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《材料与人类文明》论文光伏材料与我们的未来姓名 班级 学号 学院 一﹑改变世界能源来源的光伏材料能源关乎着世界上每一个人的生存，关乎着人类文明的发展。当今世界正处于能源短缺的时代：石油﹑天然气等化石能源即将耗尽；传统发电形式如火力发电严重污染环境；新兴的核能发电目前存在着较大危险。在如此严峻的形势下，太阳能发电这一安全﹑清洁的发电形式备受推崇，成为二十一世纪最有潜力的能源之一。发展太阳能发电技术的关键是制备出合适的光能转换材料，因此光伏材料应运而生。光伏材料是能将太阳能直接转换成电能的材料，又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶段。目前科学研究主要致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格能够适合社会需要。二﹑光伏材料能够发电的原因光伏材料能产生电流是因为光生伏特效应，即如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。三﹑光伏材料的分类单晶硅太阳能电池（开发最快）单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%。单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，其坚固耐用，使用寿命一般可达15 -25年。多晶硅太阳能电池（发展量大）多晶硅太阳电池的光电转换效率约12%左右。制作成本比单晶硅太阳能电池便宜，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。非晶硅太阳能电池（工艺最简）非晶硅太阳电池工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。非晶硅太阳电池光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。多元化合物太阳电池（潜力巨大）多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。光电转化率可以达到18%，而且，未发现有光辐射引致性能衰退效应，在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。四﹑两种代表性光伏材料（一）世界焦点：单晶硅太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料和光伏行业中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域。硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。未来几年中，世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势：1.单晶硅产品向300mm过渡，大直径化趋势明显随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大。据统计，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余占20%左右。 2．硅材料工业发展日趋国际化，集团化，生产高度集中研发及建厂成本的日渐增高，加上现有行销与品牌的优势，使得硅材料产业形成“大者恒大”的局面，少数集约化的大型集团公司垄断材料市场。3．硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向随着光电子和通信产业的发展，硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向。4．硅片制造技术进一步升级半导体，芯片，集成电路，设计，版图，芯片，制造，工艺目前世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺，使制片技术取得明显进展。硅片生产厂家也增加了对300mm硅片的设备投资，针对设计规则的进一步微细化，还开发了高平坦度硅片和无缺陷硅片等，并对设备进行了改进。（二）新型材料：HIT本征薄层异质结HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer)电池结合了非晶硅和单晶硅的特性，具有低温制备工艺，转换效率高，高温特性优异等特点。晶体硅太阳能电池虽具有效率高，技术成熟等优点。但是由于在制备过程中需要高温扩散，这会导致硅晶片的变形和热损伤。非晶硅薄膜太阳能电池具有重量轻，工艺简单，成本低等优点。但是由于非晶硅缺陷较多，导致了其转换效率低，并且随着光照的时间其转换效率会不断下降，这使得非晶硅薄膜太阳能电池的应用