太阳能材料的研究和发展
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纳米结构材料及其技术在太阳能电池中的应用和发展现状
纳米结构材料及其技术在太阳能电池中的应用和发展现状王二垒，张秀霞，杨小聪，张绍慧（北方民族大学电信学院，宁夏银川750021）摘要：太阳能电池的发展和利用离不开太阳能电池材料和技术的发展，文中对纳米结构材料及其技术在太阳能电池和太阳能光电转化技术中的应用和发展现状做了简要综述。
介绍了多元化合物太阳电池纳米材料、染料敏化太阳电池纳米材料和有机聚合物太阳电池结构纳米材料的研究现状和技术创新，并指出其发展趋势。
关键词：太阳能电池；阳能电池材料；纳米结构材料；光电转化中图分类号：O 484.4文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）24-0184-04Application and development of NANO -structured materials andtechnologies for solar cellsWANG Er -lei ，ZHANG Xiu -xia ，YANG Xiao -cong ，ZHANG Shao -hui（School of Electronics and Information Engineering ，North National University ，Yinchuan 750021，China ）Abstract:The development and use of solar cells can not be separated from the development of solar materials and technologies ，this paper summarized the application and development of NANO -structured material and technologies for solar cells and solar photoelectric conversion.The study status and technology innovation for multi -element compounds solar cells of NANO -structured materials ，dye -sensitized solar cells of NANO -structured materials and organic polymer solar cells of NANO -structured materials were introduced ，the development tendency were also been pointed out.Key words:solar cells ；solar cell material ；NANO -structured material ；photoelectric conversion收稿日期：2012-08-28稿件编号：201208157基金项目：国家自然科学基金资助项目（60844006）；北方民族大学研究生创新项目（2012XYC040；2012XYC041）；宁夏高等学校科学研究项目基金（2011JY002）；北方民族大学科学研究专项任务项目基金（2011XJZKJ02）；北方民族大学大学生创新项目（CJJ-CX-DX-40；CJJ-CX-DX-39）作者简介：王二垒（1985—），男，河南商水人，硕士研究生。
太阳能电池材料的种类、原理和特点
太阳能电池是一种将太阳能直接转换为电能的装置，它是太阳能光伏发电系统的核心部件之一。
太阳能电池材料的种类、原理和特点是影响太阳能电池性能和应用领域的关键因素。
本文将围绕这一主题展开讨论，以便为读者深入了解太阳能电池提供全面的了解。
一、太阳能电池材料的种类太阳能电池材料可以分为晶体硅、非晶硅、多晶硅、柔性薄膜电池材料等几种主要类型。
1. 晶体硅晶体硅是太阳能电池最常用的材料之一，它主要由单晶硅和多晶硅两种类型，其中单晶硅的电池效率较高，但成本较高，多晶硅则相对便宜一些。
