太阳能材料的研究和发展29207.docx

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1、 本文由syj983232贡献 ppdf文档档可能在WWAP端浏浏览体验不不佳。建议议您优先选选择TXTT，或下载载源文件到到本机查看看。 维维普资讯 httpp:/m 罂 缝缝翡 的的趼 沈辉 梁宗存 李戬洪 引言 随随 着人类类社会 的的不断 发发展 ，人人与 自然然的矛盾也也愈来愈突突 出。目目前全世界界范围面临临的最为突突出自 题是环境境与能源即 勺勺 换换的缘故从物理角角度来讲，黑黑色意味着着光线的几几乎全部的的吸 收收、被吸收收的光能即即转化为热热能。因此此为了最大大限度地实实现太 阳阳能 的光光热转换，似似平用黑色色的涂层材材料就可满满足 了，但但实际 情况并非非如此。这这主要是

2、材材料本身还还有一个热热辐射问题题。从量 子子物理 的的理论可知知，黑体辐辐射的波长长范围大约约在 之 间黑体辐射射的强度分分布只与温温度平 波波长有关，辐辐射强度 的峰 值 对应 的的波 长在在 附附近。 由此可可见，太阳阳光谱的波波长分布范范围基本上上 与热辐辐射不重 叠。 因此要实实现最佳的的太 阳能能热转换，所所采 用的的材料必须须满足 以下两个个条件：在太阳光光谱内吸收收光线程度度高，即有有尽量高 吸收率率 ；在热辐射射波长范匿匿内有尽可可能低的辐辐射损失， 环环境恶化千千 能源短短缺 。这这个 问题题当然要通通过各国政政府采取正正确 的的对策来处处理 发发展新材料料厦相应的的技术，

3、将将是解决这这一题 最最为有效的的方法。事事实上近年年来人们对对太阳能材材料 的研研制和利 用用，已显示示了积极 有效的作作 用。这这 一新型型二能材 料的发展展既 力 可解解块人类面面临 的能能源短缺，叉叉不造成甄甄境污染 。尽管太太阳能 材材料 的成成本还较高高和性能还还有峙进一一步提高但随着材材料 学学 的不不断进步，太太阳能材料料愈来愈显显示了诱人人的发展前前景。可以以 预 见，在下下个世纪，太太阳能材料料将扮演更更为重要的的角色 就象 半导体等等功能材料料的发展带带来电信和和计算机产产业的兴起起和发展 一一 即即有尽可能能低 的发发射率 。一般来来说，对同同一波长而而言，材料料 的吸

4、吸收率和发发射率有同同样的数值值，即吸收收率高贝 相应的发发射率 也也高但吸吸收率 与反射率率 厦透透身 率 满足如下下关系 。对干不不透 明材材料由于 ，则 而而对于黑 样样，太阳能能材料厦相相关技术也也将带来太太阳能器件件的产业化化 发展展，使人类类在环境保保护和能 源利用两两方面的午午 谐达到到更 加完完 亡 善善的境界。 太阳阳能是人类类取之不尽尽，用之不不竭的可再再生能源，也也是清 洁能源，不不产生任何何 的环境境污染 。为为 了充分分 有效地地 利抖 太阳 能，人人们发展了了多砷太阳阳能材料。按按性能和用用途太体上上可分为 光热转转换材料，光光 电转换换材料，光光化学能转转换材料和

5、和光能调控控 色色物体来说说， ，则 根根据以上讨讨论，可知知最有效的的 太太 阳能光光热转换材材料是在太太阳光谱范范围内，即即 有 即 ）；而在 ，即热辐辐射波长范范围内， 有 即 或 ）。一一般将具备备这一特性性 的溶层层材 料料稚为选择择性吸收材材料。如不不完全满足足以上条件件，如在热热辐射 变变色材料等等。由此而而形成太阳阳能光热利利 用，光光电利用，光光化学 能能利用和太太阳能光能能调控等相相应技术从 目前前世界范匿匿内经济 渡渡长范围内内 有较较大 的值值，则尽管管在太阳光光谱 ，仍仍有很大 热辐射损损 失 这类材料料通常称为为非选择性性涂层材料料 。所有有选 择择性 吸收收 涂层

