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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。维普资讯ｅｒｓｉＡｄａｃｅＭａｌａｉＩｖｎｄ—…ｎｕｌａｌｄｓｙＭ罂ｒ…ＦｒｍｏＡｖｎｅａｒｌｏｕｆｄａｅｄＭｔｉｓｅａ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—１０之Ｄ１ｕ１１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１ｍＤ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１３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＋ｖＩ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，ＹＤ，则ｑＬ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＜２５有ｕ１｛ｖ０即）；而在＾＞２ｍ，即热辐射波长范围内，有Ｄ｛ｖ１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｛．０５ｍ）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０２～２５ｍ５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，还要维普资讯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（０Ｗ）约１ｏ／，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。１１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【ＶＩ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（５１而得到了迅速发展。目前制备多晶硅薄膜多栗用快１—８速热化学气相沉积（丁Ｖ）和等离子体增强化学气相沉积ＲＣＤ（ＥＶ）ＰＣＤ工艺化学气相沉积主要是以三氯氢硅（ｉＣ，四ＳＨＩ】氯化硅（Ｉ１或硅烷（ｉ等为原料，在真空石英管反应室ＳＣ）Ｓｌ）内沉稠而成薄膜厚度可得到精确控制，衬底材料一般选用度在０５．电子伏特的半导体才有较高的光电转换效率，因．—１５此硅砷化镓等是理想的电池材料而锑化镉由于镉是有毒元紊，其应用受到一定限制。再从原料资源、生产工艺和性能稳Ｓｓ０Ｓ等。近些年来一种以冶金级硅粉制作的颗粒１１皿１硅带为衬底的多晶硅薄膜电池引人注目，这为发展低价长寿电池找到了一条新路子。制备多晶硅薄膜电池的关键就是再结定性等方面综台考虑，硅是最台适最理想的太阳能电池材料，这也是为什么太阳能电池主要硅材料为主原因太阳能光电利用是近些年发展最快，最具活力的研究领域。从太阳能的特点和使用方便性而言，太阳能电池的出现和发展是标志人类用太阳能达到的～个新的发展阶段。众所周知，在地球表面晶工艺，现在几乎所有制备单晶硅高效电池的技术部用于制备多晶硅薄膜电池的工艺上多晶硅薄膜电池将最终取代单晶硅电池，而作为市场的主导产品。现在非晶硅电池研究也取得了突破性进展。美国联合太阳能系统公司以不锈钢板作衬底，采用单层，双层、三层本征非维普资讯ＡｖｎｅＭａｅｉｌｎｕｔｙａ０／Ｏｊｄａｃｄｔｌｓｄｓｒ￣Ｉｆ２０ｄｔｒａｓｏｌｕｍｏｆＡｄｖａｎｃｅＭａｅｉｌＩｄｓｒｎｕｔｉＦｏｒ————昌硅薄膜结构，使非晶硅电池转换效率达到９１—蕊，估计不久将会达到１％目标。可以预见，由于更低的生产成本和较高５的的转换效率，非晶硅电池也将是太阳能电池的主要发展产品之，反向时，则产生与上述相反的过程，即电子和离子从着色的电致变色层内抽出而使其退色与电致变色系统相比，气致变色系统具有结构简单和调光范围宽（＿５的特点。氧化钨薄膜也是性能优良的气致变色５７神材料。气致变色系统主要由双层薄膜构成，即在平板玻璃上先沉积氧化钨，然后沉淀一层催化剂层，催化剂层与另一平板玻璃保持一定间隙。着色时充含有微量氢气的惰性气体即可，退色则充氧气或空气就可实现。变色原理是基于氧化还原反应和氧化钨的变价特性。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１砩左右，其成本较硅材料电池都低，并且易于规模生产硒铟铜电池由很薄的四层材料构成，其中每一层都只有纸张厚度白１２。在太阳光照射勺／０下，由中间两层发电，上下两层将电导出。几百平方米面积的这种电池重量只有５左右但这种电池所用材料由于硒、铟０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，还是硒铟铜电池，由于制备ＴＥ￣资源；ｎ问题成本柯能降得很低最近受到国内外科学家高度重视的纳米昌二氧化钛∞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、蹦睦渡金属以及０等有扪化台物作染料，并选用适当的氧化一ｓ还原电解质。其光电转换效率也达到１嘴以上，制备威本仅为硅太阳能电池的１／５１１’寿命能达到２年以上。这类太阳能化学能电池的研制和＿／００开发，必将对人类太阳能利用起巨大的促进作用从太阳能电池的发展历史来看，材料研究起决定性的作用，每一新材料的出现，都给太阳能电池及太阳能光电利用带来一次变革。随着新材料，新工艺的不断出现，太阳能电池的效率及稳定性等将会得到进一步提高最近穗国夫和费太阳能系统研究所研制气致变色系统有突破性进展，所推出的样品为带有两个变色单元的房门，每个变色单元的面积为８０ｘ００，其变色退色过程在几秒钟之内０］０￣即完成，并且在变色３。欢后性能仍保持稳定，其样品在９年００７德国汉诺威博览会上倍受注目估计不久这一变色系统将不断成熟，不断完善。电致变色，气致变色这类太阳能调控变色材料具有很好的研究前景和广阔的应用范围，如可用于交通工具的门窗，建筑物的门窗以及作