2. 非晶硅非晶硅是一种非晶态材料，是将硅薄片进行涂覆和烧结而成的，其电池效率较低，但成本较低，适合一些需要成本控制的应用场景。
3. 多晶硅多晶硅电池是利用多晶硅片制成，其性价比相对较高，广泛应用于家用光伏电站和商业光伏电站中。
4. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池是一种新型的太阳能电池材料，主要由非晶硅材料、铜铟镓硒等化合物材料制成，具有柔性、轻薄、便于携带等优点，是未来太阳能电池发展的方向。
二、太阳能电池材料的原理太阳能电池是利用光电效应将太阳能直接转换为电能的装置。
不同类型的太阳能电池材料有着不同的工作原理。
1. 晶体硅晶体硅太阳能电池的工作原理是通过P-N结构实现的。
当太阳光照射在P-N结上时，光子的能量被硅中的电子吸收并激发，使得电子跃迁到导带中，形成光生电子和空穴。
这些光生电子和空穴会在P-N结的作用下分离，从而形成电流，从而实现将太阳能光能转化为电能。
2. 非晶硅非晶硅太阳能电池利用非晶硅薄膜吸收太阳光的能量，并将其转化为电能。
其工作原理与晶体硅相似，但非晶硅的材料结构不规则，电子的运动方式也有所不同。
3. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池材料利用非晶硅、铜铟镓硒等化合物材料，通过薄膜沉积技术将材料制备成薄膜，实现光伏效应的转化工作原理与晶体硅和非晶硅类似，通过材料的光电转换将太阳光能转换为电能。
三、太阳能电池材料的特点不同种类的太阳能电池材料各有其独特的特点和适用场景。
纳米材料在能源领域的应用研究与发展前景分析
纳米材料在能源领域的应用研究与发展前景分析引言：随着能源需求不断增加和传统能源的日益枯竭，寻找新的能源替代品和高效能源利用技术成为当今科学研究的热点。
纳米材料作为一种前沿领域的新材料，在能源领域应用研究方面展现出了巨大的潜力。
本文将重点分析纳米材料在能源领域的应用研究和发展前景。
1. 纳米材料在太阳能领域的应用太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景。
纳米材料因其特殊的结构、表面积和光电性能，能够显著提高太阳能电池的效率和稳定性。
纳米材料如纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜被广泛用于太阳能电池的光吸收层和电极材料中，以提高光电转换效率。
此外，纳米材料还可以用于提高太阳能电池的柔韧性和可扩展性，为便携式电子设备和可穿戴设备提供更多可能性。
2. 纳米材料在燃料电池领域的应用燃料电池因其高能效、低污染和可持续性等特点，成为现代能源系统的重要组成部分。
纳米材料在燃料电池中的应用主要包括催化剂和电解质材料。
纳米催化剂具有较高的比表面积和更多的活性位点，可以显著提高燃料电池的反应效率和稳定性。
纳米电解质材料可以提高燃料电池的离子传输速率，从而提高电池的性能。
此外，纳米材料还可以用于制备燃料电池的电极和导电材料，以提高电池的导电性和耐久性。
3. 纳米材料在储能领域的应用能源储存技术的发展对于实现可持续发展和应对能源危机至关重要。
纳米材料因其较大的比表面积和丰富的孔隙结构，能够提高储能材料的吸附容量和离子传输速率。
纳米材料在储能领域的应用主要包括超级电容器和锂离子电池。
纳米材料作为超级电容器的电极材料，可以显著提高电池的能量密度和功率密度。
在锂离子电池中，纳米材料可以用于制备高容量和高稳定性的正负极材料，以提高电池的循环寿命和充放电性能。
4. 纳米材料在能源转换和储存中的挑战与前景尽管纳米材料在能源领域的应用前景广阔，但同时也面临着一些挑战。
首先，纳米材料的制备和控制技术仍然需要进一步发展，以实现大规模制备和商业化应用。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种能够将太阳能转化为电能的装置。
它的发展历史可以追溯到19世纪初，经过了多个阶段的探索和改进，逐渐成为可靠的可再生能源技术。
