新能源材料太阳能电池

新能源材料太阳能电池新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，它是发展新能源的核心和基础。 新能源材料是新能源开发的物质基础，近几年， 我国政府比较重视能源材料的开发和应用， 9 7 3 计划、 8 6 3 计划、科技攻关计划、高技术产业化专项等计划对绿色二次电池、燃料电池和太阳能电池等能源器件及其关键材料的研究开发和产业化均有一定投入 [2]。当前的研究热点和技术前沿包括高容量储氢材料、锂离子电池材料、质子交换膜燃料电池和中温固体氧化物燃料相关材料、薄膜太阳能电池材料等。当传统的燃料能源正在一天天减少时， 所产生的排放物对环境造成的危害问题也变得日益突出。并且全球大约还有 20 亿人已得不到正常的能源供应。在这个时候，整个世界都把目光投向了可再生资源，希望可以通过可再生能源来改变人类的能源供给结构，以维持今后的可持续发展。 在这些可再生资源中太阳能 以其独有的优势而成为人们关注的焦点。这主要因为丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染并且人类能够自由利用的天然资源。太阳辐射出的能量非常巨大，太阳能一般指太阳光的辐射能量： 在太阳内部进行的由 “ 氢 ” 聚变成 “ 氦 ” 的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。其表面温度大概在6000K 左右，接近于一个黑体。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为 3.8 1023kW 的辐射值，其中 20 亿分之一到达地球表面， 其功率为 800000 亿 kW， 就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧 500 万吨煤释放的热量，这些太阳能如果可以尽可能地被转换为电能，可以成功为最佳的替代能量来源之一。太阳能的利用有被动式利用和光电转换两种方式，主要包括：利用太阳能电池，通过光电转换把太阳光包含的能量转化为电能；使用太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水；利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电；利用太阳能与化学能之间的转换，将水分解成氢和氧，再用氢来发电。近年来，由于世界上一些主要国家积极研发 清洁能源， 从而使得太阳能技术发展十分迅速，太阳能电池技术的进展使其制造成本逐渐降低，逐步具备了普及的条件，极有可能成为 21世纪最有发展潜力的光电技术之一。虽然太阳能电池呈现出良好的发展前景，但是仍然面临许多短期难以克服的问题，比如制备过程中对环境的影响，提高效率遇到的技术瓶颈，电流转换时的能量损失，电能的贮藏等。阳能发电的缺点：发电密度低，太阳能发电的设施，必须具有相当大的安装面积；太阳能受气候、昼夜的影响很大，在晚上无法发电，必须配有贮存装置。在高纬度和多云少日照的地区， 较不易推广太阳能发电；太阳能电池产生直流电，若要转换为交流电，会损失4-12% 的能量。太阳电池的效率是有理论上限的，对于硅太阳电池，能利用的光能只有 44%左右，由于电池表面的反射、光生电子－空穴对的复合、串并联电阻的影响等，也会损失部分能量。实际电池的效率会大大小于理论极限效率，一般的电池效率上限最高接近 30%。我国是一个能源生产和消费的大国。 2006 年标准煤的消费总量约为 24.6 亿吨，比 2005 年同比增长了9.3% 。 2006 年各种一次能源的构成比例分别为：煤炭约占 69.7% 、 石油约占 20.3% 、 天然气约占 3.0% 、水电等约占 6.0% 、 核电约占 0.8% 。 2006 年， 我国的原油总进口量已达到 1.5 亿吨，大约是我国原油总需求量的 50％左右。 但由于我国能源开采技术落后、 能源有效利用率低、 传统高能耗产业比重大、 单位 GDP能耗远远落后于发达国家、甚至比世界平均水平落后并且我国又是世界上最大发展中国家， 经济高速发展，能源消耗增长速度居世界首位等客观因素，更加剧了我国能源替代形势继续转变的严重性和紧迫性。据电力科学院的研究表明，在考虑到充分开发煤电、水电和核电的情况下， 2010 年 -2020 年之间，我国的电力供需缺口仍然为 6.4%-10.7%[6][5] 。 ， 这个缺口正是需要用可再生能源发电进行补充的。而太阳能光伏发电有可能在未来我国的新能源供应中占据主要位置。生产晶体硅太阳能电池的一些问题：生产一公斤冶金级多晶硅原料大约需要 10-11MWh 的电力， 而目前生产冶金级多 晶硅原料的工厂大约已有 20 年以上的历史，因为盖一座这样的工厂设备，资本过于庞大，所以扩充产能不易。据估算，建立一部生产一千公斤产能的电弧炉，越要一百万美金的投资额。如何能够让工厂很好的过渡到使用新技术阶段，是目前需要解决的一个问题。目前全球的太阳能电池有 93% 是采用结晶硅的技术，因此多晶硅原料的供给情形， 左右了太阳电池的产量。由于生产多晶硅原料的技术门槛几投资额很高，所以全球可以量产多晶硅原料的公司只有少数几家。如何改进我国在生产上的技术手段，做到环保高效，是目前需要解决的问题。生产太阳电池等级的 CZ 多晶硅，最重要的考虑因素是生产成本的降低，所以如何提高长晶的良率与产出率是主要的改善方向。随着现代社会的发展，人们的环保意识抬头，全球积极研发清洁的可再生能源，太阳能光伏发电的特殊优势逐渐得到了体现，成为未来能源发展趋势，尤其是它可以为我国边远山区、太空等特殊场合供电。虽然太阳能电池发展面临一些技术环境问题，考虑到太阳能光伏的附加价值，光伏发电的综合经济效益叶随之大大提升，并且随着技术进步等因素，其增长效率将明显优于传统发电，因此不能单纯与传统发电模式比较单位发电成本。太阳能光伏发电可以降低温室气体和污染物排放、创造就业机会、保障能源安全和促进农村尤其是边远农村的发展。 总之， 虽然有一些问题，但是发展太阳能光伏还是有许多经济、社会和环境保护的积极意义。