稀贵金属作业

1、根据自己的研究方向或兴趣爱好，阐述“稀贵金属材料”中，某个研究方向的研究现状

和发展趋势。

铜铟镓硒(CuIn1-XGaXSe,简称CIGS)薄膜太阳电池。成本低、性能稳定、抗辐射能力强,其光电转换效率是目前各种薄膜太阳电池之首,光谱响应范围宽,被国际上称为下一时代最有前途的廉价太阳电池之一,有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。由于CIGS 电池是多元化合物半导体器件,具有复杂的多层结构和敏感的元素配比,对工艺和设备的要求非常严格。

目前其制备方法很多：包括金属预置层后硒化、多元分步蒸发、混合法、印刷法、电化学沉积等方法。

研究现状：美国国家可再生能源实验室(NationalRenewable Energy Laboratory,简称NREL)采用共蒸发工艺,将CIGS的效率提升至19.9%,创下了薄膜太阳电池的世界记录。德国Hahn-Meitner Institute以及瑞典、日本、韩国的有关研究机构制备的CIGS电池效率也己超过17%。由美国能源部国家光伏中心(NCPV)与日本新能源和工业技术开发机构(NEDO)合作研制的无镉CIGS电池效率达到18.6%。日本的Showa Shell采用Zn(O,S,OH)x 作为缓冲层,3456cm2的组件效率达到13.4%,创造了无镉CIGS电池效率的世界纪录。

国内关于此方面的研究的机构很多，目前包括中国电子科技集团公司第十八研究所、清华大学、华东师范大学、上海技术物理研究所、上海硅酸盐研究所、武汉大学和武汉理工大学在内的众多高校和研究所等。目前国内研究历史最久、水平最高的是南开大学。

南开大学光电子薄膜器件与技术研究所高技术研究发展计划承担了国家重点课题“铜铟硒太阳能薄膜电池实验平台与中试线”,10×10cm2集成电池组件转换效率达到

7.3%,1cm2电池最高光电转换效率为12.1%。转换效率在8%～11%范围内的成品率达到

85%以上;研究硫化锌(ZnS)薄膜替代硫化镉(CdS)过渡层,应用于无镉铜铟硒太阳电池的研制,其转换效率已经超过11%,为产业化生产铜铟硒电池彻底消除镉污染奠定了基础;利用铜铟硒太阳电池试验平台条件进行技术扩展,研究杂质扩散与阻挡层结构,低温沉积铜铟镓硒薄膜材料结构与工艺技术,制备“不锈钢衬底铜铟硒电池”和“聚酰亚胺衬底铜铟硒电池”,转换效率分别达到10.06%(1cm2)和6.02%(0.12cm2)。推动了国内CIS和CIGS太阳能电池的发展。

商业化面临的主要技术问题：CIGS吸收层的低成本制备方法、组分研究、真空沉积制备技术、光吸收层发展趋势、衬底选择的发展趋势、缓冲层的发展趋势、刻蚀技术、电池模块组件以及叠层技术等等。

发展趋势：采用柔性衬底是CIGS薄膜电池的发展趋势之一。采用柔性衬底可与卷绕技术相结合,大规模制备质量轻、可弯曲的电池。通过减小吸收厚度，研究超薄电池是另一个发展趋势，主要为了减少铟、镓等昂贵材料的使用,降低电池成本。

2、通过查阅文献资料，总结说明稀贵金属材料的相变特点及其相关应用。

贵金属材料中的铂(Pt)、姥(Rh)和铱(Ir)一一熔点高、化学稳定性优良、可抵抗熔融氧化物的侵蚀,因而在优质玻璃和玻璃纤维的制备、航空航天等领域是不可缺少的高温结构材料。在现代工业中实际使用的贵金属材料品种繁多,涉及的高温材料的主要有以下几类,即固溶强化型合金、弥散强化型复合材料以及新兴的沉淀强化型合金及铂族金属化合物材料。

固溶强化型铂基合金主要包括Pt-Rh、Pt-Ir、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-W等二元合金,Pt-Pd-Rh、Pt-Rh-Ru等三元合金。铂族金属高温合金最重要的性能就是高温螺变特性。

铂族金属弥散强化是借助第二相微粒弥散分布在基体合金中而实现的,强化作用相可以是碳化物、金属间化合物和氧化物等。目前获得广泛应用的弥散强化铀和铂合金主要有三类:①氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthening,ODS),是一种将超细氧化物

粒子非常均匀地弥散分布在金属或合金中使其强化的方法[8]。②0.06%~0.3%Zr02颗粒稳定化Pt或Pt合金(Zirconia Grain Stabilized Platinumor Platinum Alloys,ZGSPt);③含有适量Zr、Y和微量Ca、Al、Mg元素的合金,经氧化处理后发展为以几种氧化物颗粒弥散硬化的Pt或Pt合金(Dispersion Hardened Platinum or Platinum Alloys.DPHPt),如DPHPt-lORh、DPHPt-5Au等。

沉淀强化型铂族金属材料及铂族金属间化合物铂族金属(如Pt、Ir、Rh)能与Al及过渡金属(如Zr、Hf>Nb、Ta等)形成fcc结构的固溶体和Ll2型有序金属间化合物Pt3X(X为Al或过渡金属)。fee与γ'相形成理想的高温强化共格结构,这与Ni基高温合金的组织特征基本一致。在铂族金属合金中存在大量γ'型Ll2沉淀相,这为发展γ/γ'型沉淀强化铂族金属“超合金材料”奠定了基础。

不同成分的镓合金的升温熔化相变温度比较稳定，但是镓合金降温凝固相变对元素成分十分敏感。镓合金的过冷度随着钾元素含量的提高而增大，钾元素独特的结构分析认为是导致加大过冷度的本质原因。冷却速率对T N影响不明显，而对T M影响更加显著，随着冷却速率的增大而增大。应用于相变储能材料。

4、阐述说明贵金属材料的重要应用方向及其判研依据。

稀贵金属是人类较早发现和利用的金属。由于它稀少、特殊和珍贵，自古以来享有其它金属无法比拟的盛誉，其显赫的地位几乎永恒。｛信息材料、能源材料、生物医用材料、纳米材料、超导材料、化工新材料｝

稀贵金属的主要需求和用途有几大类：

1>用作国际储备。这是由黄金的货币属性决定的。由于黄金的优良特性，历史上黄金充当货币的职能，如价值尺度、流通手段、储藏手段、支付手段和世界货币。

2>用作珠宝装饰。华丽的黄金、铂金以及钯金等饰品一直是一个人社会地位和财富的象征。

3>在工业与科学技术上的应用。稀贵金属元素由于有优良的物理化学性能(如：高温抗氧化性和抗腐蚀性)、电学性能(优良的导电性、高温热电性能和稳定的电阻温度系数等)、高的催化活性、强配位能力等，在工业中用途极广，其应用的"少、小、精、广"的特点，因而被称为现代"工业的维他命"。贵金属与当代高新技术的发展关系密切。

4>是因其具有杀菌及药理作用应用于医药、医疗及餐具等器皿。

贵金属的应用是非常广泛的，并且其应用还在不断的探索中。