太阳能材料研究进展及发展趋势分析

龙源期刊网太阳能材料研究进展及发展趋势分析作者：戚桓瑜来源：《中国科技博览》2019年第01期[摘要]随着化石燃料的不断使用，环境污染问题和资源短缺问题逐渐严重，新型能源的开发和利用也逐渐成为人类发展的重要问题。太阳能作为目前开发和利用的技术水平较为成熟的清洁能源，在国际范围内总能源消耗中所占比例逐渐提高。太阳能材料的创新和发展能够有效提高太阳能的利用效率，所以本文介绍了太阳能材料的研究发展现状以及未来太阳能材料的发展趋势。[关键词]太阳能材料研发现状发展趋势中图分类号：P58文献标识码：A文章编号：1009-914X（2019）01-0117-01引言从世界范围内来看，经济的快速发展造成能源资源短缺问题以及环境污染问题愈发严重，在现有的能源开发越来越无法满足人类需求的情况下，新型能源的开发和利用逐渐成为人类发展的重要问题。目前，太阳能的应用相较于其他新能源更为广泛，太阳能具备无污染、可持续发展、分布广泛等特点和优势。对于太阳能的开发和利用需要以坚实的技术后盾作为基础，太阳能材料的创新和发展方面尤其重要。1.太阳能材料研发现状太阳能的利用过程需要以各类太阳能材料作为介质完成其转换和使用。目前太阳能材料的研究方面主要包括太阳能光热转换技术及材料、太阳能电池技术及材料、太阳光谱吸收技术及材料等，并且根据太阳能转化方向的不同可以将太阳能材料分为不同的种类，如太阳能光热转换材料、太阳能光电转换材料等。1.1太阳能光热转换材料太阳能光热转换是将太阳的辐射吸收集中起来，转换为热能加以利用，太阳能光热转换材料按照用途可以分为蓄热材料、集热材料和导热材料。蓄热材料又分为相变蓄热材料和显热蓄热材料，相变蓄热材料即利用材料存在状态的变化来储存能量，此类材料一般蓄热的密度较大、蓄热过程易于控制，并且储热过程中基本不产生温度变化；显热蓄热材料即利用材料的温度变化进行热能的存储，显热蓄热材料一般需要具备比热容较大的优势特点，此类材料主要分为水、油和熔融盐等液体材料或砂石、金属、岩石等固体材料。集热材料主要为太阳能转换设备中的太阳能吸收涂层，吸收涂层需要实现对太阳光谱中的光线吸收程度的较高水平，由此来提高太阳能的利用效率，目前可选择性吸收涂层的应用前景较为广泛，可选择性吸收涂层在太阳光光谱中有较高的吸收率，在同样的热辐射波长范围内具有较低的辐射损失和发射率，因此龙源期刊网选择性吸收涂层广泛应用于太阳能热水器和太阳能集热器中。另外，集热器主要分为平板型集热器和聚偏型集热器。导热材料主要起到在集热器与蓄热器之间传递热量的作用，主要有导热流材料和导热流管道材料。太阳能的光热转换相较于其他的能量转换形式更为直接和简单，通过提升光热转换的技术水平并且应用于各类太阳能光热转换装置中，能够有效对较为分散的太阳能进行收集和集中，从而提高太阳能的利用效率。光热转换的技术较为成熟，其成本也较为低廉，目前主要的太阳能光热转换装置有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳灶等等，全世界已经有数百万的太阳能热水装置。1.2太阳能光电转换材料太阳能的光电转换是指通过光伏作用将太阳能转化为电能，进而实现太阳能的利用，主要表现为太阳能电池的利用。太阳能光电转换材料主要分为光电导器件和光伏打器件。其中，光电导器件主要利用半导体材料对太阳光的特性，通过太阳光的照射改变其电阻率或电导率，从而产生电流，实现光能向电能的转换，光电导器件主要有光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。常见的光敏电阻由硫化镉、硒化镉、硫化铅、碲化铅、硅、锑化铟等材料构成，不同的光电导材料对于光谱的相应范围也有所不同，因此不同材质的光敏电阻可应用于不同的领域。发光二极管是一种能够将电能转换为光能的半导体组件，又称为LED，主要用于照明领域。光伏打器件是利用半导体PN结在受到太阳光照射时产生电动势这一光伏打效应生产电能的设备，其主要代表硅光电池的应用十分广泛，从人造卫星、宇宙飞船到电子手表、计算器等诸多方面均有涉猎。太阳能电池是主要的光电转换设备，根据电池材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机聚合物电池、塑料太阳能电池等多种类型，其中硅太阳能电池的应用最为广泛，技术发展也最为成熟，其他类型电池的研究和开发尚处于起步阶段，在未来具备发展优势的电池品种会逐渐走向市场。2.太阳能材料发展趋势太阳能具备清洁环保、可持续利用等优点，但同时也存在分散、强度小、不稳定等使用问题，随着科学技术的不断进步，太阳能材料也将会呈现出繁荣发展的趋势，未来的太阳能材料会更加适用于太阳能的开发和利用，并且不断克服在太阳能的收集和转换利用过程中出现的各种问题，同时不断提高太阳能的利用效率。在太阳能的光热转换方面，如何对太阳能进行富集、提高太阳能利用率并且转换为高品质热能一直是国际研究者十分关心的问题。近年来不断有学者提出新的材料来达到提高光热转换效率的目的，并且利用先进的纳米技术对材料进行改造，完善其在效率方面和控制方面的不龙源期刊网足。例如，通过纳米空间在相变材料改变状态储存热量的过程中的应用，解决部分材料相分离的问题，从而延长材料对于太阳能的利用效率及其使用寿命。在太阳能的光电转换方面，太阳能电池的发展一直是最为主要的问题。目前主要使用的太阳能电池在太阳能转化率方面仅为15%到20%，转换效率的提高对于太阳能电池的发展具有重要意义。近期，美国科学家提出的基于其三结外延剥离技术的薄膜电池将太阳能转换效率提高到了37.75%，是目前转换效率最高的太阳能电池，但由于其成本较高，这种电池的大规模普及仍然具有一定难度。未来的太阳能电池的发展将逐渐偏向于高效化、环保化，并且逐渐在各行业得到普及应用。结语目前，太阳能材料对于太阳能的转换效率较低，随着科技的不断发展，太阳能材料研发方面新工艺或新材料的出现能够提升太阳能开发和利用的技术水平和规模水平。同时，太阳能材料的发展势必带动太阳能在各个领域的应用，这样不仅能够节省大量的化石燃料，还能够很大程度上改善环境污染问题。总而言之，太阳能材料的研究和创新发展具有广阔的发展前景，并且对于能源的可持续发展战略有重大意义。参考文献：[1]王聪.太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J].硅酸盐学报，2017（11）：1556-568.[2]熊涛，何美凤.光热转换材料及太阳能热水器的现状和发展方向[J].材料导报，2010（10）：57-60.作者简介戚桓瑜（1989—），男，汉族，甘肃省陇南市成县，武威职业学院新能源与动力工程学院，本科，助教，材料科学与工程。