功能梯度材料及其在太阳能电池中的应用

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1、功能梯度材料及其在太阳能电池中的应用本文由【娱乐圈】贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第１８卷Ｖ０１．１８材料科学与工程ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ增刊Ｓｅｐ．２０００功能梯度材料及其在太阳能电池中的应用＋施永明，赵高凌，杜丕一，翁文剑，沈鸽，张溪文，韩高荣（浙江大学材料系硅材料国家重点实验室，杭州３１００２７）【摘要】功能梯度材料（ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙＧｍｄｉｅｎｔＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＦＧＭ）由于其独特的性能及作为一种全新的概念已引起越来越多科学家的重视。本文简要回顾了功能梯度材料的研究发展史，对ＦＧＭ

2、的各种制备技术进行了总结，并对其在太阳能电池方面的应用进行了重点介绍。【关键词】功能梯度材料制备技术太阳能电池．工口２功能梯度的材料的制备技术Ｇｒａｄｉｅｎｔ功能梯度材料（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ功能梯度材料的制备方法有很多种，使用的原料可以是气相、液相或固相，通过物理的或化学的方法来获得所需要的梯度组成，可以制各从体材到薄膜，从金属到陶瓷的多种ＦＧＭ。下面简要介绍几种制备技术。２．１气相沉积法【４】气相沉积法包括物理气相沉积ｆｆ＇ＶＤ）和化学气相沉积（ＣＶＤ），是指通过改变沉积气相的组分，使得沉积物的组分在厚度方向上呈梯度变化而得到梯度材料。其特点是制各工艺较为成熟，所制得的材料梯度性质

3、较好，呈现连续的曲线变化，主要用予制各薄膜梯度材料。缺点是不能制备大厚度的块材，设备要求高，合成速度低。２．２自蔓延高温合成法嘲自蔓延高温合成法（ＳＨＳ）是指利用材料本身化学反应热从而使材料固结的一种方法。其过程简单，反应迅速且耗能少，易于合成体型大尺寸的梯度功能材料，但制得的材料孔隙率较大，机械强度低。Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＦＧＭ）是指从材料的一边到另一边材料的组成或结构呈有规律的空间变化，从而使材料的性质和功能也呈空闻变化的，满足特定要求的一类新型材料ｍ３’。在１９８７年，为了解决航天飞机由于往返于大气层而造成飞机表面内外温差达１０００Ｋ以上的热防护问题．日本科学家首先提出了梯度功能材料

4、的概念１３Ｉ，其设计思想是在材料的制备过程中，连续地控制材料的微观要素（包括组成、组织、亚结构和空隙在内的形态与结合形式等），使材料内部不存在明显的界面，可缓和材料内部的热应力，成为可以应用于高温环境的新一代功能材料。随着ＦＧＭ的研究和开发，其用途已由原来的宇航工业推广到了核能源、电子、电磁学、光学和生物医学工程等领域，同时材料的组合亦由最初的金属／陶瓷发展成为金属／合金、非金属／非金属、非金属胸瓷、陶瓷／陶瓷等多种组合形式，其应用前景十分广阔。‘本研究得到国家自然科学基金（５９９０２００６，６９８９０２３０）和浙江省自然科学肇金（５９９０８０）资助６６５?万　方数据２－３等离子赜涂法ｆ６

5、ｌ等离子喷涂是通过控制等离子喷涂成分来合成ＦＧＭ的，它能够灵活地调整喷涂位置，并根据粉末颗粒粒度、喷涂压力及喷射速度等参量的变化来调节喷涂量，适合于集合形状复的器件表面梯度涂覆。但所得的ＦＧＭ孔隙率高，层间结合力低，容易剥落，材料强度不高。２，４粉末叠层法ｍ粉末叠层法是指将材料沿梯度方向分成若干层．每层具有依需要而事先确定的配比组分，然后按一般电子陶瓷制各工艺。经压制后烧结而最后获得可满足具体要求的最佳材料组合及空间梯度分布．其相应的设计流程图如图ｌ所示。将设备部门获得的最佳材料组合和组分分布结果提交合成部门并据此进行梯度合成．合成后的材料经过性能评估后再把测定结果和评价意见反馈给材料设计

6、部门。经过循环迭代设计、制各和评价，研制出实用的ＦＧＭ。在这一研究过程中，需要各个部门之间的协同工作。由于成功的开发了热应力缓和型ＦＧＭ，日本科技厅于１９９３年再次设立了一个为期５年的研究项目“具有梯度功能结构的能量转换材料的研究”，意在将ＦＧＭ推向实用化，并以开发高效率能量转换材料为主。另外，美国和欧洲一些国家也在积极地开展这方面的研究工作。我国亦将ＦＧＭ的研究和开发列入了国家高新技术“８６３”计划。成。这种方法工艺简单，较容易获得大尺寸的材料，但所得的ＦＧＭ梯度性较差，仅为一维变化，也只适合烧结类型的材料ｒ如陶瓷ｊ。其它的制备方法还有粉末冶金法ｌ｜】、薄膜沉积法１９１和离心铸造法ｆｌｏ

7、Ｉ等。各种制各方法各有特点，采取何种制备方法要视实际情况而定。４梯度功能材料的应用３功能梯度材料的研究现状梯度功能材料由于其独特的性能和能实现虽然从ＦＧＭ的提出到现在，不过短短的十多年时间，但从它一出现，就引起世界各国科学家的极大兴趣和关注。日本、美国、德国、英国、法国、意大利等国家都相继开展了ＦＧＭ的研究。自１９９０年在日本仙台举行了第一届ＦＧＭ国际研讨会以来，迄今已举办了四届ＦＧＭ国际研讨会。为了开发这种新型的功能材