1. 早期研究与发现太阳能电池的研究始于1839年，当时法国物理学家贝克勒尔发现了光电效应。
他发现，当光线照射到某些物质表面时，会产生电流。
这一发现为后来太阳能电池的发展奠定了基础。
2. 第一代太阳能电池20世纪初，美国发明家查尔斯·费德尔利在光电效应的基础上制造出了第一台实用的太阳能电池。
这种电池使用硒元素和金属电极，虽然效率较低，但标志着太阳能电池的诞生。
3. 硅基太阳能电池的发展在20世纪50年代，美国贝尔实验室的科学家们开始研究硅材料的光电转换性能。
他们发现，硅材料对光的吸收效果较好，并且可以转化为电能。
这一发现推动了硅基太阳能电池的发展。
1954年，贝尔实验室的德雷珀和基尔比两位科学家成功研制出了第一块高效率的硅太阳能电池。
这种电池的效率达到了6%，并且可以在宇宙航天器上使用。
这一突破标志着硅基太阳能电池的商业化应用开始。
4. 多晶硅太阳能电池的出现20世纪60年代，科学家们开始研究如何提高太阳能电池的效率。
他们发现，通过改变硅材料的结晶方式，可以获得更高效的太阳能电池。
于是，多晶硅太阳能电池应运而生。
多晶硅太阳能电池通过将多个晶体颗粒组合在一起制成电池片，提高了电池的效率。
这种电池的效率可以达到10%左右，成为当时最常用的太阳能电池技术。
5. 单晶硅太阳能电池的发展随着对太阳能电池效率的不断追求，科学家们开始研究如何制造更高效的太阳能电池。
他们发现，通过单晶硅材料制造太阳能电池可以获得更高的效率。
单晶硅太阳能电池采用单个晶体生长而成，具有更高的纯度和更均匀的结构。
这种电池的效率可以达到20%以上，成为目前商业化应用最广泛的太阳能电池技术。
6. 薄膜太阳能电池的发展为了降低太阳能电池的成本和提高生产效率，科学家们开始研究如何制造更薄、更轻、更灵活的太阳能电池。
太阳能发电技术的进展与展望
太阳能发电技术的进展与展望随着能源需求的不断增长和对环境友好能源的需求日益迫切，太阳能发电技术成为了人们关注的热点话题。
我们将在本文中探讨太阳能发电技术的进展，并展望未来的发展前景。
一、太阳能发电技术的进展1. 光伏发电技术的进展光伏发电技术是目前最为成熟的太阳能发电技术之一。
过去几十年里，光伏电池的效率不断提高，成本不断下降。
同时，随着材料科学的发展，研究人员还不断尝试新材料的应用，如钙钛矿太阳能电池的出现，使得光伏发电技术进一步向前迈进。
2. 热能发电技术的进展热能发电技术是利用太阳能的热量来产生电能。
传统的热能发电技术包括太阳能热水器和太阳能热电联供系统等。
近年来，聚光太阳能发电技术逐渐崭露头角，通过聚光系统将太阳能光线聚焦到一个小区域，从而提高温度，进而产生蒸汽驱动涡轮发电机发电。
这种技术在效率上有了显著提升。
二、太阳能发电技术的展望1. 提高太阳能发电技术的效率目前光伏发电技术的平均效率约为20%，还有很大的提升空间。
研究人员正在集中精力改进材料和工艺，寻找更高效的太阳能电池结构，如多结光伏电池和钙钛矿太阳能电池等，以提高发电效率。
2. 开发可持续的储能技术太阳能发电的一个重要问题是不稳定性，即便是晴天，夜间或恶劣天气条件下也难以提供稳定的电力供应。
因此，开发可持续的储能技术变得至关重要。
目前储能技术主要包括电池储能、储能电站和氢能储存等。
随着科技的进步，相信未来会有更先进、高效的储能技术应运而生。
3. 提高太阳能发电的成本竞争力太阳能发电的成本问题一直是制约其推广应用的重要因素之一。
近年来，太阳能光伏发电系统的成本不断下降，但仍面临挑战。
需要进一步降低硅材料的制造成本、提高太阳能电池的生产效率，并加强光伏发电系统的可靠性和长期稳定性。
4. 太阳能发电的全球范围推广应用太阳能发电技术具有广泛的应用前景，可应用于住宅、工业、农业等领域，为各个行业提供清洁、可再生的能源。
虽然在一些地区太阳能发电已经得到了广泛应用，但仍有很大的推广空间，特别是在发展中国家。
光热转换材料的研究现状与发展趋势
光热转换材料的研究现状与发展趋势光热转换材料是一种能够将太阳光转化为热能的材料，具有广泛的应用潜力，如太阳能热发电、太阳能热水等。
在过去几十年中，随着太阳能行业的兴起，光热转换材料的研究也取得了重要进展。
本文将对目前光热转换材料的研究现状进行概述，并展望其未来的发展趋势。
