1、太阳能材料的研究和发展太阳能材料的研究和发展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的问题是环境与能源，即环境恶化和能源短缺。这个问题当然要通过各国政府采取正确的对策来处理，发展新材料及相应的技术4将是解决这一问题最为有效的方法。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。这一新型功能材料的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染。尽管太阳能材料的成本还较高和性能还有待进一步提高，但随着材料科学的不断进步，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
2、材料的发展带来电信和计算机产业的兴起和发展一样，太阳能材料及相关技术也将带来太阳能器件的产业化的发展，使人类在环境保护和能源利用两方面的和谐达到更加完善的境界。 大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。为了充分有效地利用太阳能，人们发展了多种太阳能材料。按性能和用途大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。从目前世界范围内经济发展状况来看，太阳能材料及相应利用技术是发展最快和最有发展前景的高科技产业之一。随着科学技术的不断进步，将不断地出现更为
3、经济，性能更好的新型太阳能材料。本文主要综述和评估近年来国内外太阳能材料的发展状况，主要涉及光热转换，光电转换及变色材料的最新研究动态和发展前景，并对国内发展大阳能材料及相应技术，提出一些看法。 中国最大的资料库下载2 太阳能光热转换?我们知道，太阳主要以电磁辐射的形式给地球带来光与热。太阳辐射波长主要分布在 029.主要是我们的衣服和皮肤吸收太阳光线，从而产生光热转换的缘故。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，似乎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
4、，黑体辐射的波长范围大约在2l00m 之间，黑体辐射的强度分布只与温度和波长有关，辐射强度的峰值对应的波长在 10m 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：?在太阳光谱内吸收光线程度高，即有尽量高的吸收率 a；在热辐射波长范围内有尽可能低的辐射损失，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，即吸收率高则相应的发射率也高。但吸收率 a 与反射率 及透射率 t 满足如下关系：at=l。对于不透明材料由于 t=0,则 a=1。而对于黑色物体来说，0,则 al。根据以上讨论
5、，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.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。?对太阳能电池的发展进程简单地回顾，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，就是降低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
6、的。目前国内外生产单晶硅主要采用提拉法和区治两种工艺。通过现代先进的电池工艺，开发的单晶硅电池可分为干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，用光刻展过工艺制成倒金字塔结构（表面开口尺寸为 10 X 10m）再进行发射区钝化和分区掺杂处理。所达到的光电转换效率可达到 20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，再加上刻槽埋栅电极等措施，也可将转换效手提高到 20左右。现在单昌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。近期国外有关单位又通过
7、表面纳米构造减反射处理，使单晶硅电池转换效率已达到 23左右。总的来看单晶硅电池效率有可能还会提高到接近2且转变效率也较高（15的目标。可以预见，由于更低的生产成本和较高的转换效率，非晶硅电池也将是太阳能电池的主要发展产品之一，有很好的市场发展前景。?硒铟铜多晶薄膜电池的效率稳定在 150kg 左右。但这种电池所用材料由于硒、铟都是比较稀有的元素，因此这类电池发展将受到一定限制。?不管是硅材料电池，还是硒铟铟电池，由于制备工艺和资源问题，成本不可能降得很低。最近受到国内外科学家高度重视的纳米晶二氧化钛（TiO2）化学能电池，显示了更好的发展前景。这种新型电池以纳米多孔二氧化钛为半导体电极、以过
8、渡金属 Ru 以及 Os 等有机化合物作染料，并选用适当的氧化-还原电解质。其光电转换效率也达到 10以上，制备成本仅为硅太阳能电池的 1/磁控溅射和湿化学法等。电致变色材料可用于建筑物太阳光调控变色材料，透光调节范围为 105-75 结束语?以上就与太阳能材料的发展状况进行了概述。总的来看，太阳能利用的水平,最终取决于太阳能材料的发展水平。新材料、新工艺的出现，可进一步提高人类利用太阳能的水平。象太阳能电池和太阳能调控材料和系统，正在和即将形成一个大规模的高科技产业。从科学和经济发展来看，这都具有重大意义的。欧美有百万屋顶发电计划并在制定太空发电战略，我国正在西部地区实施阳光发电工程。如能利
9、用太阳能电池发展太阳能电动汽车，不仅能节省大量矿物燃料，而且能从根本上改善环境污染状况。从发展经济、提高产品档次和开发新产品来看，太阳能材料及相应技术产品也是有广阔发展前景的。象太阳能电视、冰箱及太阳能加工技术，都具有广阔的市场，将给我国经济带来活力和新的经济增长点。太阳能利用日益与建筑结合在一起，建筑材料也有向功能化发展的趋势，而大阳能利用就是一个重要的结合对象。如能结合太阳能利用特点，可开发更多的新产品。家电致变色，气致变色材料就是值得开发的高科技新型建材产品。通过利用这些太阳能建材，使人们将建筑物与太阳能利用得到完善的结合。国外已建有多种大阳能住宅，我们只要从中吸取相关技术推广应用，就可很好地造福于人类和大自然。
