【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 爐內(nèi)同時(shí)加熱許多根金屬絲，減小爐壁輻射所造成的熱損失；（ 2）爐的內(nèi)壁加工成鏡面，使輻射熱反射，減少散熱；（ 3）提高爐內(nèi)壓力，提高反應(yīng)速度等；（ 4）在大型不銹鋼金屬反應(yīng)爐內(nèi)使用 100 根以上的金屬絲 ，單位電耗由過(guò)去 降低到 ，多晶硅產(chǎn)量由改良前每爐次 100～ 200kg 提高到 5～ 6t。其顯著特點(diǎn)是加強(qiáng)尾氣回收，在 15～ 90℃ 對(duì)尾氣加壓多級(jí)冷凝分離。分離產(chǎn)物再回系統(tǒng)利用且能耗低、產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定。隨著改良西門子法技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，使原輔材料及能耗大為降低，產(chǎn)品成本也隨之降低。新硅烷法不斷取得進(jìn)展，除保證多晶硅純度較高的特點(diǎn)外，直徑也從原來(lái)的不足 100mm 增大至 140mm，晶粒多晶硅已規(guī)模生產(chǎn)。多晶硅生產(chǎn)均采用閉路循環(huán)工藝流程，使副產(chǎn)物得以合理、充分的利用。 多晶硅 是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面，如在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至幾乎沒(méi)有導(dǎo)電性；在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須分析測(cè)定晶體的晶面方向、導(dǎo)電類型和電阻率等。 非晶硅太陽(yáng)能電池 在美國(guó) RAC 實(shí)驗(yàn)室 Carlson 和 Wronski 的共同努力下，第 1 塊非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池于 1976 年問(wèn)世，從此拉開(kāi)了薄膜光伏技術(shù)研究與發(fā)展的序幕，目前非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池正在進(jìn)入顯著的技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化應(yīng)用階段。 由于硅料的供應(yīng)緊缺為非晶硅太陽(yáng)能電池（又稱薄膜太陽(yáng)能電池）帶來(lái)了良河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 8 好的發(fā)展機(jī)遇，轉(zhuǎn)換效能上，多晶硅因其不可改變的物理特性，其最高效能為15%～ 16%；非晶硅薄膜可透過(guò)沉淀不同化學(xué)特性的物質(zhì)于不同段層，將轉(zhuǎn)換效能由 6%提升至 12%或更高，理論上最高更可達(dá) %。其次，薄膜吸收較 廣的陽(yáng)光波長(zhǎng)，在陰天或微弱陽(yáng)光下運(yùn)作亦較佳；相反，多晶硅的效能在較暗的情況下就會(huì)急速下降，因此非晶硅薄膜在實(shí)際環(huán)境下的轉(zhuǎn)換效能比多晶硅高出 10%以上。再者，非晶硅薄膜的轉(zhuǎn)換效能雖然只及多晶硅的 1/2，但生產(chǎn)成本亦只有多晶硅 的1/3。多晶硅生產(chǎn)過(guò)程需要 1100℃ 高溫，不但耗能大，而且所帶來(lái)的污染問(wèn)題亦十分嚴(yán)重。非晶硅薄膜只需將氣體沉淀轉(zhuǎn)化成等離子附在玻璃上即可，生產(chǎn)過(guò)程只需 150℃ 低溫，消耗電能少，無(wú)污染，因此可以低成本大面積連續(xù)生產(chǎn)非晶硅電池。目前非晶硅電池轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性仍不及晶體硅電池，但其硅料使用量 少、制程簡(jiǎn)單且易大面積量產(chǎn)、產(chǎn)品透光性佳及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)仍獲得市場(chǎng)的追捧。 非晶硅又稱無(wú)定形硅，它是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是棕黑色或灰黑色的微晶體；不具有完整的金剛石晶胞，純度不高；熔點(diǎn)、密度和硬度也明顯低于晶體硅；化學(xué)性質(zhì)比晶體硅活潑，可由活潑金屬 （ 如鈉、鉀等 ） 在加熱下還原四鹵化硅，或用碳等還原劑還原二氧化硅制得。結(jié)構(gòu)特征為短程有序而長(zhǎng)程無(wú)序的 α硅，純 α硅因缺陷密度高而無(wú)法使用。由非晶態(tài)合金的制備可知，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而對(duì)冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速 淬火的方法目前還無(wú)法得到非晶態(tài)。近年來(lái)，發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù)，其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學(xué)氣相淀積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷 （ SiH4）、 二硅烷 （ Si2H6）、 四氟化硅 （ SiF4） 等，純度要求很高。非晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，目前認(rèn)為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，設(shè)備也并不復(fù)雜。采用輝光放電氣相沉積法就可得含氫的非晶硅薄膜，氫在其中補(bǔ)償懸掛鏈，并進(jìn)行摻雜和制作 PN 結(jié)。 開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電池的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是，提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池 的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但非晶硅作為太陽(yáng)能材料，盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為 ，使得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，這樣一來(lái)就限制了非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減，即所謂的光致衰退 SW 效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。在發(fā)展非晶硅作為太陽(yáng)能材料上，如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率問(wèn)題，那么非晶硅大陽(yáng)能電池?zé)o疑是太陽(yáng)能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。 