第五章绿色能源材料.pptx

世界平均(%) 5.1
2.7
0.9
2.2
发达国家(%) 4.9
2.0
Biblioteka Baidu
0.1
1.3
发展中国家(%) 6.3
6.0
4.0
5.0
中国
5.4
6.7
3.4
4.6
其他发展中国家 6.8
5.5
4.3
5.2
世界能源消费的增长率波动较大，但总的趋势是增长！
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2. 能源结构的变化
表2 世界一次商品的能源构成
1950年 1960年 1970年 1980年 1990年
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5.1 绿色能源与材料
1. 绿色能源和绿色能源材料 绿色能源是指洁净的能源，如太阳能、风能、水能以
及废热、垃圾发电能源。 绿色能源材料包括直接或间接产生能源或改变能源状
态的各种材料。如新型的二次电池材料、燃料电池材 料、太阳能电池材料、热电材料、生物质能源材料、 相变蓄热材料、储氢材料等。
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日本提出“新阳光计划”
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1. 意义 太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产
生电能，是对环境无污染的可再生能源。 开发宇宙空间所需的连续不断的能源； 解决目前化石能源的环境污染问题； 为日益发展的消费电子产品随时随地的供电。
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2. 工作原理 光伏效应(Photovoltaic Effect, PV)
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3. 太阳能电池的分类
据所用材料分
1、硅系太阳能电池
单晶硅太阳能电池 多晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池
2、多元化合物薄膜太阳能电池
砷化镓III-V化合物 硫化镉
3、聚合物多层修饰电极型电池
铜铟硒
4、纳米晶化学太阳能电池
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4. 太阳能电池的发展 自20世纪70年代以来，太阳电池的全球平均年增长率达30%以上。 (1) 2006年太阳级硅锭产量约3700吨， 2007年预计可达6000吨。 (2) 2006年我国太阳电池产量已达到370MW超过美国(202MW)，成为继
650
1060 28800 30500
合计资源量
2000 2200 34000 38200
累计需求量 (1990~2020年)
1000 680
850
2530
能源供给量与需求关系形势严峻！
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4. 矿物燃料燃烧造成的污染 SO2、 CO2、 CO、NOx、三四苯并芘、烟尘等。
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主要内容
5.1 绿色能源与材料 5.2 太阳能电池材料 5.4 生物质能源材料 5.3 热电材料
资源的合理利用； 安全与环境保护； 材料规模生产的制作与加工工艺； 延长材料的使用寿命。
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5.2 太阳能电池材料
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一、 太阳能 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源； 不会产生有害废渣和气体，不会污染环境； 没有地域和资源限制，有阳光的地方，到处可以利用，使
用方便安全。 地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总
2. 绿色能源材料的作用
绿色能源材料把原来习用已久的能源变成新能源； 一些绿色能源材料可以提高储能和能量转换效果； 绿色能源材料决定着核反应堆的性能与安全性； 材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着绿色能源的投
资与运行成本。
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3. 绿色能源材料的任务和面临的课题
研究新材料、新结构、新效应以提高能量 的利用效率与转换效率；
能量的200倍。 太阳每秒发出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全
燃烧时所释放出的全部热量。 包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转
换而成。
太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一 14
二、太阳能电池
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世界太阳能电池发展的主要节点
年份 重要节点
1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％
1955 第一个光伏航标灯问世，美国RCA 发明Ga As 太阳能电池
1958 太阳能电池首次装备于美国先锋1 号卫星，转换效率为8％。
1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。
1960 太阳能电池首次实现并网运行。
1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。
1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世
日本、欧洲之后的第三大太阳电池生产国，2007年预计达到800MW。 (3) 2006年光伏组件产量为600MW， 2007年预计1GW。 (4) 设备制造和专用材料生产正处在快速国产 化过程中，一些设备甚至
开始出口，如单晶炉、扩散炉和组件制造设备等；技术难度较大的设 备如线锯等已经有样机。 (5) 我国已经有10家光伏公司在国外上市，形成了一个国际化的光伏产 业群体，其中包括了无锡尚德（迅速做大的第一个典型）、新余LDK （06年5月投产，当年即成为亚州第一，07年6月在纽交所上市，07 年8月18日投资亿的吨多晶硅项目开工）这样的优质企业。
0
-
0.1
0.9
5.8
从70年代开始，原油已代替原煤在能源消费中占首位，天然 气的消耗比例也在增加；新能源的比例增加也非常迅速！
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3. 矿物资源面临的枯竭
表3 1990~2020年矿物能源预测 单位：亿吨标油
石油
天然气 煤
合计
探明储量(1991年底) 1350 1140 5200 7700
估计增加储量
热能 人力、畜力、风力和水力 电子技术 第二次工业革命
热能、电力
很多问题：矿物燃料的枯竭、环境污染等 3
问题阻碍了人类社会的发展
资源与能源最充分利用技术、环 境最小负担技术
（绿色能源和绿色能源材料）
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1. 能源需求的持续增长
表1 世界一次能源消费的增长率
1966~1973年 1973~1979年 1979~1985年 1985~1990年
1978 美国建成100KW 光伏电站
1980 单晶硅太阳能电池效率达到20％，多晶硅为14.5％，Ga As 为 22.5％
1986 美国建成6.5KW 光伏电站
1990 德国提出“2000 光伏屋顶计划”
1995 高效聚光Ga As 太阳能电池问世，效率达32％。
1997 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划
一次能源供应 17.5 28.9 48.5 62.7 80.3 (×108吨标油)
煤(%)
57.5 46.0 30.5 28.3 27.3
油(%) 天然气(%)
水力(%) 核能(%)
31.0 37.8 48.7 48.6 38.6
9.7
14.2 18.6 19.9 21.6
1.6
2.0
2.1
2.3
6.7
第二部分 环境替代材料 第五章 绿色能源材料
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能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。 固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生
物质能、风能、核能、海洋能和地热能。 新能源的发现和先进能源技术的使用推动了人类社会的发展。
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能源的发展
人力、畜力、风力和水力 人力、畜力、风力和水力 蒸汽机 第一次工业革命