效率。利用碰撞电离机制和费米统计模型计算了工作温度300 K的单结硅BC8量子点太阳能电池在AM1.5G太阳光谱下的能量转换效率。对于波长在280~580 nm的入射光, 多重激子效应可以大幅增强硅BC8量子点直径d>5.0 nm的量子点太阳电池的能量转换效率。硅纳米量子点的直径d=6.3~6.4 nm时, 最大能量转换效率为51.6%。

为了提高晶体硅（c-Si）薄膜太阳能电池对光的俘获能力，提出了一种可以显著增强光吸收的电池结构，该结构由减反射层、有源层和背反射镜组成。基于有效折射率调制的基本原则和严格耦合波理论，通过数值计算与仿真讨论了不同结构层的光学特性,计算了减反射层的透射率、背反射镜的反射率和经过优化后的c-Si薄膜太阳能电池的吸收率。在AM1.5G(地表面上接受到的以48°入射的太阳光谱，包含漫反射)照射下，当入射角小于75°,有源层的厚度为20 μm时，太阳能电池在400~850 nm、850~1000 nm、1000~1100 nm波长范围内平均吸收率分别为85.7%、49%、14%，有效弥补了c-Si薄膜太阳能电池近红外波段吸收不足的缺陷。