據(jù)世界能源組織 (IEA)、歐洲聯(lián)合研究中心、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì) 預(yù)測(cè)， 2020 年世界光伏發(fā)電將占總電力的 1%，到 2040 年光伏發(fā)電將占全球發(fā)電量的 20%，按此推算未來(lái)數(shù)十年全球光伏產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率將高達(dá) 25%～ 30%?？梢灶A(yù)言，在 21 世紀(jì)中葉，太陽(yáng)能光伏發(fā)電成為人類的基礎(chǔ)能源之一，在世界能源構(gòu)成中占有一定河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 9 的地位。 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵 IIIV 族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅銦硒薄膜電池等。 硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是 晶體硅太陽(yáng)能電池 最理想的替代產(chǎn)品。 砷化鎵（ GaAs） IIIV 化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 28%， GaAs 化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是 GaAs 材料的價(jià)格不菲，因而在很大程 度上限制了用 GaAs電池的普及。 銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱 CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。 有機(jī)物太陽(yáng)能電池 在太陽(yáng)能電池中以聚合物代替無(wú)機(jī)材料是剛剛開(kāi)始的一個(gè)太陽(yáng)能電池制備的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢(shì)，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無(wú)機(jī) P－ N 結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個(gè)電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過(guò)外電路通過(guò)還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。 由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，從 而對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽(yáng)能電池的研究?jī)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 10 本章小結(jié) 薄膜太陽(yáng)能電池是緩解能源危機(jī)的新型光伏器件。太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)和制備過(guò)程中必須考慮的兩個(gè)因素是提高轉(zhuǎn)化率和降低成本。而電池的薄膜化無(wú)疑是降低成本的有效途徑。 目前所開(kāi)發(fā)研制的薄膜太陽(yáng)能電池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池效率較高，并部分實(shí)現(xiàn)了商品化，但受材料 制約，與其他薄膜太陽(yáng)能電池相比成本相對(duì)較高。納米晶薄膜太陽(yáng)能電池和有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池原料易得、成本低，但目前轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性不夠好，所以研制新的低成本光電材料、開(kāi)發(fā)新的大面積薄膜電池制備工藝以提高納米晶薄膜太陽(yáng)能電池和有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率仍是未來(lái)薄膜太陽(yáng)能電池的研究熱點(diǎn)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 11 第 2 章 電動(dòng)汽車中電池的發(fā)展 電動(dòng)汽車簡(jiǎn)介 電動(dòng)汽車一般指以車載電源為動(dòng)力，全部或部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛的汽車。電動(dòng)汽車以其污染小、噪聲低、能源效率高和能源來(lái)源多元化等優(yōu)點(diǎn)備受青睞，成為現(xiàn)代汽車工 業(yè)發(fā)展的方向之一。目前，電動(dòng)汽車在許多重要技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，接近實(shí)用化階段。但是，電動(dòng)汽車大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展仍面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的諸多瓶頸，中長(zhǎng)期發(fā)展存在較大的不確定性。 電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池 鉛酸電池最早用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源，后經(jīng)過(guò)發(fā)展成為電動(dòng)汽車蓄電池。由于技術(shù)成熟、價(jià)格便宜，它是目前在汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池。鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)：一是比能量低，一次充電行駛里程較短；另一個(gè)是 使用壽命短，使用成本過(guò)高。近期鉛酸電池仍將作為動(dòng)力源應(yīng)用于旅游觀光車、電動(dòng)叉車或一些短行程的公交車上。應(yīng)用于電動(dòng)汽車的新一代閥控式密封鉛酸蓄電池不需維護(hù)，允許深度放電，可循環(huán)使用。但由于金屬鉛的高密度，仍存在比能量和比功率低的致命弱點(diǎn)，在輕度混合動(dòng)力汽車中有應(yīng)用前景，但不適于重度混合汽車或純電動(dòng)汽車。近期正在開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車用先進(jìn)鉛酸電池主要有：水平鉛酸電池、雙極密封鉛酸電池和卷式電極鉛酸電池等。 電動(dòng)汽車用鎳金屬電池 目前在電動(dòng)汽車上使用的鎳金屬電池主要有鎳