6、 的构 造造基 本上上 分为两两 个部份份 ：红 外反射 底层 （ 铜 铝铝等高红外外反射比金金属 ）和和太阳光谱谱吸收层 （ 金属属化合 发发展状况来来看，太阳阳能材料厦厦相应利 用技术是是发展最 和最有有 央 发发展前景的的高社技产产业之一。随随着科学技技术白 不不断进步 将不 勺 断断地出现更更为经济，性性 能更好好的新型太太 能材材料。 日日 物物或金属复复台材料 ）。吸收收涂层在太太阳光波峰峰值波长 ）耐近近产生强烈烈的吸 收收， 在红红外波段则则 自由透透过 ，并并借助于 太阳能能光热转换换 我我们知道，太太 阳主要要以 电磁磁 辐射的的形式结地地球带来光光与 热热。太阳辐辐射波长

7、主主要分布在在 范围围 内。从从光热效 底底层的高红红外反射特特性构成选选择性涂层层。实际上上利用的选选择性 涂层材料料，多是将将超细金属属颗粒分散散在金属氧氧化物的基基体上形 成黑色色吸收津层层。这通常常采 用电电化学，真真空蒸发和和磁控溅射射等 工工艺来实现现。 应应来讲，太太阳光谱中中的红外波波段直接产产生熟效应应，而绝大大部份 光能不能能直接产生生热量。我我们感觉在在强烈的阳阳光下的温温暖和炎 热，主主要是我们们的衣服和和皮肤吸收收太阳光线线，从而产产生光热转转 在在太阳能热热水器上得得到广泛应应用的太阳阳 能吸热热涂屉主要要 有：磁控溅射射涂层，选选择性 阳阳极氧化涂涂层等。从从 使

8、用和和经济角 度考虑虑， 除了吸热热性能外 ，还 要要 维维普资讯 httpp:/m 产产 业业 论论 坛坛 新新 蜡 料料 产 业业 年 月月刊 蒡蒡 求求使用寿命命要长，生生长成本要要 等。我我国从 年代开始始加快 了了 氐 太太阳能的能能量密度低低 （ ） 约 ，而而且不稳定定不连续。用用太 阳阳能 电池池及相应储储存技术可可太面积采采集、储存存太阳能， 适应 于人人们工作和和 日常生生活需要 。目前太太阳能 电电池，占主主导市场的的 是单单晶硅电池池。估计 不久的将将来，多晶晶硅薄膜电电池和 非非晶硅薄 膜膜电池会逐逐步 占领领市场 ，并并有可能最最终 取代代单 晶硅硅 的主导导地 在

9、在太阳能吸吸热材料 方面的研研 究象象清华大学学，北 京京太阳能研研究 所所等单位 先后研制制出一系列列优 良的的选择性涂涂层材料 。所研制制 的 黑钴选择择性吸收涂涂层具有 良好的光光谱选择性性，适台应应用在工作作 温温度较高 的真 空空集 热管管上 。研研 制成功功的用于全全玻璃真空空管上 铅 铝太阳阳光谱选择择性吸 氨， 。近近 来来国内外在在制备工艺艺上主要利利 用电化化学和磁控控溅射方法法，所研 位位。近年来来，随着材材料科学的的发展，不不断有新材材料、新 工艺出 现。象象硒铟锢 电池成本本低 ，性性能稳定也也是具有很很好 发展展前景 的。此外外作为近年年来太阳能能电池发展展的最新成

10、成果，纳米米晶太 阳阳 化化学能 电电池更展现现 了太 阳能 电电池的一个个 新的发发展 方向向。 制制的选择性性吸收涂层层材料 向向多层化，梯梯度化发展展。如倍受受重视 的的氮化铝选选择性吸收收涂层是新新一代的吸吸热涂层的的代表。从从 目前 已达到到的水平来来看，光热热转换材料料的性能还还可进一步步提亩这这 不仅仅需要人们们不断探 索新的材材料体系和和制备工艺艺，还可在在津层 的的玻璃盖板板表面上做做 文章。如如德国某研研究所，利利用全息照照相技 对对太阳能 电池的发发展进程简简单地回厩厩 可可让我们进进一步 了了解 材材料科学对对太阳能利利用的至关关重要的作作用，并对对材料研究究提出更 高

11、 的的要求。开开发太阳能能电池必须须面临的问问题，就是是 氐 生产成本本 和提提高光 电电转换效率率。高性能能单晶硅电电池是建立立在高质量量单晶硅 材料和和相关的成成熟的加工工处理工艺艺基础上的的。目前国国内外生产产单 晶晶硅主要采采用提 拉拉法和区熔熔两种工艺艺。通过现现代先进的的电池工 艺，开开发的单晶晶硅电池可可分为平面面单晶硅高高效电池和和刻槽埋栅栅电 极极单晶硅 电池。为为了达到高高效率的目目的，在平平面单晶硅硅中采用表表 面面积构化，用用光刻腐蚀蚀工艺制成成倒金字塔塔结构 （ 表面开 口尺寸为为 术术，在平板板盖板表面面上进行纳纳米结构处处理，以增增加太阳光光透射 率，减少少太阳能

