一、新能源半导体研究领域简介
先进光电技术研究院新能源半导体研究领域面向国家“双碳”战略、新能源产业发展及先进电子信息技术需求，聚焦新能源材料、宽禁带半导体、光电转换与高效能量管理等关键方向，开展基础研究、核心技术攻关及应用转化研究。研究领域围绕高性能能源材料设计、微纳结构调控、界面物理机制及器件集成应用，重点开展第三代/第四代半导体材料与器件、新型储能与能量转换材料、高导热绝缘纳米材料、光伏-热电协同利用技术以及智能化材料设计等方向研究。研究团队依托哈尔滨工业大学在材料、能源、半导体及光电领域的学科优势，结合人工智能、第一性原理计算和分子动力学模拟等先进技术手段，建立“材料设计、制备调控、性能表征、器件开发、应用验证”的全链条创新体系。重点突破高性能半导体材料制备、界面调控、热管理与能源转换效率提升等关键技术，推动新型能源和先进半导体技术在新能源装备、高端电子器件、智能制造及战略性新兴产业中的应用。近年来，获批郑州市新型储能与能源转化工程研究中心，承担了国家重点研发计划项目、装备预研领域项目、国家自然科学基金项目等一系列国家重大科研项目，荣获国家、省部级等奖励17项，发表论文200余篇，授权国家发明专利40余项。
二、新能源半导体研究领域-研究方向
（一）稀土铁石榴石磁光薄膜材料
1.高性能稀土铁石榴石磁光薄膜设计与制备
2.磁光薄膜掺杂与性能调控
3.磁光薄膜界面与微纳结构调控
4.新型磁光材料计算设计与机理研究
（二）磁光器件与装备
1.磁光隔离器与环行器
2.磁光调制与磁场传感器件
3.集成磁光芯片与微纳光子器件
4.磁光测试、制备与应用装备
（三）新能源材料与储能器件
1.先进电池电极与电解质材料
2.光伏、热电与能源转换材料
3.储能器件热管理与安全防护
（四）第三代/第四代半导体材料与器件
1.宽禁带与超宽禁带半导体材料生长
2.功率电子与射频器件
3.红外/紫外与光电探测器件
4.半导体器件封装与热管理
三、新能源半导体研究领域-代表性研究成果
（一）稀土铁石榴石薄膜、器件与装备研制成果及应用
针对稀土铁石榴石薄膜液相外延生长中熔体组分复杂、工艺窗口窄、厚膜生长稳定性不足等问题，研制了双坩埚液相外延生长装置，并形成了单晶RIG厚膜双坩埚液相外延制备方法等发明专利。该装备具备熔质补充、双坩埚交替生长、超厚薄膜及多层异质薄膜生长能力，可用于制备不同厚度、不同功能取向的稀土铁石榴石单晶薄膜。实际应用方面，该装备主要用于支撑法拉第旋转片、光隔离器用厚膜材料、磁光成像薄膜、微波磁性薄膜等关键材料的稳定制备，是后续材料放大生长、样品迭代和工程化验证的基础装备。
（二）法拉第旋转片
面向人工智能算力基础设施、高速光互连及未来6G智能信息网络对核心磁光功能部件的应用需求，团队依托自主研制的双坩埚液相外延装备与磁光薄膜生长技术，开展了法拉第旋转片的自主制备与加工研究，形成了从外延生长、材料调控到功能部件制备的自主技术基础。该产品基于磁光材料对偏振光的非互易旋转效应，可实现特定波段光信号偏振态的稳定调控，是光纤隔离器、TOSA等高端光通信器件中的核心功能部件。通过对薄膜质量、材料组分及磁光响应性能的系统优化，团队所制备的法拉第旋转片在旋转性能、光学质量和应用稳定性等方面具备良好表现，并已完成相关器件的装配验证，为面向智能信息系统的高端磁光器件自主研制与工程化应用提供了关键部件支撑。
（三）1550 nm在线式光纤隔离器
面向人工智能算力基础设施、高速光互连及未来6G智能信息网络对低损耗、高稳定核心光器件的应用需求，团队依托自主生长的磁光薄膜材料与法拉第旋转片，开展了1550 nm在线式光纤隔离器的器件装配与应用验证研究，形成了从磁光材料制备、旋转片加工到器件集成的自主技术链条。该器件以团队自主研制的法拉第旋转片为核心功能部件，可实现光信号单向传输，有效抑制反向反射光和回返光干扰，提升激光光源及通信链路运行稳定性。
（四）激光发射组件TOSA
面向人工智能算力中心、高速光通信系统及未来智能网络对高集成、高稳定光发射核心器件的应用需求，团队依托自主生长的法拉第旋转片，开展了激光发射组件 TOSA 的器件装配与集成研究，推动磁光功能材料向光通信发射端核心器件延伸应用。该组件将团队自主研制的法拉第旋转片集成于发射光路之中，可有效抑制回返光对激光器的干扰，提升发射端工作稳定性与系统可靠性。
