新能源材料的主要進展

1、新能源材料的主要進展在科學(xué)發(fā)展觀的指引下，我國電化學(xué)與新能源領(lǐng)域的專 家們正致力于研究該領(lǐng)域內(nèi)的若于新問題，開發(fā)新技術(shù)，提 供新產(chǎn)品，積極為經(jīng)濟繁榮與社會進步服務(wù)。參照國內(nèi)國際 的發(fā)展，結(jié)合我們的研究工作，本文對相關(guān)領(lǐng)域的一些重要 前沿作一簡單介紹金屬氫化物鎳電池材料，鋰離子二次電池 材料，燃料電池材料，太陽能電池材料等:金屬氫化物鎳電池材料鐐氫電池是我國具有較強資源優(yōu)勢的高科技產(chǎn)品，在國 際市場具有較強的競爭優(yōu)勢。2005年，我國出口鐐氫電池9 108只，超過日本成為鐐氫電池的第一生產(chǎn)大國，確立了我 國作為世界鐐氫電池生產(chǎn)基地的戰(zhàn)52第78期 蔣利軍 等：新能源材料的研究進展略地位。鐐氫動力

2、電池已進入成 熟期，在商業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)用的混合動力汽車中得到了實際 驗證，全球已經(jīng)批量生產(chǎn)的混合動力汽車大多采用鐐氫動力 電池。目前技術(shù)較為領(lǐng)先的是日本Pa nason icEV Energy公司, 其開發(fā)的電池品種主要為615 Ah電池，形狀有圓柱型和方 型兩種形式，電池比能量為45 Wh /kg ,比功率達到1 300W /kg。采用鐐氫動力電池的Pr i us混合動力轎車在全 球銷售約120萬輛，并已經(jīng)受了 11年左右商業(yè)運行考核。 隨著Pr i us混合動力轎車需求增大，原有的鐐氫動力電池的 產(chǎn)量已不能滿足市場需求,Panaso2n icEV Energy公司正在福 島縣新建一條可滿足

3、106臺/ a電動汽車用鐐氫動力電 池的生產(chǎn)線，計劃3年后達產(chǎn)。近年來，在國家863電動汽車專項的支持下，鎳氫動力 電池取得了較大發(fā)展，長春一汽、東風(fēng)電動車輛股份有限公 司和長安汽車等單位在其開發(fā)的混合動力轎車、混合動力客 車中，大多使用了鎳氫動力電池，清華大學(xué)開發(fā)的燃料電池 混合動力客車也使用了鎳氫動力電池作為輔助動力。開發(fā)的鎳氫動力電池的主要品種有80 Ah， 40 Ah，28 Ah，8 Ah，615 Ah， 其中80 Ah電池的比功率達 到550W /kg，8 Ah電池的比功率達到1 000W / kg。采用 40Ah /288V鎳氫電池為輔助動力的油-電混合動力客車已 完成105km實

4、際路況的運行實驗。近年來針對負極儲氫合 金的研發(fā)主要集中于以下幾個方面：通過多元合金化調(diào)節(jié)材 料熱力學(xué)特性，改善材料的電催化活性，以改善材料在寬溫 度范圍內(nèi)的綜合電化學(xué)性能；通過快速冷卻等工藝實現(xiàn)合金 成分結(jié)構(gòu)的均勻化，細化品粒，以抑制材料粉化，降低腐蝕 速率，改善材料的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性；通過采用廉價金屬替 代鉆以降低材料成本等。在新材料的開發(fā)方面AB315合 金 取得了較大進展，該合金容量可達430mAh /g , -40 e下容量達到常溫容量的70%左右，在寬溫度范圍內(nèi)的 電極反應(yīng)電荷轉(zhuǎn)移阻抗和傳質(zhì)擴散阻抗等特性均小于AB5 型合金，但其循環(huán)穩(wěn)定性仍有待提高。日本已將此類材料用 于超高容量

5、、低自放電和低溫型鎳氫電池上，于2005年底 推出了系列超高容量、低自放電的小型鎳氫電池，如容量為 2 700 mAh的 AA型和1 000mAh的 AAA型電池，電池儲 存1年后容量仍可保持85%。2007年我國稀土系A(chǔ)B5型 儲氫合金的年生產(chǎn)能力為20 500 t,實際產(chǎn)量13 000 t ,目前主要生產(chǎn)廠家有18家，分布于福建、北京、內(nèi)蒙古、 遼寧、廣東和甘肅等地。日前鎳氫電池所采用的正極材料均為B球型N i(OH) 2,鎳氫動力電池正極材料的研發(fā)重點是改善高溫條件 下高倍率充放電效率及其可靠性，主要方法為調(diào)整材料組分, 摻雜稀土氧化物及其進行顆粒表面修飾等。此外，還開展了 材料的低維化