目前，光热转换材料主要分为光吸收材料和热辐射材料两大类。
光吸收材料用于吸收太阳光并将其转化为热能，而热辐射材料则用于将热能辐射出去，以减少材料的热损失。
光吸收材料的研究重点在于提高吸收能力和光热转化效率，而热辐射材料则关注于减小热辐射损失和增强热辐射效果。
在光吸收材料方面，目前主要研究的材料包括金属氧化物、有机聚合物和纳米材料等。
金属氧化物如二氧化钛、二氧化锌等具有良好的吸收性能和稳定性，已经得到广泛应用。
有机聚合物由于其较低的成本和良好的可加工性，在光热转换领域也取得了不错的研究进展。
纳米材料如纳米金颗粒和纳米线具有特殊的光学和电子性质，可用于提高光热转换效率。
在热辐射材料方面，主要研究了低发射率材料和微孔材料。
低发射率材料具有较小的辐射传热能力，可以减小热辐射损失，提高光热转换效率。
微孔材料是一种具有多孔结构的材料，可以减少热传导，并具有较大的表面积和较高的吸收能力。
除了材料本身的研究，光热转换材料还需要结合器件的研发来进行应用。
传统的光热转换器件主要采用平面太阳能集热器和热储存器，这种方式存在集热效率低和储存热损失大的问题。
因此，研究人员开始尝试新型的光热转换器件，如纳米结构材料、光学陷阱和光电热转换装置等。
这些新型器件可以提高集热效率和热能存储性能，进一步改善光热转换系统的整体效能。
未来光热转换材料的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，研究人员将致力于开发更高效的光热转换材料，以提高太阳能利用率。
其次，随着纳米技术的发展，纳米材料将会成为光热转换材料的重要研究方向。
纳米颗粒和纳米线具有较大的比表面积和特殊的光学性质，在光热转换中具有巨大的潜力。
太阳能电池封装材料及技术研究进展
（ ）工 艺 适 应 性 好 。环 氧 树脂 、 固化 剂 及 改 ３ 性剂 的品种很 多 ，可 通 过 合 理 而巧 妙 的配方 设 计 ，
使胶 粘剂 具 有 所 需 要 的 工 艺 性 （ 快 速 固 化 、室 如
玻璃
，
／ ， ／， ， ， ／， ， ， ：
＂ ｗ
温 固化 、低 温 固 化 、水 中 固化 、低 粘 度 、高 粘 度
（ ２Ｅ 图 ）引。
非玻 璃 封 装 是 利 用 金 属 片 、树 脂 板 材 和 复 合 封装 膜 等 ，利 用 真 空 热 压 技术 ，对 太 阳 能 电 池 片 进 行封装 ，可 以很好地 克 服玻 璃封 装 Ｅ ＶＡ 薄膜 易
老化 、难运 输 、重 量 大 的 缺 点 ，生 产 出轻 质 、机 械性 能好 、柔 性 的新型 电池 。
关键词 ：太阳能电池 ；封装工 艺；封装技术；封装材料 ；丙烯酸树脂胶 ；环氧树 脂胶 ；有机硅 胶；Ｅ ＶＡ热
熔 膜
中 图分 类 号 ：Ｔ ８ Ｑ５ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ —５ ２ 一 （ ０ １ ２ ０ ８ ６ ０ ９ ６ ４ ２ １ ）０ —０ ２ ～Ｏ
２ ，是热 固性树脂 中固化收缩率最小 的品种之一 ；
图 １ 玻 璃一 氟 乙 烯 复 合 膜 封 装 聚
Ｆ ｇ Ｅ ｃ ｐ ｕ ａ ｉｎ ｗｉ ｌ ｓ ｎ ｏ ｙ ｉ ｙ ｉ１ ｎ ａ ｓ ｌ ｔ ｔ ｇ ａ ｓａ ｄ ｐ ｌ ｖ ｎ ｌ ｏ ｈ
ｆｕ ｉ ｏ ｂｉ ｔｏｎ ｍ ｅ ｂｒ ｎｅ ｌ ｏｒｄｅ ｃ ｍ ｎａ ｉ ｍ ａ
过 各种封 装材料 ，一般 采用 Ｅ Ａ （ Ｖ 乙烯一 醋酸 乙烯
接暴露 在 阳光 、雨 水 等 自然 条 件 下 ，因此 ，要 实
太阳能光伏产业发展研究报告
建议与对策
一．优先支持核心技术研发
光伏发电技术关键的问题是提高电池转换效率和降低成本。影响太阳电池大规模 应用的主要障碍是它的制造成本仍然较高。解决的办法仍然是要通过改进现有的制造 工艺、设计新的电池结构和开发新的电池和组件材料等手段来降低太阳电池的制造成 本，并提高光电转换效率，同时，积极发展各类薄膜太阳电池和其它新型太阳电池。
现有光伏发电系统应用共同特征
