【文章內容簡介】 爐內同時加熱許多根金屬絲，減小爐壁輻射所造成的熱損失；（ 2）爐的內壁加工成鏡面，使輻射熱反射，減少散熱；（ 3）提高爐內壓力，提高反應速度等；（ 4）在大型不銹鋼金屬反應爐內使用 100 根以上的金屬絲 ，單位電耗由過去 降低到 ，多晶硅產量由改良前每爐次 100～ 200kg 提高到 5～ 6t。其顯著特點是加強尾氣回收，在 15～ 90℃ 對尾氣加壓多級冷凝分離。分離產物再回系統(tǒng)利用且能耗低、產量高、質量穩(wěn)定。隨著改良西門子法技術的不斷完善與發(fā)展，使原輔材料及能耗大為降低，產品成本也隨之降低。新硅烷法不斷取得進展，除保證多晶硅純度較高的特點外，直徑也從原來的不足 100mm 增大至 140mm，晶粒多晶硅已規(guī)模生產。多晶硅生產均采用閉路循環(huán)工藝流程，使副產物得以合理、充分的利用。 多晶硅 是單質硅的一種形態(tài)。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。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)在物理性質方面，如在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至幾乎沒有導電性；在化學活性方面，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定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。 非晶硅太陽能電池 在美國 RAC 實驗室 Carlson 和 Wronski 的共同努力下，第 1 塊非晶硅薄膜太陽能電池于 1976 年問世，從此拉開了薄膜光伏技術研究與發(fā)展的序幕，目前非晶硅薄膜太陽能電池正在進入顯著的技術進步和規(guī)?；瘧秒A段。 由于硅料的供應緊缺為非晶硅太陽能電池（又稱薄膜太陽能電池）帶來了良河南機電高等專科學校 畢業(yè)設計 /論文 8 好的發(fā)展機遇，轉換效能上，多晶硅因其不可改變的物理特性，其最高效能為15%～ 16%；非晶硅薄膜可透過沉淀不同化學特性的物質于不同段層，將轉換效能由 6%提升至 12%或更高，理論上最高更可達 %。其次，薄膜吸收較 廣的陽光波長，在陰天或微弱陽光下運作亦較佳；相反，多晶硅的效能在較暗的情況下就會急速下降，因此非晶硅薄膜在實際環(huán)境下的轉換效能比多晶硅高出 10%以上。再者，非晶硅薄膜的轉換效能雖然只及多晶硅的 1/2，但生產成本亦只有多晶硅 的1/3。多晶硅生產過程需要 1100℃ 高溫，不但耗能大，而且所帶來的污染問題亦十分嚴重。非晶硅薄膜只需將氣體沉淀轉化成等離子附在玻璃上即可，生產過程只需 150℃ 低溫，消耗電能少，無污染，因此可以低成本大面積連續(xù)生產非晶硅電池。目前非晶硅電池轉換效率及穩(wěn)定性仍不及晶體硅電池，但其硅料使用量 少、制程簡單且易大面積量產、產品透光性佳及應用范圍廣等優(yōu)點仍獲得市場的追捧。 非晶硅又稱無定形硅，它是單質硅的一種形態(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、密度和硬度也明顯低于晶體硅；化學性質比晶體硅活潑，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。結構特征為短程有序而長程無序的 α硅，純 α硅因缺陷密度高而無法使用。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法得到非晶態(tài)。近年來，發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術，其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學氣相淀積等方法。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。非晶硅膜的結構和性質與制備工藝的關系非常密切，目前認為以輝光放電法制備的非晶硅膜質量最好，設備也并不復雜。采用輝光放電氣相沉積法就可得含氫的非晶硅薄膜，氫在其中補償懸掛鏈，并進行摻雜和制作 PN 結。 開發(fā)太陽能電池的兩個關鍵問題就是，提高轉換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池 的成本低，便于大規(guī)模生產，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但非晶硅作為太陽能材料，盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學帶隙為 ，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外，其光電效率會隨著光照時間的延長而衰減，即所謂的光致衰退 SW 效應，使得電池性能不穩(wěn)定。在發(fā)展非晶硅作為太陽能材料上，如果能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉換率問題，那么非晶硅大陽能電池無疑是太陽能電池的主要發(fā)展產品之一。 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 預測， 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%，按此推算未來數(shù)十年全球光伏產業(yè)的增長率將高達 25%～ 30%。可以預言，在 21 世紀中葉，太陽能光伏發(fā)電成為人類的基礎能源之一，在世界能源構成中占有一定河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計 /論文 9 的地位。 多元化合物薄膜太陽能電池 多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，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，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴重的污染，因此，并不是 晶體硅太陽能電池 最理想的替代產品。 砷化鎵（ GaAs） IIIV 化合物電池的轉換效率可達 28%， GaAs 化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。但是 GaAs 材料的價格不菲，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（簡稱 CIS）適合光電轉換，不存在光致衰退問題，轉換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，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。 有機物太陽能電池 在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽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，在導電材料（電極）表面進行多層復合，制成類似無機 P－ N 結的單向導電裝置。其中一個電極的內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，電子轉移方向只能由內層向外層轉移；另一個電極的修飾正好相反，并且第一個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。當兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時．光敏化劑吸光后產生的電子轉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移，只能通過外電路通過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生。 由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從 而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實用意義的產品，還有待于進一步研究探索。 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計 /論文 10 本章小結 薄膜太陽能電池是緩解能源危機的新型光伏器件。太陽能電池開發(fā)和制備過程中必須考慮的兩個因素是提高轉化率和降低成本。而電池的薄膜化無疑是降低成本的有效途徑。 目前所開發(fā)研制的薄膜太陽能電池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太陽能電池效率較高，并部分實現(xiàn)了商品化，但受材料 制約，與其他薄膜太陽能電池相比成本相對較高。納米晶薄膜太陽能電池和有機薄膜太陽能電池原料易得、成本低，但目前轉化效率和穩(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能電池和有機薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉換效率仍是未來薄膜太陽能電池的研究熱點。 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計 /論文 11 第 2 章 電動汽車中電池的發(fā)展 電動汽車簡介 電動汽車一般指以車載電源為動力，全部或部分由電機驅動行駛的汽車。電動汽車以其污染小、噪聲低、能源效率高和能源來源多元化等優(yōu)點備受青睞，成為現(xiàn)代汽車工 業(yè)發(fā)展的方向之一。目前，電動汽車在許多重要技術領域已經取得了突破性的進展，接近實用化階段。但是，電動汽車大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展仍面臨技術、經濟等方面的諸多瓶頸，中長期發(fā)展存在較大的不確定性。 電動汽車用鉛酸蓄電池 鉛酸電池最早用作內燃機汽車的起動動力源，后經過發(fā)展成為電動汽車蓄電池。由于技術成熟、價格便宜，它是目前在汽車領域應用最為廣泛的電池。鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格便宜等優(yōu)點，比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點：一是比能量低，一次充電行駛里程較短；另一個是 使用壽命短，使用成本過高。近期鉛酸電池仍將作為動力源應用于旅游觀光車、電動叉車或一些短行程的公交車上。應用于電動汽車的新一代閥控式密封鉛酸蓄電池不需維護，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，在輕度混合動力汽車中有應用前景，但不適于重度混合汽車或純電動汽車。近期正在開發(fā)的電動汽車用先進鉛酸電池主要有：水平鉛酸電池、雙極密封鉛酸電池和卷式電極鉛酸電池等。 電動汽車用鎳金屬電池 目前在電動汽車上使用的鎳金屬電池主要有鎳