6、研究以提高材料的震實密度及質(zhì)子的擴散速 率，通過金屬置換、嵌入式雙氫氧化物和C /Ni(OH ) 2復(fù)合 正極材料的研究以增加電極反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移數(shù)，提高材料比容 量等。二：鋰離子二次電池材料鋰離子電池是1991年由日本SONY公司開發(fā)完成的鋰 離子電池系統(tǒng)(LiCoO2 / C)后進入量產(chǎn)階段的。這種新型 蓄電池具有高的工作電壓(平均工作電壓為3.63.7V)和高 的比能量，優(yōu)于常用的鐐鎘電池和鐐氫電池，還具有長循環(huán) 壽命、無記憶效應(yīng)(如果電池的電量沒有被完全放盡就充電 導(dǎo)致的電池容量降低的現(xiàn)象)和污染少(鋰離于電池的金屬 含量最低)等優(yōu)點，因此成為目前商業(yè)開發(fā)二次電池的主流。高能電池的開發(fā)首先

7、從尋找高比能量的電極材料開始。 在所有金屬元素中，鋰的相對原子質(zhì)量最小(6.941)、密度最 小(0.534X103Kgm-3)、電化當(dāng)量最小(0.259gAh-1)、電極電 位最負(-3.045V vs. NHE),因此，以金屬鋰為負極的電池具 有最高的工作電壓、最大的比能量。再加上鋰高分子電池的發(fā)明，使用高分子電解質(zhì)不但沒 有漏液的問題，而且由于鋰離于電池具有優(yōu)異的電性能及安 全、無公害，形狀有高度的可塑性等特點，符合電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的要求，所以備受各國科學(xué)家及電池業(yè)的重視， 發(fā)展極快。鋰離子電池被人們稱為“綠色環(huán)保能源”和“跨世 紀(jì)的能源革命”。然而，鋰離子電池目前還處于初級研究階

8、段，無論在正 極材料、負極材料還是電解質(zhì)材料的研制方面都還不成熟。 根據(jù)已有的研究成果。鋰離于電池因其科技含量高、用途廣 的許多優(yōu)點，必然會占有較大的市場份額，發(fā)展前景十分看 好，是手機、照相機、電子手表、計算器、各種具有儲存功能的電子器件或裝置的理想電源。正極材料:鋰離子電池正極材料不僅作為 電極材料參與電化學(xué)反 應(yīng)，而且是電池的鋰離子源?，F(xiàn)在已經(jīng)用于鋰離子電池生產(chǎn) 的正極材料為LiCoO2。比較廉價的電極材料為LiNiO2和LiMn2O4，它們正在被廣泛研究并已經(jīng)在電池中試用。負極材料：在二次鋰離子電池的發(fā)展中，其負極材料經(jīng)歷了由金屬鋰到鋰合金、碳材料、氧化物、納米合金的演變過程：負極材料

9、金屬鋰鋰合金（如 LiAl）碳材料（石墨）氧化物（如細。）納米合金（如納米硅）容量/（mA，h/g）3 400%790372 ,7002 000年代19651971198019951998在20世紀(jì)60年代，負極材料主要是金屬鋰，它是比容 量最高的負極材料。由于金屬鋰異?；顫?，所以能與很多無 機物和有機物反應(yīng)。在鋰電池中，鋰電極與非水有機電解質(zhì) 反應(yīng)，在表面生成一層鈍化膜，使金屬鋰在電解質(zhì)中穩(wěn)定存 在，這是鋰電池得以商品化的基礎(chǔ)。I對于二次鋰電池，在充電過程中，鋰將重新回到負極， 新沉積的鋰表面沒有鈍化膜保護，非常活潑，部分鋰將與電 解質(zhì)反應(yīng)并被反應(yīng)產(chǎn)物包裹，與負極失去電接觸，形成彌散 態(tài)的鋰