所有并网系统都属于自耗型的，光伏发电所产生的电能只允许本地负载消耗，不 允许太阳能电力上网（进入公用电网）。这样，不能发挥并网光伏发电系统应有的效 率。这并非来自技术的障碍，而是电力管理部门（电网公司）沿袭了传统电网系统的 规定所致，对于光伏发电的电力上网缺乏科学和合理的管理措施。对于偏远地区、无 电地区、野外分散式装置和低耗电装置，使用独立型光伏发电系统更加方便灵活，无 需与公用电网相连，结构简单，单位成本低也具有较好的应用前景。
因素 • 专业人才少：由于产业发展过快，专门技术人才供不应求，导致
企业缺乏实际有用人才，目前企业人才大都从IC等行业转来的；
• 技术因素：1. 新型低成本制备高纯多晶硅技术，包括低成本物理 法提纯制备单晶硅；2.提高晶体硅太阳电池的效率；3. 扩大太阳 电池的产业规模；4. 开发薄膜硅太阳电池；5.发展新型低成本化 合物薄膜电池
1.2006 年 ， 建 成 “ 天 和 家 园 住 宅 小 区 ” 屋 顶 太 阳 能 并 网 光 伏 发 电 系 统 ， 装 机 容 量 43KW，光伏发电系统在小区内实行局部并网, 总造价超过350万元，已通过国家有关 部门验收，并被列为我国太阳能建筑示范工程； 2.2007年10月，杉杉尤利卡太阳能科技有限公司“望春工业园区”太阳能光伏并网发 电系统，总投资70多万元，装机容量20KW； 3.全省电网公司投资的“省电网公司调度大楼”太阳能光伏并网电站示范工程，初步 设计装机容量为300千瓦，总投资2300万元左右，预计2008年并网发电； 4.“国际商贸城三期市场”建1.29兆瓦太阳能光伏发电系统， 2007年底通过了技术评 审，预期在今年建成； 5.电子科技大学承担的中日两国政府可再生能源科技合作项目“并网光伏发电微型电 网实验系统”，预算投资5亿日元，其中光伏发电120千瓦，柴油机发电120千瓦（后 备电源和试验用电源），07年12月在电子科技大学分校区启动建设，预计08年8月建 成并投入运行。
薄膜太阳能电池光电转换材料研究进展
收稿日期：2009－12－07基金项目：国防科技大学校预研项目（JC08－01－06）作者简介：郑春满，1976年出生，博士，副教授．主要从事能源材料研究。
E －mail ：zhengchunman@sohu．com 薄膜太阳能电池光电转换材料研究进展郑春满郭宇杰谢凯韦永滔（国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073）文摘在对太阳能电池基本原理进行介绍的基础上，综述了近年来光电转换材料的发展情况，重点对各种材料的优缺点、制备方法以及未来的发展趋势进行探讨。
关键词太阳能电池，薄膜，光电转换材料，转换效率Recent Progress in Developing Photoelectric ConversationMaterials for Thin-Film Solar CellsZheng ChunmanGuo YujieXie KaiWei Yongtao（Department of Material Engineering and Applied Chemistry ，School of Aerospace ＆Materials Engineering ，National University of Defense Technology ，Changsha 410073）Abstract The photoelectric conversation materials are the key part ，which decides the conversation efficiency ofthe thin-film solar cells．The photoelectric conversation materials that can be used in the thin film solar cells mainly include inorganic semiconductor materials and organic materials．In the present paper ，the basic principle of thin film solar cells is introduced and the development of the two materials is reviewed．