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1、染料敏化半导体材料在光伏电池及光催化中的应用太阳能电池材料的研究进展太阳能电池材料的研究进展太阳能电池材料的研究进展中国和世界的能源结构中国和世界的能源结构其他煤世界其中国其40%24%石油石煤17%天然气75%油天然气其他10%2%6%26%能源枯竭石油:42年,天然气:67年,煤:200年。环境污染每年排放的二氧化碳达210万吨,并呈上升趋势,造成全球气候变暖;空气中大量二氧化碳,粉尘含量己严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。CH+OHO+CO+SO+NOxy2222x中华人民共和国中华人民共和国国家发展和改革委员会国家发展和改革委员会《《
2、中国新能源与可再生能源发展规划中国新能源与可再生能源发展规划19991999白皮书白皮书》》同国外相比,我国的能源系统更加不具备可持续发展特点能源枯竭的威胁可能来的更早人口多,人均资源占有量仅及世界的一半,石油和天然气资源仅占世界人均量的17.1%和13.2%;加之能源利用技术落后,效率低下,能耗高,枯竭速度可能会比国外更加迅速,能源匮乏的威胁可能来的更早能源供需缺口将越来越大2020年全国需求量27亿吨TOE,尚缺4.8亿吨标煤;2050年一次需求量达到40亿吨标煤,缺口达10亿吨标煤,短缺25%以上过度依赖煤炭,环境影响更加严重煤炭几乎满足了我国一次能
3、源需求的70%,66%的城市大气颗粒物的含量和22%的城市的二氧化硫含量均超过国家空气质量二级标准,在冬季这些污染物的浓度更大,通常为夏季的2倍。环境专家估计,大气中90%的二氧化硫和70%的烟尘来自于燃煤煤废料的处理仍是问题煤炭开发利用过程中产生的大量的矸石、腐蚀性水、煤泥、灰渣和飞灰等,已构成对工农业生产和生态环境的危害,成为制约所在地区可持续发展的一个制约因素石油短缺,对外依存度加大1993年我国成为石油净进口国,2001年进口依存度已经达到34%,随着国民经济的持续增长,石油进口量占整体石油需求量中的份额进一步增长,预计到2020年将达到50%。太
4、阳能风能属于本地资源,通过一定的工艺技术,不仅可转换为电力,还可以直接、间接地转换为液体燃料,如乙醇燃料、生物柴油和氢燃料,为各种移动设备提供能源。可再生能源:风能;水能;地热;潮汐;太阳能等?资源丰富:40分钟照射地球辐射的能量=全球人类一年的能量需求洁净能源:与石油、煤炭等矿物燃料不同,不会导致“温室效应”,也不会造成环境污染?使用方便:同水能、风能等新能源相比,不受地域的限制,利用成本低。太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池!太阳能电池已成为各国实施可持续发展的重要选择日本----93年实施“新阳光计划”,涵盖74年的“阳光计划”、78年的“月光
5、计划”和89年的“地球环境技术开发计划”;97年宣布7万太阳能光伏屋顶计划,计划到2010年安装7600MWp太阳能电池?日本利用其电子技术优势,大力发展光伏发电产品,其产量已经相当于全球产量的50%以上。英、荷、日、美等国企业基本垄断了全球的光伏发电产品市场,其出口额占世界的贸易额的80%以上。美国----提出了逐步提高绿色电力的发展计划。主要是通过风力发电、光伏发电、生物质能源发电等来达到目标,其中太阳光伏发电预计到2020年将占美国届时发电装机增量的15%左右,累计安装量达到36GW,保持美国在光伏发电技术开发、制造水平的世界领先地位。美国百万屋顶计
6、划的内容与目标太阳能电池的发展1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池,效率为4%,于1958年应用到美国的先锋1号人造卫星上。由于材料、结构、工艺等方面的不断改进,太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。现在太阳能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前,年均增长率35%,是能源技术领域发展最快的行业。太阳能屋顶系统办公楼与玻璃幕墙一体化的PV无机太阳能电池光生伏特效应电荷运动的势垒:p-n结区内形成的内建电场。阻碍电子从n区向p区运动,空穴从p区
7、向n区运动。光子入射:造成跃迁产生空穴-电子对。光电池:空穴、电子通过外电路复合,在电路中产生电流。半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异质结等形成光伏效应。当太阳能电池受到阳光照射时,光与半导体相互作用可以产生光生载流子,所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极,正负电荷分别被上下电极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。太构阳示能意电图池结负载中消耗的功率转换效率(?=入射在电池表面的阳光的功率太阳能电池材料半导体单晶硅、多晶硅非晶硅、GaAs有机半导体主金属氧化物、导电聚合物表面涂层要材金属导体电极料玻璃、有机玻璃封
8、装基对①能充分利用太阳能辐射,即半导体的禁带不能本材太宽;要料②有