10、。與此同時，充電時在負極表面會形成樹枝狀晶，造 成電池短路，使電池局部溫度升高，融化隔膜，軟短路變成 硬短路，電池被毀，甚至爆炸起火。為了解決這一問題，現(xiàn)在主要在三個方面展開研究：尋找替代金屬鋰的負極材料；采用聚合物電解質(zhì)來避免金屬鋰與有機溶劑反應(yīng)；改進有機電解液的配方，使金屬鋰在充放電循環(huán)中保 持光滑均一的表面。前兩個方面的研究已取得重大進展，但直接使用金屬鋰 做負極仍處于研究狀態(tài)。隨著SONY公司用碳作為負極材料的鋰離于電池的商 業(yè)化，對碳負極材料的研究正蓬勃開展。用碳取代金屬鋰作 負極，電池的安全性大大提高；同時，在充放電的過程中不 會形成枝晶，避免了電池內(nèi)部短路，大大延長了電池的壽命。

11、在眾多的碳材料中，以石油焦為負極的C/Li電池具有 良好的可逆性的庫侖容量，所以，以往研究大都集中在石油 焦和石油焦纖維上。近年來發(fā)現(xiàn)，有機物裂解碳具有較好的 可逆性和容量，它給尋找鋰離子電池用碳材料開辟了新的研 究方向。三：燃料電池材料燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電 能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能 發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。燃料電池不受卡 諾循環(huán)效應(yīng)的限制，效率高；燃料電池用燃料和氧氣作為原 料，排放出的有害氣體SOx、NOx極少；同時沒有機械傳動 部件，故沒有噪聲污染。由此可見，從節(jié)約能源和保護生態(tài) 環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的

12、發(fā)電技術(shù)。1839年Grove利用氫、氧反應(yīng)生成水，同時有電流產(chǎn)生 的原理發(fā)明了氫-氧燃料電池，但由于原材料等原因，研究進 展十分緩慢。直到二十世紀(jì)六十年代，美國阿波羅宇宙飛船為實現(xiàn)登 月計劃需要一種不產(chǎn)生廢料的大功率、高能量密度的電源， 才使堿性燃料電池(AFC)在航空航天領(lǐng)域進入實用化階段， 但其昂貴的成本限制了其商業(yè)化的可能性。半個世紀(jì)以來，美國、日本等國投入了大量人力、財力 進行燃料電池的研究，相繼開發(fā)了磷酸型燃料電池（PAFC）、 熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池 （SOFC）。其中，磷酸型燃料電池被稱為第一代燃料電池，它采用H3PO4液體作為電解質(zhì)，用由催化劑（

13、Pt或其合金）和載體（碳黑）組成的多孔材料作電極。其裝機容量可超過萬千 瓦級規(guī)模，電流密度已到200mA/cm2以上，是目前開發(fā)研 究水平較高、商業(yè)化進程最快、最實用化的燃料電池。熔融碳酸鹽型燃料電池是第二代燃料電池，所用的電解 質(zhì)主要為熔融的堿金屬碳酸鹽、碳酸氫鹽或其混合物，陽極 是以鎳為主的多孔材料，陰極為多孔摻鋰氧化物，運行溫度 較高，故不需要貴金屬作催化劑；發(fā)電效率高，有希望發(fā)展 成大規(guī)模發(fā)電技術(shù)。固體氧化物燃料電池（SOFC）作為第三代燃料電池， 以固態(tài)氧化物作為電解質(zhì)，陽極材料常用的是Ni/YSZ（Y2O3 穩(wěn)定ZrO2）金屬陶瓷，陰極材料為鈣鈦礦型復(fù)合氧化物。SOFC被認為是最有

14、效率的和萬能的發(fā)電系統(tǒng)，特別是 作為分散的電站，可用于發(fā)電、熱電聯(lián)供、交通、空間宇航 和其他許多領(lǐng)域，被稱為21世紀(jì)的綠色能源。自20世紀(jì)80 年代以來，對SOFC的研究開發(fā)速度加快，但真正達到商業(yè) 化應(yīng)用預(yù)計還需要相當(dāng)長的一段時間。四：太陽能電池材料太陽能電池的原理及發(fā)展?fàn)顩r進行詳細闡述，并對太陽能電池及其關(guān)鍵材料的市場發(fā)展方向進行了展望。關(guān)鍵詞太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率，品體硅，薄膜1太陽能電池的發(fā)展概況自1954年在美國貝爾實驗室成功研制出來第1塊單品 硅太陽能電池以來，開啟了人類對太陽能在發(fā)電方面使用的 一扇大門。1 958年太陽電池首先在航天器上得到應(yīng)用。20 世紀(jì)70年代初，硅太陽電池開