12、的的反射损失失，从而使使太阳能的的热利 用用效率得到到 了了进一步提提高。 从从技术与经经济的观点点来看，最最简单也最最实际 的的途径就是是把 太太阳能转换换成热能加加 以利用用。事实上上太阳能光光热转换是是 目前世世 界范范围内太 阳能利用用的一种最最普及最主主要 的形形式。我国国已成为 世世界上生产产太阳能热热水器最 多的国家家， 时也也是世界上上最大的 太太阳能热水水器市场 。可预预见，太 阳能热水水器将是不不可取代的的 太阳阳能利用形形式 。 帕帕再进行发发射区钝化化和分区掺掺杂处理。所所迭到的光光电转 换换效率可达达到 魄魄左右。对对刻槽埋栅栅电极单晶晶硅 电池池，则利用用单 晶晶硅

13、的各向向异性，通通过化学腐腐蚀方法在在电池表面面形成大小小不同的 金字塔塔锥体再再加上立 埋栅电极极等措施 也可将转转换效率提提高 惜 太阳能能光 电转转换 太太阳能光 电转换主主要是 半导体材材料为基石石 ，利用用光照产 出 生生电子一 空定对，在在 结上上可以产生生光电流和和光电压的的现象 （ 光 到到 左右右。现在单单晶硅的电电池工艺已已近成熟，提提高转换效效率主 要是靠单单晶硅表面面微结构处处理和分区区掺杂工艺艺。近斯国国外有关单单 位位又通过表表面纳米构构造减反射射处理 使使单晶硅电电池转换效效率已达 虢左右右。总的来来看单晶硅硅电池效率率有可能还还会提高到到接近鼍鼍 伏伏效应） ，

14、从 而而实现太 阳能光 电转换的的 目的。通通常所用的的半导 体材料为为硅、铭和和 【 一一 化台物物等。一般般对太阳能能电池材料料有 如如下一些要要求：要充充分利用太太阳能辐射射，即半导导体材料的的禁带 不能太宽宽，否贝 太阳能辐辐射利 用用率太低；有较高的的光电转换换效 率；材材料本身对对环境不造造成污染；材料便于于工业化生生产 且材材料 性性能稳定。能能达到这几几条要求的的主要有锗锗硅 、砷砷化镓、硫硫化 铜铜锑化镉镉等。特 别象锗、硅硅 、砷化化镓等的禁禁带宽度相相当干近 红外线线的光子，对对这样的半半导体太太阳光谱的的大部分，包包括各 种种可见光都都可 以用用来产生 电子一 穴对但但

15、 考虑 到只有禁禁带宽 空 左左右。但由由于单晶硅硅生产工艺艺复杂厦相相应的繁琐琐的电池工工艺，致 使使单晶硅电电池成本居居高不下，困困此要大规规模推 阳能电电池靠单 晶硅硅是不可能能做到的。 近近年来，多多晶硅薄膜膜电池 由由于成本较较 低，且且转变效率率也较 高 （ 而而得到 了了迅速发展展 。目前前制备多晶晶硅薄膜多多栗用快 速速热化学 气相沉积积 （ 丁丁 ）和和等离子体体 增强化化 学气相相沉积 （ ） 工艺艺 化学学气相沉积积主要是以以三氯氢硅硅 （ ，四四 】 氯氯 化硅 （ 或硅烷烷 （等 为原原料，在真真空石英管管反应室 ） ） 内沉稠 而成 薄膜 厚厚度可得到到精确控 制，

16、衬底底材料一般般选用 度度在 电子子伏特的半半导体才有有较高的光光 电转换换效率，因因 此此硅 砷砷化镓等是是理想的电电池材料 而锑化化镉由于镉镉是有毒元元 紊紊，其应用用受到一定定限制 。再再从原料资资源 、生生产工艺和和性能稳 等。近近些年来一种以冶冶金级硅粉粉制作的颗颗粒 皿 硅硅带为衬底底的多晶硅硅 薄膜 电池 引引人注目，这这为发展低低价长寿寿 电池池找到 了了一条新路路子 。制制备 多晶晶硅薄膜电电池的关键键就是再结结 定定性等方面面综台考虑虑，硅是最最台适最理理想的太 阳能 电电 池材料料， 这这也是为什什么太阳能能电池主要要硅材料料为主 原因 太阳能光光 电利利用是近些些年发展