（五）光纤通信模块
针对高速率光电接口器件的应用需求，开展了光纤通信模块中的关键器件集成与应用验证研究，推动磁光功能部件向模块级光通信系统延伸应用。该模块是交换机、服务器、存储网络、数据中心互联及通信传输设备中的核心光电接口部件。通过将团队自主研制的法拉第旋转片引入模块相关光路，可有效抑制反向光干扰，提升器件与链路运行稳定性。
（六）电解水制氢材料与器件
面向绿色氢能规模化制备对高效率、低成本、长寿命电解水制氢材料与器件的重大需求，团队围绕碱性、质子交换膜、海水及复杂水体系电解、低能耗耦合制氢等方向，开展高性能催化材料、膜电极组装及系统集成技术研究，推动电解水关键材料向工程化制氢装备应用延伸。团队聚焦催化活性与稳定性协同提升、低贵金属/非贵金属催化体系构筑、复杂水环境抗腐蚀电极开发及耦合反应选择性等关键问题，构建从材料设计、界面调控到器件集成和性能评价的全链条技术体系，为高效、低成本、长寿命绿氢制备提供核心材料与器件支撑。
（七）高比能固态电池用固态电解质
发展高安全、高能量密度的固态电池体系是新能源领域的重要战略方向（契合“十四五”及中长期储能技术规划），开发兼具高性能与低成本优势的固态电解质材料及配套工艺是关键。然而，当前部分固态电解质体系（如硫化物、卤化物）存在空气稳定性差、界面兼容性不佳或制备工艺复杂等问题，制约了固态电池的规模化应用。本技术以磷酸钛铝锂（LATP）氧化物电解质为核心，通过溶胶-凝胶法、固相烧结法等工艺优化，结合掺杂改性（如Nb、Ga等元素部分取代）和致密化烧结制度调控，精确控制电解质陶瓷片的晶相结构、晶界电阻和致密度，在室温下实现了10‒4~10‒3 S/cm的高离子电导率，同时保持了优异的空气稳定性和机械强度（弹性模量～103 GPa，硬度～8 GPa）。这一技术方案有效解决了氧化物电解质界面阻抗大、与金属锂负极兼容性差等应用瓶颈，对于提升固态电池在电动汽车、大规模储能及消费电子等领域中的循环寿命和安全性具有重要意义。
（八）高性能钠离子电池用生物质硬碳负极
低成本高性能钠离子储能体系研发是国家重大需求（“十四五”规划），高性能碳基储能材料开发及储能体系设计是关键。但是目前存在研发工艺不成熟导致的硬碳负极成本较高、首周库伦效率较低等问题，严重限制了钠离子电池产业的发展。该技术采用绿色环保的生物质作为主前驱体，通过前处理/预氧化、高温碳化以及后处理工艺优化，精确控制硬碳材料的结构和性质，实现了更高的储能性能和更长的循环寿命，对于提高钠离子电池在大规模储能系统和低速电动车辆中的可靠性至关重要。
（九）退役锂电池回收精细化拆解实现电极材料和集流体高效分离
近些年来随着锂离子电池（LIBs）驱动的新能源汽车市场的快速增长，预计未来5-10年内退役的LIBs数量将显著增加。在LIB回收中，活性材料与集流体之间的强附着力使得回收过程复杂化，降低了回收效率。传统的拆解技术，如破碎、分选和浮选，通常会破坏有价值的金属箔，并污染活性材料，使后续的分离和纯化更加困难。额外的高能耗步骤，导致环境污染。因此，确保集流体与电极活性材料的高效、快速、低成本分离是锂离子电池回收产业发展的关键之一。团队运用钝化驱动原理，将退役动力电芯中的电极片与钝化溶液接触，活性材料与集流体层迅速分离，分离效率接近 100%。在整个分离过程中，金属离子的溶出微乎其微，正极材料的结构完整性也得以较好保持。
（十）面向低空经济的载荷-储能一体化低空无人机
面向“十五五”规划，国家大力发展结构-功能一体化材料。考虑到低空飞行装备轻量化、高续航和绿色能源高效利用的发展需求，团队聚焦先进储能领域关键技术，围绕结构功能一体化储能系统与清洁能源转化装置开展系统布局，构建了从关键材料设计、核心单元研制到系统集成与应用验证的协同研发体系。其中，结构功能电池改造技术面向飞行平台对承载与供能一体化的迫切需求，可有效提升空间利用效率与系统集成水平。相关成果展示了团队在先进储能、智能装备与绿色能源交叉方向的持续创新能力，可为低空经济发展和新型能源体系建设提供有力支撑。
四、新能源半导体研究领域-导师队伍
宋波、张宇民、付强、王凯熙、王珍珠、杨雪、周流洋、黄玉明、卢**、闵笑宇、张晗旭、施宁强
（联系方式：王老师17839223706）