15、始在地面應(yīng)用。從80年代起， 太陽能電池效率大幅度提高，生產(chǎn)成本進一步降低。從1990 年到2000年，光伏組件的銷售每年平均以20%的速率增長， 特別是從1997年以來，年增長速度上升到30%。近5年期 間，世界光伏市場以平均每年4%的幅度增加，到2010年傘 球市場容量將增加到400億歐元。到2050年，可再生能源 占總一次能源的54%，其中太陽能的比例約為13%15%； 到2100年，可再生能源將占86%，太陽能占67%，據(jù)美國 華盛頓World watch研究院于2007年5月下旬的評估：多品 硅太陽能工業(yè)的成本將快速下降，這將使其成為今后幾年內(nèi) 的主流發(fā)電方，至2010年，成本將下降

16、40%以上，多晶硅 太陽能行業(yè)極有可能在20082009年重新進入黃金發(fā)展期 L “。日本從1991年開始到2001年在建筑屋頂安裝光伏系 統(tǒng)累計333MW，平均每年增長20MW。美國L8j 1980年正 式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計投資達8億多美元， 1997年宣布“百萬屋頂光伏計劃”，到2010年將安裝1000 3000MW太陽電池。德國從1999年啟動“屋頂光伏”計劃， 當(dāng)年安裝 7MW, 2000 年 39MW, 2001 年 77MW，到 2003 年達到405Mw。2002年，我國國家計委啟動了 “西部省區(qū) 無電鄉(xiāng)通電計劃”，光伏用量達到16. 5MW。2006年我國產(chǎn) 量達

17、到460MW，比2005年增加280%，可再生能源發(fā)展空 間巨大?；痦椖浚簢?63項目 (2007AA032226)；國家重點973計劃(2002CB211800)作者簡介：李麗(1977)，女， 博士，副教授.碩士生導(dǎo)師，從事綠色二次電池及相關(guān)材料 研究。張貴友(1983)，男，碩士研究生，從事太陽能電池及 相關(guān)材料制備研究。聯(lián)系人：吳鋒(1951).男，教授，博 士生導(dǎo)師。2品體硅太陽能電池2. 1單品硅太陽能電池單晶硅太陽能電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽能電 池，以高純的單品硅棒為原料，純度要求99. 999%，其結(jié) 構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。德國費 萊堡太陽能研

18、究所制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過23%。BP Solar 公司采用UNSW開發(fā)的激光刻槽埋柵技術(shù)生產(chǎn)出的電池平 均效率達到17%。印度物理研究所提出一種內(nèi)部光陷作用的 高效硅太陽電池模型可將轉(zhuǎn)換效率提高到28. 6%。北京太 陽能研究所研制的刻槽埋柵電極2crux2em品體硅電池的轉(zhuǎn) 換效率達到19. 79%|。單品硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高但對 硅的純度要求高，且復(fù)雜工藝和材料價格等肉素致使成本較 高。2. 2多品硅太陽能電池多晶硅太陽能電池材料多半是含有大量單品顆粒的集 合體，或用廢次單品硅料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成，在 結(jié)品的質(zhì)量及純度等方面較低，所以效率也較低。目前大規(guī) 模工業(yè)化生產(chǎn)的多晶硅

19、太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已達到了 12%14%的水平，實驗竄最高轉(zhuǎn)換效率為18%。到2010 年，多品硅產(chǎn)最將增加l倍，預(yù)計多品硅太陽能電池在未來仍然會很快的發(fā)展。3薄膜太陽能電池3. 1非晶硅薄膜太陽能電池20世紀(jì)70年代Carlson等就已開始對非晶硅電池的研 制，相對于單晶硅太陽能電池，材料消耗少、電耗低、成本 低。非晶硅的光學(xué)帶隙為1. 7eV,對太陽輻射的長波區(qū)域不 敏感，還存在光致衰退Sw效應(yīng)，可通過制備疊層太陽能電 池緩解這些問題。目前單結(jié)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng) 超過12. 5。Sanyo公司利用非晶硅沉積在絨面單品硅片的 兩面上，制備出100mmX 100mm的電池效率可達2

