功能材料之能源材料教材

太阳能电池
以材料区分，太阳电池有晶硅电池，非晶硅 薄膜电池， 铜钢硒（CIS）电池，碲化镉（CdTe）电池，砷化稼 电池等，而以晶硅电池为主导。由于硅是地球上储量 第二大元素，作为半导体材料，人们对它研究得最多、 技术最成熟，而且晶硅性能稳定、无毒，因此成为太 阳电池研究开发、生产和应用中的主体材料。人们首 先使用高纯硅制造太阳电池（即单晶硅太阳电池）。 近年来，非晶硅太阳电池的研制迅速发展。
3）太阳能光电转换
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导 体物质转变为电能的过程，通常叫做“光生伏打效应”， 太阳电池就是利用这种效应制成的。当太阳光照射到半 导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导 体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一 些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电 子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式 转变为电能、如果半导体内存在P—n结，在n区与p区之 间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n 型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。 如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来， 就能产生一定的电压和电流输出功率。
太阳能集热器
太阳能热水系统
2） 太阳光-热转换及材料
材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光—热转换材 料与工程，如用于太阳集热器的选择性吸收涂层（表 面），用于建筑幕墙玻璃和交通工具的选择性透、反射 薄膜材料和电致变色薄膜材料与器件，用于集热器的具 有太阳光谱高透射比的硼硅玻璃，聚碳酸酯制成的蜂窝 结构，以及贮能材料等，推动了太阳光—热转换技术和 应用的发展。
• 二次能源：由一次能源直接或间接转化而来的 能源。如：电能、煤气、汽油、沼气、氢能等
• 可再生能源：不随其本身的转化或被人类利用 而减少的能源。如：太阳能、生物能、水能、 风能、地热能等
2、能源的分类
• 非再生能源：随其本身的转化或被人类利用而减 少的能源。如： 化石燃料、核燃料等
• 常规能源:世界大量消耗的石油、天然气、煤和核 能等称为常规能源
太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。通 过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能 材料等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地 吸收并保存太阳能，达到房屋采暖目的。太阳 房可以节约75％～90％的能耗，并具有良好的 环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技 术的重要方面。
• 太阳能暖房
（4）．热利用的其它方面
能源材料
一、概述
• 1.什么是能源?
• 能源是产生各种能量的资源，是人类
生存和发展不可缺少的物质基础，它 的开发和利用状况是衡量一个时代、 一个国家经济发展和科学技术水平的 重要标志，直接关系到人们生活水平 的高低。
2、能源的分类
• 一次能源：直接来自自然界而未经加工转换的 能源。如：化石燃料、太阳能、核能、生物燃 料、水能等。
现状
近20年来，我国能源发展很快，我国煤炭储 量世界第三、开采量世界第一，在能源结构 中一直以煤炭为主。 中国原油产量世界第5 位，天然气产量世界第20位，水力发电世界 第4位，核电第18位。发电总量世界第2位。
5.发展新能源的必要性
• 人均储量少，先天不足，但能耗效率却 低。
• 我国成为能源消耗大国，进口依赖度提 Biblioteka Baidu。
（1）．太阳能空调降温
太阳能制冷及在空调降温研究工作重点是寻找 高效吸收和蒸发材料，优化系统热特性，建立 数学模型和计算机程序，研究新型制冷循环等。
（2）．太阳能热发电
太阳能热发电 是利用集热器将太阳辐射能 转 换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太 阳能热利用的重要方面。
1）太阳能的热应用
（3）．太阳房
1、太阳能
太阳能利用涉及的技术问题很多，但根 据太阳能的特点，具有共性的技术主要 有四项，即太阳能采集、太阳能转换、 太阳能贮存和太阳能传输，将这些技术 与其它相关技术结合在一起，便能进行 太阳能的实际利用---光热利用、光电利 用和光化学利用。
1） 太阳能的热应用
太阳能的热利用主要是以下方面：
• 能源成为我国经济命脉所在，威胁国家 稳定安全
• 现有化石能源对环境影响大。 结论：发展新能源大势所趋！
二、新能源
新能源 广义上来说，有别 于传统依靠矿物质 原料燃烧的能源都 称之为新能源。
太阳能
风能 生物质能 核能
地热、 潮汐能
能源材料
• 1、太阳能 • 2、核能 • 3、氢能 • 4、燃料电池 • 5、风能 • 6、地热能 • 7、海洋能
• 新能源:新能源是相对于常规能源而言的，泛指太 阳能、风能、地热能、海洋能、潮汐能和生物质 能等
3.世界能源消耗特点、分布及现状
• 特点
主要来自一次不可再生能源(如煤炭、石油、天然气)； 能源消耗水平差异大：占世界1/4的工业化国家消耗 了世界能源的3/4;世界能源消耗仍在增长。
• 分布
世界能源储量分布是不平衡的。石油中东占56.8%； 天然气和煤炭储量最多是欧洲，各占54.6%和45%。 亚洲大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然 气都只有5%多一点。
能 源 的 消 耗
石油的分布
煤炭排行榜
4.我国能源消耗特点、分布及现状
• 消耗特点
中国是一个能源消耗大国，其能源消费总量居 世界第二，仅次于美国。年均增长3.6%。其中， 煤炭占66.3%，石油占23.5%，天然气占2.6%， 水电、核电占7.6%。
• 分布
煤炭85％分布于中西部；石油、天然气资源 集中在东北、华北（包括山东）和西北，合占 全国探明储量的86％；水能资源的分布主要在 西部和中南部，在全国技术可开发资源量（3.7 亿千瓦）中合计占到93.2％，其中西南占67.8 ％。
太阳灶 我国目前大约有15万台太阳灶在使用中。
太阳灶表面可以加涂一层光谱选择性材料，如二氧化 硅之类的透明涂料，以改变阳光的吸收与发射，最普 通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜，也有铝抛光镜面和 涤纶薄膜镀铝材料等。提高太阳灶的效率。每个太阳 灶每年可节约300千克标准煤。
太阳能干燥 是热利用的一个方面。目前我国已经安 装了有1000多套太阳能干燥系统，总面积约2万平方 米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草药干燥等。