17、最最快，最具具活力的研研究领域。从从太阳能的的 特点点和使用方方便性而言言，太 阳阳能电池的的 出现和和发展是标标志人类 用用太阳能达达到的个个新的发展展阶段。众众所周知，在在地球表面面 晶晶工艺，现现在几乎所所有制备单单晶硅高效效电池 的的技术部用用于制备 多多晶硅薄膜膜 电池的的工艺上 多晶硅硅薄膜电池池将最终取取代单晶硅硅 电池池，而作为为 市场 的主导产产品。 现现在非晶硅硅 电池研研究也取得得 了 突突破性进展展。美国联联合太阳 能能系统公 司以不锈锈钢板作衬衬底，采用用单层，双双层、三层层本征非 维维普资讯 httpp:/m 昌昌硅薄膜 结构 ，使使非晶硅 电池转换换效率达到到 蕊

18、，估估计不久 将会达达到 目标 。可可 以预 见，由于于更低的生生产成本和和较高 的 的的转换效率率，非晶硅硅 电池也也将是太阳阳能电池的的主要发展展产品之 ， 反反向时，则则产生与上上述相反 的过程， 即电子和和离子从着着色的电 致变色色层内抽 出而使其其退色 与电致变变色系统相相 比，气气致变色系系统具有结结构简单和和调光 范围宽 （ 的特点点。氧化钨钨薄膜也是是性能优 良的气致致变色 神 材料。气气致 变色色系统主要要 由双层层薄膜构成成 ，即在在 平板玻玻璃上 先沉积氧氧化钨，然然后沉淀一一层催 化化剂层，催催化剂层与与另一平板板 玻璃璃保持一定定间隙。着着色时充含含有微 量量氢气的惰

19、惰性气体即即可， 退色则则充氧气或或空气就可可实现。变变色原理是是基于氧化化还原反应应 和和氧 化钨钨的 变价价特性 。 有有很好的市市场发展 前景 。 硒铟铟铜多晶薄薄膜 电池池的效 率率稳定在 砩左左右，其成成本较硅 材材料 电池池都低，并并且易于规规模 生产产硒铟铜铜电池 由由很薄的四四层 材材料构成，其其中每一层层都只有纸纸张厚 度度白 。在太太阳光照射射 勺 下下，由中间间两层发 电，上下下两层将 电导出。几几百平方米米面积的 这种 电池重量量只有左右但但这种 电电池所用材材 料由于于硒 、铟铟 都都是 比较较稀有的元元素 ，因因此这类 电池发展展将受到一一定限制 不管是是硅材料 电

20、池，还还是硒铟铜铜电池， 由于制备备 资源 ； 问问题 成本本柯 能降降得很低最近受到到国内外科科学家高度度重视的 纳米昌昌二氧化钛钛 化学能能电池 显显示了更好好的发展前前景 这这 种新新型电池以以纳米多孔孔二氧化钛钛为半导体体电极 、蹦蹦睦渡金属属以 及 等等有扪化台台物作染料料，并选 用适当的的氧化一 还原原 电解质质。其 光 电转转换效率也也达到 嘴以上，制制备威本仅仅为硅太阳阳能电池的的 寿命能达达到 年年以上。这这类太阳能能化学能电电池的研制制和 开发，必必将对人类类太阳能利利用起 巨巨大的促进进作用 从太阳能能 电池的的发展历史史来 看，材材料研 究究起决定性性 的作 用，每每一

21、新材料料 的出现现，都给太太 阳能 电池及太太 阳能光光 电利用用带 来来 一次变变革。随着着新材料，新新工艺的不不断 出现现，太阳能能 电池的的 效率率及稳定性性等将会得得到进一步步提高 最最近穗 国国夫和费太太阳能系统统研究所研研制气致变变色系统有有突 破破性进展，所所推出的样样品为带有有两个变色色单元的房房门，每个个变 色色单 元的的面积 为为 ，其变变色退色过过 程在几几秒钟之 内 即完成，并并且在变色色 。欢欢后性能仍仍保持稳定定，其样品品在 年年 德德国汉诺威威博览会上上倍受注目目 估计计不久这一一变色系统统将不断 成成 熟， 不断完善善。 电电致变色，气气致变色这这类太阳能能调控

