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第二部分 环境替代材料 第五章 绿色能源材料 能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。 固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。 新能源的发现和先进能源技术的使用推动了人类社会的发展。 能源的发展 问题阻碍了人类社会的发展 1. 能源需求的持续增长 2. 能源结构的变化 表2 世界一次商品的能源构成 3. 矿物资源面临的枯竭 4. 矿物燃料燃烧造成的污染 SO2、 CO2、 CO、NOx、三四苯并芘、烟尘等。 主要内容 5.1 绿色能源与材料 5.2 太阳能电池材料 5.4 生物质能源材料 5.3 热电材料 5.1 绿色能源与材料 1. 绿色能源和绿色能源材料 绿色能源是指洁净的能源，如太阳能、风能、水能以及废热、垃圾发电能源。 绿色能源材料包括直接或间接产生能源或改变能源状态的各种材料。如新型的二次电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、热电材料、生物质能源材料、相变蓄热材料、储氢材料等。 2. 绿色能源材料的作用 绿色能源材料把原来习用已久的能源变成新能源； 一些绿色能源材料可以提高储能和能量转换效果； 绿色能源材料决定着核反应堆的性能与安全性； 材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着绿色能源的投资与运行成本。 3. 绿色能源材料的任务和面临的课题 研究新材料、新结构、新效应以提高能量的利用效率与转换效率； 资源的合理利用； 安全与环境保护； 材料规模生产的制作与加工工艺； 延长材料的使用寿命。 5.2 太阳能电池材料 一、 太阳能 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源； 不会产生有害废渣和气体，不会污染环境； 没有地域和资源限制，有阳光的地方，到处可以利用，使用方便安全。 地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的200倍。 太阳每秒发出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。 包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转换而成。 二、太阳能电池 世界太阳能电池发展的主要节点 年份 重要节点 1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％ 1955 第一个光伏航标灯问世，美国RCA 发明Ga As 太阳能电池 1958 太阳能电池首次装备于美国先锋1 号卫星，转换效率为8％。 1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。 1960 太阳能电池首次实现并网运行。 1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。 1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世 1978 美国建成100KW 光伏电站 1980 单晶硅太阳能电池效率达到20％，多晶硅为14.5％，Ga As 为22.5％ 1986 美国建成6.5KW 光伏电站 1990 德国提出“2000 光伏屋顶计划” 1995 高效聚光Ga As 太阳能电池问世，效率达32％。 1997 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划 日本提出“新阳光计划” 1. 意义 太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产生电能，是对环境无污染的可再生能源。 开发宇宙空间所需的连续不断的能源； 解决目前化石能源的环境污染问题； 为日益发展的消费电子产品随时随地的供电。 2. 工作原理 光伏效应 Photovoltaic Effect, PV 3. 太阳能电池的分类 4. 太阳能电池的发展 自20世纪70年代以来，太阳电池的全球平均年增长率达30%以上。 1 2006年太阳级硅锭产量约3700吨， 2007年预计可达6000吨。 2 2006年我国太阳电池产量已达到370MW超过美国 202MW ，成为继日本、欧洲之后的第三大太阳电池生产国，2007年预计达到800MW。 3 2006年光伏组件产量为600MW， 2007年预计1GW。 4 设备制造和专用材料生产正处在快速国产 化过程中，一些设备甚至开始出口，如单晶炉、扩散炉和组件制造设备等；技术难度较大的设备如线锯等已经有样机。 5 我国已经有10家光伏公司在国外上市，形成了一个国际化的光伏产业群体，其中包括了无锡尚德（迅速做大的第一个典型）、新余LDK（06年5月投产，当年即成为亚州第一，07年6月在纽交所上市，07年8月18日投资亿的吨多晶硅项目开工）这样的优质企业。 三、太阳能电池材料 1.太阳能电池对材料的要求 半导体材料的禁带不能太宽：1.1eV到1.7eV之间 要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 2. 主要的太阳能材料 硅太阳能电池的材料分配 3. 多晶硅 1 多晶硅制备技术 目前国际上多晶硅生产的在线制备技术主要有两种： 1）改良西门子法 2）硅烷法 另有两种尚未正式用于生产线的技术为： 1）流化床法 2）冶金