20、1%, 800mmX1200mm的電池效率可達18. 4%。日本鐘淵化學(xué)工 業(yè)公司開發(fā)薄膜多晶硅與薄膜非晶硅疊合的混合型薄膜硅 太陽能電池，穩(wěn)定效率為11. 5%L2。國內(nèi)耿新華等采用工 業(yè)材料，制備出面積為20cmX 20cm的a-Si / a-Si疊層太陽 能電池，轉(zhuǎn)換效率為8. 28%。如能解決其穩(wěn)定性等問題， 則將在光伏產(chǎn)業(yè)中占有越來越黿要的地位。3. 2多品硅薄膜太陽能電池多晶硅薄膜在長波段具有高光敏性，能有效吸收可見 光且光照穩(wěn)定性強，是目前公認的高效率、低能耗的理想材 料。馴。目前，商品多晶硅薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率約為 12%14%,產(chǎn)量占硅太陽能電池的50%左右。德國費萊堡

21、太陽能研究所采用區(qū)域再結(jié)品技術(shù)在Si襯底上制得的電池 轉(zhuǎn)換效率為19%L2弓|。日本京工陶瓷公司研制的15cruX 15cm的電池轉(zhuǎn)換效率也達到了 17%。澳大利亞新南威爾士 大學(xué)，采用熱交換法生長的多晶硅制備的電池，轉(zhuǎn)換效率達 到18. 2%?？梢钥闯?，多晶硅薄膜太陽能電池的發(fā)展很快將來可望使得光伏發(fā)電的成本能夠與常規(guī)能源相競爭L3。3化合物薄膜太陽能電池3. 3. 1碲化鎘太陽能電池碲化鎘（CdTe料成本低、效率高，且光譜響應(yīng)與太陽 光譜十分吻合。薄膜的生長工藝主要有：絲網(wǎng)印刷燒結(jié)法、 近空間升華法、真空蒸發(fā)法等。碲化鎘半導(dǎo)體光伏材料理論 轉(zhuǎn)換效率為30%。CdTe電池實驗室效率16. 4

22、%,大規(guī)模 生產(chǎn)的商業(yè)化電池平均效率8%10%。71。四川大學(xué)制備 出的電池轉(zhuǎn)換效率達11. 6%30 。以CdTe吸收層，CdS 作窗口層的結(jié)構(gòu)為：減反射膜/玻璃/ S如：F / CdS / P-CdTe/背電極，這種電池轉(zhuǎn)換效率達16%L3弓|。開發(fā)新能源是降低碳排放、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)人類社 會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在新能源的發(fā)展過程中，新能源 材料起到了不可替代的重要作用，引導(dǎo)和支撐了新能源的發(fā) 展。核能材料是發(fā)展核能的重要基礎(chǔ)。儲能材料是發(fā)展節(jié)能 的清潔交通和新型儲能器54第7- 8期 蔣利軍等：新能源 材料的研究進展件的重要支撐。新能源材料是推動氫能燃料 電池快速發(fā)的重要保障。提高

23、能效，降低成本，節(jié)約資源，環(huán) 境友好，將成為新能源發(fā)展的永恒主題，新能源材料將在其 中發(fā)揮越來越重要的作用。如何針對新能源發(fā)展的重大需求, 解決相關(guān)新能源材料的材料科學(xué)基礎(chǔ)研究和重要工程技術(shù) 問題，將成為材料工作者的重要研究課題。作業(yè)太陽電池的工作原理；答：太陽電池一將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件種類硅太陽電池1）Si太陽電池1）單晶硅片2）GaAs太陽電池2）多品硅片3）染料敏化電池3）非晶硅薄膜4）Cu2S電池4）多品硅薄膜大氣質(zhì)量一太陽光線通過大氣層的路程對到達地球表面的太陽輻射的影響AM0地球大氣層外的太陽輻射AM1穿過1個大氣層的太陽輻射（太陽入射角為0）AM1.5太陽入射角為

24、45的太陽輻射太陽輻射穿過大氣層的情況太陽電池的工作過程光生伏特效應(yīng)吸收光子，產(chǎn)生電子空穴對。電子空穴對被內(nèi)建電場分離，在PN結(jié)兩端產(chǎn)生電勢。將PN結(jié)用導(dǎo)線連接，形成電流。在太陽電池兩端連接負載，實現(xiàn)了將光能向電能的轉(zhuǎn) 換。對理想的P-N結(jié)電池最小飽和電流密度與禁帶寬度的關(guān)系對于硅，禁帶寬度約為l.lev,所得到最大Voc約為700mV, 相應(yīng)的最高FF為0.84。禁帶寬度約為1.41.6ev，轉(zhuǎn)化率會出現(xiàn)個峰值，砷化鎵具 有接近最佳值的禁帶寬度。Voc的損失主要在于體內(nèi)復(fù)合表面的減反射程度，通過制絨 和鍍減反射膜使反射率在10%以下。正面電極的印刷遮掉10%左右的入射光。電池片比較薄，部分光