The advantage and disadvantage ，the preparation methods and the future trends of every material are discussed．Key words Solar cells ，Thin-film ，Photoelectric conversation materials ，Conversation efficiency1引言太阳能电池作为解决人类所面临的能源与环境问题的最佳选择，具有来源广泛、使用方便、无污染等优点，在航空、航天、通讯及微功耗电子产品等领域具有广阔的应用前景［1］，因而逐渐成为研究的重点方向和主流［2－3］。
太阳能热化学储能技术的研究及应用
太阳能热化学储能技术的研究及应用随着气候变化和环境问题的加剧，自然界的资源变得越来越紧缺，加之人们对能源的需求日益增长，发展清洁、可再生的能源成为了摆在全球人类面前的重要课题。
太阳能作为一种无限的清洁能源，被越来越多的国家和机构所重视。
为了使太阳能得到更好的利用，科学家们致力于研究和开发各种太阳能储能技术，其中太阳能热化学储能技术是一个备受瞩目的领域。
什么是太阳能热化学储能技术？太阳能热化学储能技术是一种利用太阳能对储能材料进行加热并充分吸收太阳能的过程，将光能转化为热能，并将热能储存在相变材料中，当需要释放时再将储存的热能释放出来。
相比于传统的太阳能热能储存技术，太阳能热化学储能技术具有更高的能量密度和更长久的储存时间，同时还能够充分利用太阳能，并将其转化为可靠的电力。
如何实现太阳能热化学储能技术？实现太阳能热化学储能技术主要需要两个步骤：储能和释能。
储能：太阳能热化学储能技术的关键在于储能材料的选择。
这种材料可以分为两类：化学变化储热材料和相变储热材料。
化学变化储热材料是指在加热的过程中，通过化学反应产生储热效果，因此可以称之为化学反应储能材料。
相变储热材料则是指在加热的过程中，通过物质相变所吸收的能量来储存、释放热量，因此可以称之为相变储能材料。
对于储存热量大约在100℃到200℃之间的太阳能，可以使用相变储能材料，而对于需要储存热量在200℃到400℃之间的太阳能，可以使用化学变化储热材料。
释能：释能过程是将储存的热能转化为电能的过程。
在太阳能热化学储能技术中，将释放的热能转化为电能主要有两种方式：热发电和温差发电。
热发电是指将储存的热能直接转化为电能的过程，其中最常见的方法是利用塔式太阳能热塔提升温度，驱动涡轮机发电。
而温差发电是指利用材料的热电效应将储存的热能转化为电能，其中最常见的应用是锗硅(III-V族)热电材料技术。
太阳能热化学储能技术的应用前景太阳能热化学储能技术将太阳能转化为可靠的电力，具有广泛的应用前景。
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太阳能材料的研究和发展 Prepared on 22 November 2020 本文由syj983232贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 ｅｒ ｓ ｉ Ａｄ ａ ｃｅ Ｍ ａｌ ａｉ Ｉ ｖ ｎ ｄ — … ｎｕｌ ａ ｌ ｄｓｙＭ 罂 ｒ … Ｆ ｒｍ ｏ Ａ ｖ ｎｅ ａ ｒ ｌ ｏｕ ｆ ｄ ａｅ ｄ Ｍ ｔ ｉｓ ｅａ 缝翡 的趼 ● 沈辉 梁宗存 李戬洪 １ 引言 随 着人类社会 的不断 发展 ，人与 自然的矛盾也愈来愈突 出。目前全世界范围面临的最为突出自 题是环境与能源．即 勺 换的缘故 从物理角度来讲，黑色意味着光线的几乎全部的吸 收、被吸收的光能即转化为热能。因此为了最大限度地实现太 阳能 的光热转换，似平用黑色的涂层材料就可满足 了，但实际 情况并非如此。这主要是材料本身还有一个热辐射问题。从量 子物理 的理论可知，黑体辐射的波长范围大约在２—１ ０ 之 Ｄ １ ｕ１ １ 间．黑体辐射的强度分布只与温度平 波长有关，辐射强度 的峰 ［ 值 对应 的波 长在１ ｍ Ｄ 附近。 由此可见，太阳光谱的波长分布范围基本上 与热辐射不重 叠。 