【正文】 太陽能電池材料的研究進(jìn)展 其 6%2%17%75%其 煤 石油 天然氣 其他 中國 10%24%40%26%石油 煤 天然氣 其他 世界 中國和世界的能源結(jié)構(gòu) 能源枯竭 石油： 42年，天然氣： 67年，煤： 200年 。 環(huán)境污染 每年排放的二氧化碳達(dá) 210萬噸，并呈上升趨勢，造成 全球氣候變暖；空氣中大量二氧化碳，粉塵含量己嚴(yán)重 影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境 。 中華人民共和國 國家發(fā)展和改革委員會 《 中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃 1999白皮書 》 中華人民共和國 國家發(fā)展和改革委員會《 中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃 白皮書 》 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 同國外相比，我國的能源系統(tǒng)更加不具備可持續(xù)發(fā)展特點 ? 能源枯竭的威脅可能來的更早 ? 人口多，人均資源占有量僅及世界的一半，石油和天然氣資源僅占世界人均量的 ％和 ％ ； 加之能源利用技術(shù)落后，效率低下，能耗高，枯竭速度可能會比國外更加迅速，能源匱乏的威脅可能來的更早 ? 能源供需缺口將越來越大 ? 2020年全國需求量 27億噸 TOE，尚缺 ； 2050年一次需求量達(dá)到 40億噸標(biāo)煤，缺口達(dá) 10億噸標(biāo)煤，短缺 25％以上 ? 過度依賴煤炭，環(huán)境影響更加嚴(yán)重 ? 煤炭幾乎滿足了我國一次能源需求的 70％， 66％的城市大氣顆粒物的含量和 22％的城市的二氧化硫含量均超過國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，在冬季這些污染物的濃度更大，通常為夏季的 2倍。 環(huán)境專家估計，大氣中90％的二氧化硫和 70％的煙塵來自于燃煤 ? 煤廢料的處理仍是問題 ? 煤炭 開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的大量的矸石、腐蝕性水、煤泥、灰渣和飛灰等，已構(gòu)成對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的危害，成為制約所在地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一個制約因素 ? 石油短缺，對外依存度加大 ? 1993年我國成為石油凈進(jìn)口國， 2022年進(jìn)口依存度已經(jīng)達(dá)到 34％，隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，石油進(jìn)口量占整體石油需求量中的份額進(jìn)一步增長，預(yù)計到 2020年將達(dá)到 50％。太陽能風(fēng)能屬于本地資源，通過一定的工藝技術(shù)，不僅可轉(zhuǎn)換為電力，還可以直接、間接地轉(zhuǎn)換為液體燃料，如乙醇燃料、生物柴油和氫燃料，為各種移動設(shè)備提供能源。 ? 可再生能源： 風(fēng)能；水能；地?zé)?；潮?； 太陽能 等 ?潔凈能源： 與 石 油、煤炭等礦物燃料不同，不會 導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，也不會造成環(huán)境污染 太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽能電池！ ? 資源豐富： 40分鐘照射地球輻射的能量 ＝ 全球人類 一年的能量需求 ? 使用方便： 同水能、風(fēng)能等新能源相比，不受地域 的限制，利用成本低。 太陽能電池已成為各國實施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇 日本 93年實施“新陽光計劃”，涵蓋 74年的“陽光計劃”、 78年的“月光計劃”和 89年的“地球環(huán)境技術(shù)開發(fā)計劃” ； 97年宣布 7萬太陽能光伏屋頂計劃，計劃到 2022年安裝 7600MWp太陽能電池 ?日本利用其電子技術(shù)優(yōu)勢，大力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)品，其產(chǎn)量已經(jīng)相當(dāng)于全球產(chǎn)量的 50%以上。英、荷、日、美等國企業(yè)基本壟斷了全球的光伏發(fā)電產(chǎn)品市場，其出口額占世界的貿(mào)易額的 80%以上。 美國 提出了逐步提高綠色電力的發(fā)展計劃。主要是通過風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能源發(fā)電等來達(dá)到目標(biāo)，其中太陽光伏發(fā)電預(yù)計到 2020年將占美國屆時發(fā)電裝機(jī)增量的 15%左右，累計安裝量達(dá)到36GW，保持美國在光伏發(fā)電技術(shù)開發(fā)、制造水平的世界領(lǐng)先地位。 美國百萬屋頂計劃的內(nèi)容與目標(biāo) 太陽能電池的發(fā)展 ? 1954年美國貝爾實驗室制成了世界上第一個實用的太陽能電池，效率為 4%，于 1958年應(yīng)用到美國的先鋒 1號人造衛(wèi)星上。 ? 由于材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面的不斷改進(jìn)，太陽能電池逐漸由航天等特殊的用電場合進(jìn)入到地面應(yīng)用中?，F(xiàn)在太陽能電池的價格不到 20世紀(jì) 70年代的 1%。預(yù)期 10年內(nèi)太陽能電池能源在美國、日本和歐洲的發(fā)電成本將可與火力發(fā)電競爭。目前，年均增長率 35%，是能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快的行業(yè)。 辦公樓與玻璃幕墻一體化的 PV 太陽能屋頂系統(tǒng) 無機(jī)太陽能電池 光生伏特效應(yīng) 光子入射：造成躍遷產(chǎn)生空穴－電子對 。 電荷運動的勢壘： pn結(jié)區(qū)內(nèi)形成的內(nèi)建電場 。 阻礙電子從 n區(qū)向 p區(qū)運動 ，空穴從 p區(qū)向 n區(qū)運動 。 光電池：空穴 、 電子通過外電路復(fù)合 ， 在電路中產(chǎn)生電流 。 半導(dǎo)體中可以利用各種勢壘如 pn結(jié)、肖特基勢壘、異質(zhì)結(jié)等形成光伏效應(yīng)。 當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時，光與半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子 空穴對靠半導(dǎo)體內(nèi)形成的勢壘分開到兩極，正負(fù)電荷分別被上下電極收集。由電荷聚集所形成的電流通過金屬導(dǎo)線流向電負(fù)載。 太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖 轉(zhuǎn)換效率（ h)＝ 入射在電池表面的陽光的功率 負(fù)載中消耗的功率 太陽能電池材料 主要材料 半導(dǎo)體 表面涂層 電極 封裝 單晶硅、多晶硅非晶硅、 GaAs有機(jī)半導(dǎo)體 金屬氧化物 、 導(dǎo)電聚合物 金屬導(dǎo)體 玻璃 、 有機(jī)玻璃 對材料的基本要求 ① 能充分利用太陽能輻射 ， 即半導(dǎo)體的禁帶不能太寬； ② 有較高的光電轉(zhuǎn)換效率； ③ 材料本身對環(huán)境不造成污染； ④ 材料便于工業(yè)化生產(chǎn) ， 材料的性能穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì) 名稱 禁帶寬度 ( e V ) 轉(zhuǎn)換效率 應(yīng)用實況 單晶硅 1 . 1 2 24 .4 用于空間及