22、变色色材料具有有很 好的的 研究究前景和广广阔的应用用范 围，如如可用于交交通工具的的门窗，建建筑 物物的门窗以以及作为显显示器件等等 。至今今为此，这这类材 料料变色机理理 和制制备工艺还还有待进一一步研究，特特别是变色色系统有待待 于进一一步 简简化、优化化，相信 不久 的的 将来，这这类材料将将很快进实用化阶阶 段段，使人们们 利用太太阳能 的的形式 向向智能化发发展。 结 束束语 太阳光光调控 变变色 以以上就与太太阳能材料料的发展状状况进行了了撬述 。总总的来看， 太阳阳光调控变变色材料，如如 电致变变色和气致致变色材料料也是太 阳能材材料家族的的重要成员员 这类类材料的出出现，标致

23、致人类利 用太 阳能的水水 平的进进一步提高高 电致致变色材料料 在国外外已有很长长的研究历历史。在近近些年，由由 于真真空技术和和薄膜工艺艺技术的进进步， 电电致变色材材料也成 了太阳 能材料料的个研究热热点。现 已清楚，许许多金属氧氧化物都是是优 良 的 电致变色色材料，如如氧化钨、氧氧化镍、氧氧化钼等，但但性能最好好 的当当属氧化钨钨 目前前氧化钨薄薄膜的制备备 工艺主主要有真空空蒸 发， 磺控控溅射和湿湿化学法等等 电致致变色材料料可用于建建筑物太阳阳光调 太阳能利利 用的水水平，最终终取决于太太阳能材料料的发展水水平。新材材 料 、新工艺艺的出现 可进一步步提高人类类利 用太太 阳能

24、的的水平。象象 太阳阳能 电池池和太阳能能调控材 料和系统统，正在和和 即将形形成一个 大 规规模的高科科技产业从科学和和经济发展展来看，这这部是具有有重大 意义的欧美有百百万屋顶发发电计划并并在制定太太空发 电电战略，我我 国国正在西部部地区实施施阳光发 电工程。如如能利用太太阳能 电电池发展 太太阳能 电电动汽车，不不仅能节省省大量矿物物燃料，而而且能从根根本上 改善环境境污染状况况。从发展展经济、提提高 产品品档次和开开发新产品品 来看看，太阳能能材料及相相应技术产产品也是有有广阔发展展前景 的的。象 太 阳能能电视 ，冰冰箱及太阳阳能加工技技术 ，都都具有广阔阔的市场，将将 给我我国经

25、济带带来活力和和新的经济济增长点 。太 阳阳能利用 日益与建建 筑结结合在一起起，建筑材材料也有 向功能化化发展 的的趋势而而太阳能 利用就就是一个重重要的结台台对 象 如能结结台太阳能能利用特点点，可 控控变色材料料，透光调调节范围 这这对于夏季季防止室 内 热 过 和和降低室内内空调 电电能消耗具具有重要作作 用，是是一种 很很好的光能能调 控控 节能材材料 。但但 电 致致变色系统统的结构比比较复杂，一一般 需要要五层 薄薄膜结构，即即分别在两两平板玻璃璃 内表面面积透明导导电层电极极在 每一 电电极上沉积积氧化 钨钨变色系置于膜层层中间的为为离子导体体膜 或或 电解液液。 电致致变色的

26、工工作原理为为，在外加加 电压的的作用下，通通 过透透明导电层层提供的电电子和存贮贮在一边的的电致变色色层的并经经离 子子导体层以以快 离子子方式传输输的正离 子共同注注另边的电致致变 色色层，并使使其发生氧氧化还原的的电化学反反应而着色色。当旄压压 电压 开开发更 多多的新产品品。象 电电 致变色色，气致变变色材料就就是值得开开发 的的高科技新新型建材产产品通过过 利用这这些太阳能能建材，使使人们将 建筑物物与太阳能能利用得到到完善的结结台。国外外已建有多多种太阳能能 住宅宅，我们只只要从中吸吸取相关技技术推广应应用就 可很好地地造福 于于人类和大大 自然 。 11本文由ssunp_lsj贡