25、線會直接穿透電池片。不過現(xiàn)采用 全背而印刷鋁漿對這損失有很大削弱。半導(dǎo)體體內(nèi)和表面的復(fù)合是正面電極金屬柵線電阻，rcl、 rc2分別是正面、背而金屬半導(dǎo)體接觸電阻，rt是正面擴 散層的電阻，rb是基區(qū)體電阻，rmb是背面電極金屬層的 電阻。金屬體電阻：其中rsq為厚膜金屬導(dǎo)體層的方塊電阻，厚膜印刷銀電 極通常為0.003Q /0.005Q /； l為柵線長度；w為柵線 寬度。對于鋁背場形式的背面電極，rsq通常為0.0100.020 Q /。es是硅的介電常數(shù)，ND是摻雜濃度。大致上ND N 1019/cm3時，RC將主要表現(xiàn)為隧道效應(yīng)，并隨著ND的增 加迅速地下降。對于勢壘高度在0.6V左右

26、的金屬材料，當(dāng) 硅的摻雜濃度在1020/cm3附近時，RC的數(shù)值大約為10-3 10-4Q cm2。為擴散層方塊電阻；乙為電池主焊接電極方向尺寸；W為 電池細柵線方向尺寸；m為細柵線條數(shù)。太陽電池種類硅（硅）silicon目前太陽光電系 統(tǒng)中應(yīng)用最為廣 泛多化合物Compound應(yīng)用于太空及聚 光型太陽光電系 統(tǒng)晶硅Crystalline非晶硅Amorphous單品SingleCrystallin多品PolyCrystallind為基區(qū)厚度，約等于硅基片厚度；地而用太陽電池基片材料電阻率通常使用范圍為0.53 Q.cm邊緣漏電（刻蝕未完全、印刷漏漿）體內(nèi)雜質(zhì)和微觀缺陷PN結(jié)局部短路（擴散結(jié)過淺

27、、制絨角錐體顆粒過大）太陽電池材料的分類及其發(fā)展概況。答：市場模塊半導(dǎo)體材料發(fā)電轉(zhuǎn)換效率單晶硅Single1220%Crystallin多晶硅Poly1018%CrystallinSi、 SiC、 SiGe、 6 9%SiH、 SiOGaAs、 InP 1830%CdS 、 CdTe 、10 12%CuInse奈米及有機Nano & Organic應(yīng)用于有機太陽TiO21%以下電池，屬研發(fā)階段單晶硅又稱為單結(jié)晶、晶圓型。制程貴，發(fā)電量佳， 礙于 晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，鋪設(shè)時面積上無法達到 最大利用及吸收。多晶硅又稱為多結(jié)品。制程上較便宜，發(fā)電量略遜單晶硅，可截為 正方形，鋪設(shè)時可達到

28、最大面積利用及吸收。其品狀分布， 具有藝術(shù)效果，可為建筑物外觀加分。另外，雖其結(jié)理易造 成碎裂，但品體可再利用做為項鏈等裝飾品。非晶硅（可撓式）成本便宜，發(fā)電率較差，且容易造成裂質(zhì)化。但由于可直接 鍍在玻璃及塑料上面，與建筑物可做最佳結(jié)合。除可做太陽 光電系統(tǒng)發(fā)電用，室內(nèi)型民生消費品也常見其應(yīng)用，如：電 子計算器、搖頭娃娃、玩具等。核能用材料及其發(fā)展概況。答：核能發(fā)電的能量來自核反應(yīng)堆中可裂變材料 （核 燃料）進行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾-235、 钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。反應(yīng)中，可裂變物的原 子核吸收一個中子后發(fā)生裂

29、變并放出兩三個中子。 若這些 中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂 變，使裂變自持地進行，則這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。 實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的前提。優(yōu)點核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染 物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染。核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他 的用途。核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核 能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座 1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航 次的飛機就可以完成運送。核能發(fā)電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核 能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟情勢影響，故發(fā)電成本 較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。缺點核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過 之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須 慎重處理，且需面對相當(dāng)大的政治困擾。核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裹，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重