因此要实现最佳的太 阳能热转换，所采 用的材料必须满足 以下两个条件：①在太阳光谱内吸收光线程度高，即有尽量高 吸收率 ｄ；＠在热辐射波长范匿内有尽可能低的辐射损失， 环境恶化千 能源短缺 。这个 问题当然要通过各国政府采取正确 １ ３ 的对策来处理 发展新材料厦相应的技术，将是解决这一 题 最为有效的方法。事实上近年来人们对太阳能材料 的研制和利 用，已显示了积极 有效的作 用。这 一新型二能材 料的发展．既 力 可解块人类面临 的能源短缺，叉不造成甄境污染 。尽管太阳能 材料 的成本还较高和性能还有峙进一步提高 但随着材料 学 的不断进步，太阳能材料愈来愈显示了诱人的发展前景。可以 预 见，在下个世纪，太阳能材料将扮演更为重要的角色 就象 半导体等功能材料的发展带来电信和计算机产业的兴起和发展 一 即有尽可能低 的发射率 ￡。一般来说，对同一波长而言，材料 的吸收率和发射率有同样的数值，即吸收率高贝 相应的发射率 也高 但吸收率 ｄ与反射率 Ｙ厦透身 率 ｔ 满足如下关系 ａ＋ ｖ＋ｔ１ ＝ 。对干不透 明材料由于ｔ ，则 ｄ＋ ｖ Ｉ 而对于黑 ＝０ － 样，太阳能材料厦相关技术也将带来太阳能器件的产业化 发展，使人类在环境保护和能 源利用两方面的午 谐达到更 加完 亡 善的境界。 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也 是清 洁能源，不产生任何 的环境污染 。为 了充分 有效地 利抖 太阳 ｊ 能，人们发展了多砷太阳能材料。按性能和用途太体上可分为 光热转换材料，光 电转换材料，光化学能转换材料和光能调控 色物体来说， Ｙ Ｄ ，则 ｑ Ｌ 根据以上讨论，可知最有效的 太 阳能光热转换材料是在太阳光谱范围内，即 ＜２ ５ 有 ｕ １｛ ｖ ０ 即 ）；而在 ＾＞ ２ ｍ ，即热辐射波长范围内， 有 Ｄ｛ ｖ １ 即 或 Ｄ ）。一般将具备这一特性 的溶层材 料稚为选择性吸收材料。如不完全满足以上条件，如在热辐射 变色材料等。由此而形成太阳能光热利 用，光电利用，光化学 能利用和太阳能光能调控等相应技术 从 目前世界范匿内经济 渡长范围内 ￡有较大 的值，则尽管在太阳光谱ａ ，仍有很大 １ 热辐射损 失 这类材料通常称为非选择性涂层材料 。所有选 择性 吸收 涂层 的构 造基 本上 分为两 个部份 ：红 外反射 底层 （ 铜 铝等高红外反射比金属 ）和太阳光谱吸收层 （ 金属化合 发展状况来看，太阳能材料厦相应利 用技术是发展最１ 和最有 央 发展前景的高社技产业之一。随着科学技术白 不断进步 将不 勺 断地出现更为经济，性 能更好的新型太 Ｂ能材料。 日 物或金属复台材料 ）。吸收涂层在太阳光波峰值波长 ｛ ． ０５ ｍ ）耐近产生强烈的吸 收， 在红外波段则 自由透过 ，并借助于 ２ 太阳能光热转换 我们知道，太 阳主要以 电磁 辐射的形式结地球带来光与 热。太阳辐射波长主要分布在０ ２ ～２ ５ ｍ ５ 范围 内。从光热效 底层的高红外反射特性构成选择性涂层。实际上利用的选择性 涂层材料，多是将超细金属颗粒分散在金属氧化物的基体上形 成黑色吸收津层。这通常采 用电化学，真空蒸发和磁控溅射等 工艺来实现。 应来讲，太阳光谱中的红外波段直接产生熟效应，而绝大部份 光能不能直接产生热量。我们感觉在强烈的阳光下的温暖和炎 热，主要是我们的衣服和皮肤吸收太阳光线，从而产生光热转 在太阳能热水器上得到广泛应用的太阳 能吸热涂屉主要 有：磁控溅射涂层，选择性 阳极氧化涂层等。从 使用和经济角 度考虑， 除了吸热性能外 ，还 要 产 业 论 坛 新 蜡 料 产 业 ２０年 ０１ 月刊 蒡 求使用寿命要长，生长成本要１ 等。我国从８ 年代开始加快 了 氐 Ｄ 太阳能的能量密度低 （ ０ Ｗ ） 约１ ｏ ／ ，而且不稳定不连续。用太 阳能 电池及相应储存技术可太面积采集、储存太阳能， 适应 于人们工作和 日常生活需要 。目前太阳能 电池，占主导市场的 是单晶硅电池。估计 不久的将来，多晶硅薄膜电池和 非晶硅薄 膜电池会逐步 占领市场 ，并有可能最终 取代单 晶硅 的主导地 在太阳能吸热材料 方面的研 究＇象清华大学，北 京太阳能研究 所等单位 先后研制出一系列优 良的选择性涂层材料 。