27、贡献 ddoc文档档可能在WWAP端浏浏览体验不不佳。建议议您优先选选择TXTT，或下载载源文件到到本机查看看。 太太阳能材料料的研究和和发展 引引言 随着着人类社会会的不断发发展，人与与自然的矛矛盾也愈来来愈突出。目目前全世界界范围面临临 的最为为突出的问问题是环境境与能源，即即环境恶化化和能源短短缺。这个个问题当然然要通过 各国政府府采取正确确的对策来来处理，发发展新材料料及相应的的技术将将是解决这这一问题 最为有效效的方法。事事实上近年年来人们对对太阳能材材料的研制制和利用，已已显示了积积极 有效效的作用。这这一新型功功能材料的的发展，既既可解决人人类面临的的能源短缺缺，又不造造 成环境

28、境污染。尽尽管太阳能能材料的成成本还较高高和性能还还有待进一一步提高，但但随着材 料科学的的不断进步步，太阳能能材料愈来来愈显示了了诱人的发发展前景。可可以预见，在在下 个世世纪，太阳阳能材料将将扮演更为为重要的角角色。就象象半导体等等功能材料料的发展带带来 电信信和计算机机产业的兴兴起和发展展一样， 太阳能材材料及相关关技术也将将带来太阳阳能器 件件的产业化化的发展， 使人类在在环境保护护和能源利利用两方面面的和谐达达到更加完完善的 境境界。 大大阳能是人人类取之不不尽，用之之不竭的可可再生能源源，也是清清洁能源，不不产生任何何的 环境境污染。为为了充分有有效地利用用太阳能，人人们发展了了多

29、种太阳阳能材料。按按性能和 用途大体体上可分为为光热转换换材料，光光电转换材材料，光化化学能转换换材料和光光能调控 变色材料料等。由此此而形成太太阳能光热热利用，光光电利用，光光化学能利利用和太阳阳能光 能能调控等相相应技术。从从目前世界界范围内经经济发展状状况来看，太太阳能材料料及相应利利 用技术术是发展最最快和最有有发展前景景的高科技技产业之一一。随着科科学技术的的不断进 步，将不不断地出现现更为经济济，性能更更好的新型型太阳能材材料。本文文主要综述述和评估 近年来国国内外太阳阳能材料的的发展状况况，主要涉涉及光热转转换，光电电转换及变变色材料 的最新研研究动态和和发展前景景，并对国国内发

30、展大大阳能材料料及相应技技术，提出出一些看 法。 22 太阳能能光热转换换 我们知知道，太阳阳主要以电电磁辐射的的形式给地地球带来光光与热。太太阳辐射波波长主要分分 布在 0255-2.55m 范围围内。从光光热效应来来讲，太阳阳光谱中的的红外波段段直接产生生 热。 由此可见见，太阳光光谱的波长长分布范围围基本上与与热辐射不不重叠。因因此要实现现最佳的 太阳能热热转换，所所采用的材材料必须满满足以下两两个条件：在太阳光光谱内吸收收光线 程程度高， 即有尽量量高的吸收收率 a； 在热辐射射波长范围围内有尽可可能低的辐辐射损失， 即有尽可可能低的发发射率 。一般来来说，对同同一波长而而言，材料料的

31、吸收率率和发射 率有同样样的数值，即即吸收率高高则相应的的发射率也也高。但吸吸收率 aa 与反射射率 及 透透射率 tt 满足如如下关系：at=ll。对于不不透明材料料由于 tt=0,则则 a=1。而而 对于黑黑色物体来来说，0,则 al。根据据以上讨论论，可知最最有效的太太阳能光热热 转换材材料是在太太阳光谱范范围内，即即 255m，有 a1（即 0）；而在 2m，即热热辐射波长长范围内，有有 0(即即 l 或或 a0）。一一般将具备备这一 特特性的涂层层材料称为为选择性吸吸收材料。如如不完全满满足以上条条件，如在在热辐射波波长 范围围内。 有较大大的值，则则尽管在太太阳光谱 a1，仍有有很

32、大的热热辐射损失失。这 类类材料通常常称为非选选择性涂层层材料。 所有选择择性吸收涂涂层的构造造基本上分分为两个 部份：红红外反射底底层（铜、铝铝等高红外外反射比金金属）和太太阳光谱吸吸收层（金金属化 合合物或金属属复合材料料)。吸收收涂层在太太阳光波峰峰值波长（00.5m）附近近产生强烈烈 的吸收收，在红外外波段则自自由透过，并并借助于底底层的高红红外反射特特性构成选选择性涂 层。实际际上利用的的选择性涂涂层材料，多多是将超细细金属颗粒粒分散在金金属氧化物物的基 体体上形成黑黑色吸收涂涂层。 这这通常采用用电化学， 真空蒸发发和磁控溅溅射等工艺艺来实现。 在在太阳能热热水器上得得到广泛应应用

33、的太阳阳能吸热涂涂层主要有有：磁控溅溅射涂层，选选择 性阳阳极氧化涂涂层等。从从使用和经经济角度考考虑，对光光热转换材材料的基本本要求，除除了 吸热热性能外，还还要求使用用寿命要长长，生产成成本要低等等。我国从从 80 年代开始始加快 了了在太阳能能吸热材料料方面在研研究，象清清华大学，北北京太阳能能研究所等等单位先后后研 制出出一系列优优良的选择择性涂层材材料。 所所研制的黑黑钴选择性性吸收涂层层具有良好好的光 谱谱选择性，适适合应用在在工作温度度较高的真真空集热管管上。研制制成功的用用于全玻璃璃真 空管管上铝-氮氮/铝太阳阳光谱选择择性吸收涂涂层也具有有很好的性性能参数。 近来国内内外在

34、制制备工艺上上主要利用用电化学和和磁控溅射射方法， 所研制的的选择性吸吸收涂层材材料向多 层化，梯梯度化发展展。如倍受受重视的氮氮化铝选择择性吸收涂涂层是新一一代有吸热热涂层的 代表。从从目前已达达到的水平平来看，光光热转换材材料的性能能还可进一一步提高，这这不仅 需需要人们不不断探索新新的材料体体系和制备备工艺， 还可在涂涂层的玻璃璃盖板表面面上做文 章。 如如德国某研研究所， 利用全息息照相技术术， 在平平板盖板表表面上进行行纳米结构构处理， 以增加太太阳光透射射率，减少少太阳能的的反射损失失，从而使使太阳能的的热利用效效率得到 了进一步步提高。从从技术与经经济的观点点来看，最最简单也最最

35、实际的途途径就是把把太阳能 转换成热热能加以利利用。 事事实上太阳阳能光热转转换是目前前世界范围围内太阳能能利用的一一 种最普普及最主要要的形式。我我国已成为为世界上生生产太阳能能热水器最最多的国家家，同时 也是世界界上最大的的太阳能热热水器市场场。可以预预见，太阳阳能热水器器将是不可可取代的 太阳能利利用形式。与与国内其它它省区相比比，尽管广广东地区有有着丰富的的太阳能资资源， 但但太阳能热热水器的利利用和普及及还有相当当的差距。就就环保这一一点来考虑虑，在广东东省 大力力推广太阳阳能热水器器利用就大大有必要。这这除了政府府应推出相相应政策外外，对热水水 器本身身也是提出出了更高的的要求，特

36、特别是光热热转换材料料的性能更更需进一步步发展提 高，以使使太阳能热热水器的性性能，寿命命和使用效效果更能得得到人们普普遍认可 3 太阳阳能光电转转换 太阳阳能光电转转换主要是是以半导体体材料为基基础，利用用光照产生生电子-空空穴对，在在 PN 结上可以以产生光电电流和光电电压的现象象（光伏效效应），从从而实现太太阳能光电电转换的 目的。通通常所用的的半导体材材料为硅、锗锗和 IlllV 化合物等等。一般对对太阳能电电池 材料料有如下一一些要求：要充分利利用太阳能能辐射，即即半导体材材料的禁带带不能太宽宽， 否则则太阳能辐辐射利用率率大低；有有较高的光光电转换效效率；材料料本身对环环境不造成成

37、污 染；材料便于于工业化生生产且材料料性能稳定定。能达到到这几条要要求的主要要有锗、硅硅、 砷化化镓、硫化化铜，锑化化镉等。特特别象锗、硅硅、砷化镓镓等的禁带带宽度相当当于近红外外 线的光光子，对这这样的半导导体，太阳阳光谱的大大部份，包包括各种可可见光都可可以用来产产 生电子子-空穴对对。 但考考虑到只有有禁带宽度度在 0.51.5 电子子伏特的半半导体才有有较高 的的光电转换换效率，因因此硅、砷砷化镓等是是理想的电电池材料。而而锑化镉由由于镉是有有毒 元素素，其应用用受到一定定限制。再再从原料资资源、生产产工艺和性性能稳定性性等方面综综合 考虑虑，硅是最最合适最理理想的太阳阳能电池材材料，