所研制 的 黑钴选择性吸收涂层具有 良好的光谱选择性，适台应用在工作 温度较高 的真 空集 热管上 。研 制成功的用于全玻璃真空管上 铅— 铝太阳光谱选择性吸 氨， 。近 来国内外在制备工艺上主要利 用电化学和磁控溅射方法，所研 位。近年来，随着材料科学的发展，不断有新材料、新 工艺出 现。象硒铟锢 电池成本低 ，性能稳定也是具有很好 发展前景 的。此外作为近年来太阳能电池发展的最新成果，纳米晶太 阳 化学能 电池更展现 了太 阳能 电池的一个 新的发展 方向。 制的选择性吸收涂层材料 向多层化，梯度化发展。如倍受重视 的氮化铝选择性吸收涂层是新一代的吸热涂层的代表。从 目前 已达到的水平来看，光热转换材料的性能还可进一步提亩－这 不仅需要人们不断探 索新的材料体系和制备工艺，还可在津层 的玻璃盖板表面上做 文章。如德国某研究所，利用全息照相技 对太阳能 电池的发展进程简单地回厩 可让我们进一步 了解 材料科学对太阳能利用的至关重要的作用，并对材料研究提出更 高 的要求。开发太阳能电池必须面临的问题，就是 氐 生产成本 和提高光 电转换效率。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅 材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。目前国内外生产单 晶硅主要采用提 拉法和区熔两种工艺。通过现代先进的电池工 艺，开发的单晶硅电池可分为平面单晶硅高效电池和刻槽埋栅电 极单晶硅 电池。为了达到高效率的目的，在平面单晶硅中采用表 面积构化，用光刻腐蚀工艺制成倒金字塔结构 （ 表面开 口尺寸为 术，在平板盖板表面上进行纳米结构处理，以增加太阳光透射 率，减少太阳能的反射损失，从而使太阳能的热利 用效率得到 了进一步提高。 从技术与经济的观点来看，最简单也最实际 的途径就是把 太阳能转换成热能加 以利用。事实上太阳能光热转换是 目前世 界范围内太 阳能利用的一种最普及最主要 的形式。我国已成为 世界上生产太阳能热水器最 多的国家， 时也是世界上最大的 太阳能热水器市场 。可 预见，太 阳能热水器将是不可取代的 太阳能利用形式 。 １ １ 帕再进行发射区钝化和分区掺杂处理。所迭到的光电转 ０× ０ 换效率可达到２ 魄左右。对刻槽埋栅电极单晶硅 电池，则利用单 晶硅的各向异性，通过化学腐蚀方法在电池表面形成大小不同的 金字塔锥体＇再加上立 埋栅电极等措施 也可将转换效率提高 ＿ 惜 ３ 太阳能光 电转换 太阳能光 电转换主要是 半导体材料为基石 ，利用光照产 出 生电子一 空定对，在Ｐ 结上可以产生光电流和光电压的现象 （ Ｎ 光 到２ ％ ０ 左右。现在单晶硅的电池工艺已近成熟，提高转换效率主 要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。近斯国外有关单 位又通过表面纳米构造减反射处理 使单晶硅电池转换效率已达 ２ 虢左右。总的来看单晶硅电池效率有可能还会提高到接近２鼍 ５ 伏效应） ，从 而实现太 阳能光 电转换的 目的。通常所用的半导 体材料为硅、铭和 Ｉ【 Ｖ Ｉ一 化台物等。一般对太阳能电池材料有 如下一些要求：要充分利用太阳能辐射，即半导体材料的禁带 不能太宽，否贝 太阳能辐射利 用率太低；有较高的光电转换效 率；材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产 且材料 性能稳定。能达到这几条要求的主要有锗 硅 、砷化镓、硫化 铜 锑化镉等。特 别象锗、硅 、砷化镓等的禁带宽度相当干近 红外线的光子，对这样的半导体＇太阳光谱的大部分，包括各 种可见光都可 以用来产生 电子一 穴对 但 考虑 到只有禁带宽 空 左右。但由于单晶硅生产工艺复杂厦相应的繁琐的电池工艺，致 使单晶硅电池成本居高不下，困此要大规模推ｆ／ 阳能电池靠单 －￣ ＇ 晶硅是不可能做到的。 近年来，多晶硅薄膜电池 由于成本较 低，且转变效率也较 高 （５ １ 而得到 了迅速发展 。目前制备多晶硅薄膜多栗用快 １— ８