38、这也也是为什么么太阳能电电池主要以以硅 材料料为主的原原因。太阳阳能光电利利用是近些些年发展最最快，最具具活力的研研究领域。从从 太阳能能的特点和和使用方便便性而言， 太阳能电电池的出现现和发展是是标志人类类利用太阳阳 能达到到的一个新新的发展阶阶段。众所所周知，在在地球表面面太阳能的的能量密度度低 （ll000ww/m2） 而且不稳稳定不连续续。 ， 用太阳能能电池及相相应储存技技术可大面面积采集、 储存大阳阳能，以适适应于人们们工作和日日常生活需需要。目前前大阳能电电池，占主主导市场 的是单晶晶硅电池。估估计不久的的将来多多晶硅薄膜膜电池和非非晶硅薄膜膜电池会逐逐步占 领领市场，并并有可能

39、最最终取代单单晶硅的主主导地位。近近年来，随随着材料科科学的发展展， 不断断有新材料料、新工艺艺出现。象象硒铟锢电电池成本低低性能稳稳定也是具具有很好发发展 前前景的。此此外作为近近年来太阳阳能电池发发展的最新新成果，纳纳米晶太阳阳化学能电电池更 展展现了太阳阳能电池的的一个新的的发展方向向。对太阳阳能电池的的发展进程程简单地回回顾， 可可让我们进进一步了解解材料科学学对太阳能能利用的至至关重要的的作用， 并对材料料研究提 出更高的的要求。开开发太阳能能电池必须须面临的问问题，就是是降低生产产成本和提提高光电 转换效率率。 高性性能单晶硅硅电池是建建立在高质质量单晶硅硅材料和相相关的成熟熟的加

40、工处处 理工艺艺基础上的的。目前国国内外生产产单晶硅主主要采用提提拉法和区区治两种工工艺。通过过 现代先先进的电池池工艺， 开发的单单晶硅电池池可分为干干面单晶硅硅高效电池池和刻槽埋埋栅 电极极单晶硅电电池。为了了达到高效效率的目的的，在平面面单晶硅中中采用表面面积构化，用用 光刻展展过工艺制制成倒金字字塔结构（表表面开口尺尺寸为 110 X 10m）再进进行发射区区 钝化和和分区掺杂杂处理。所所达到的光光电转换效效率可达到到 20左右。对对刻槽埋栅栅电 极单单晶硅电池池，则利用用单晶硅的的各向异性性，通过化化学腐蚀方方法在电池池表面形成成大 小不不同的金字字塔锥体， 再加上刻刻槽埋栅电电极等

41、措施施， 也可可将转换效效手提高到到 20 左右。现现在单昌硅硅的电池工工艺已近成成熟，提高高转换效率率主要是靠靠单晶硅表表面微结 构处理和和分区掺杂杂工艺。近近期国外有有关单位又又通过表面面纳米构造造减反射处处理，使 单晶硅电电池转换效效率已达到到 23左右。总总的来看单单晶硅电池池效率有可可能还会提提 高到接接近 255左右。但但由于单晶晶硅生产工工艺复杂及及相应的繁繁琐的电池池工艺，致致 使单晶晶硅电池成成本居高不不下。 因因此要大规规模推广太太阳能电池池靠单晶硅硅是不可能能做 到的的。近年来来，多晶硅硅薄膜电池池由于成本本较低且且转变效率率也较高（115188） 而而得到了迅迅速发展。

42、目目前制备多多品硅薄膜膜多采用快快速热化学学气相沉积积（RTCCVD） 和等离子子体增强化化学气相沉沉积（PEECVD）工工艺。化学学气相沉积积主要是以以三氯氢硅硅 （SiiHCl33）、四氯氯化硅（SSiCl44）或硅烷烷(SiHH4)等为为原料，在在真空石英英管反应室室 内沉积积而成。薄薄膜厚度可可得到精确确控制，衬衬底材料一一般选用 si、SSiO2 及 Sii3N4 等。近些些年来，一一种以冶金金级硅粉制制作的颗粒粒硅带为衬衬底的多晶晶硅薄膜电电池引人 注目，这这为发展低低价、长寿寿电池找到到了一条新新路子。制制备多晶硅硅薄膜电池池的关键 就是再结结晶工艺， 现在几乎乎所有制备备单晶硅高高效电池的的技术都用用于制备多多晶硅薄 膜电池的的工艺上。多多晶硅薄膜膜电池将最最终取代单单晶硅电池池，而作为为市场的主主导产 品品。现在非非晶硅电池池研究也取取得了突破破性进展。美美国联合大大阳能系统统公司以不不锈 钢板板作衬底，采采用单层、双双层、三层层本征非晶晶硅薄膜结结构，使非非晶硅电池池转换效 率达到 9133，估计计不久