Aydavz2008新能源發(fā)電技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用

生命是永恒不斷的創(chuàng)造，因?yàn)樵谒鼉?nèi)部蘊(yùn)含著過(guò)剩的精力，它不斷流溢，越出時(shí)間和空間的界限，它不停地追求，以形形色色的自我表現(xiàn)的形式表現(xiàn)出來(lái)。－－泰戈?duì)柕?章章(2)2.2太陽(yáng)能電池工作原理太陽(yáng)能電池工作原理2.2.1太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(1)的物理基礎(chǔ)固體能帶理論*固體能帶理論*能帶的形成單個(gè)原子的能級(jí)NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering12.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(2)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)固體能帶理論**固體能帶理論**能帶的形成晶體原子共有化運(yùn)動(dòng)NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering22.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(3)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)固體能帶理論***固體能帶理論***能帶的形成N個(gè)原子形成個(gè)能級(jí)個(gè)原子形成2N個(gè)能級(jí)個(gè)原子形成能帶允帶禁帶又稱(chēng)能隙NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering32.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(4)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)固體能帶理論****固體能帶理論****能帶的形成導(dǎo)帶:導(dǎo)帶:未被電子填滿(mǎn)的能帶或空能帶滿(mǎn)帶或價(jià)帶:滿(mǎn)帶或價(jià)帶:已被電子填滿(mǎn)的能帶滿(mǎn)帶中的電子在外界電場(chǎng)作用下不能移動(dòng),滿(mǎn)帶中的電子在外界電場(chǎng)作用下不能移動(dòng),不起導(dǎo)電作用NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering42.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(5)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)固體能帶理論*****固體能帶理論*****金屬,金屬,絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體能帶分布圖絕緣體能帶分布除非外電場(chǎng)相當(dāng)強(qiáng),絕緣體能帶分布除非外電場(chǎng)相當(dāng)強(qiáng),否則不能使電子獲得足夠能量從滿(mǎn)帶躍遷到空帶.能使電子獲得足夠能量從滿(mǎn)帶躍遷到空帶.在常溫下,在常溫下,滿(mǎn)帶中少數(shù)電子在熱激發(fā)下能夠越過(guò)禁帶躍遷到空帶中去,越過(guò)禁帶躍遷到空帶中去,這時(shí)半導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電性.一定的導(dǎo)電性.NorthChinaElectricPowerUniversity金屬DepartmentofElectricalEngineering電力工絕緣體程系半導(dǎo)體52.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(6)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)本征半導(dǎo)體和參雜半導(dǎo)體*本征半導(dǎo)體和參雜半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體:元素半導(dǎo)體:由同一種原子組成的半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體:化合物半導(dǎo)體:由兩種以上原子組成的半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體:本征半導(dǎo)體:絕對(duì)純的沒(méi)有缺陷的半導(dǎo)體本征載流子濃度n本征硅中的電子濃度本征硅中的電子濃度n等于空本征載流子濃度i:本征硅中的電子濃度等于空穴濃度p,稱(chēng)為本征載流子濃度n穴濃度,稱(chēng)為本征載流子濃度i.ni隨溫度升高而增加,室溫時(shí)硅的i為1010/cm3隨溫度升高而增加,室溫時(shí)硅的nNorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering62.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(7)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)本征半導(dǎo)體和參雜半導(dǎo)體**本征半導(dǎo)體和參雜半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體:硅晶體中摻入少量型半導(dǎo)體:型半導(dǎo)體五價(jià)元素磷或砷原子或砷原子.五價(jià)元素磷或砷原子.磷或砷原子稱(chēng)為施主.原子稱(chēng)為施主.這種雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠施主能級(jí)激發(fā)到導(dǎo)帶中去的電子來(lái)導(dǎo)電,中去的電子來(lái)導(dǎo)電,稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體或n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體.型半導(dǎo)體或型半導(dǎo)體.p型半導(dǎo)體:硅晶體中摻入少量型半導(dǎo)體:型半導(dǎo)體三價(jià)硼原子原子.三價(jià)硼原子.硼原子稱(chēng)為受主.這種雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)主要取決于滿(mǎn)帶空穴運(yùn)動(dòng),主要取決于滿(mǎn)帶空穴運(yùn)動(dòng),故稱(chēng)空穴半導(dǎo)體或p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體.稱(chēng)空穴半導(dǎo)體或型半導(dǎo)體.NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering72.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(8)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)本征半導(dǎo)體和參雜半導(dǎo)體***本征半導(dǎo)體和參雜半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體:施主濃度為D,n≈ND,電子濃度型半導(dǎo)體:施主濃度為N型半導(dǎo)體≈遠(yuǎn)大于空穴濃度,電子為多數(shù)載流子稱(chēng)為多子,遠(yuǎn)大于空穴濃度,電子為多數(shù)載流子稱(chēng)為多子,空穴稱(chēng)為少子.空穴稱(chēng)為少子.p型半導(dǎo)體:受主濃度為A,p≈NA.電子少子型半導(dǎo)體:電子少子,型半導(dǎo)體受主濃度為NA,空穴多子同時(shí)存在施主和受主雜質(zhì)時(shí)nn≈ND-NA(ND>NA)pp≈NA-ND(NA>ND)NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering82.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(9)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)半導(dǎo)體平衡判據(jù)np=NcNve(EcEv)/kT=NcNveEg/kT=n2i溫度升高時(shí),費(fèi)米能級(jí)向本征費(fèi)米能級(jí)靠近,溫度升高時(shí),費(fèi)米能級(jí)向本征費(fèi)米能級(jí)靠近,電子和空穴濃度不斷增加,不論P(yáng)型硅還是型硅還是N型電子和空穴濃度不斷增加,不論型硅還是型在溫度很高時(shí)都會(huì)變成本征硅,硅,在溫度很高時(shí)都會(huì)變成本征硅,電子濃度n等于空穴濃度.等于空穴濃度p.等于空穴濃度NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering92.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(10)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)電子和空穴的運(yùn)輸漂移和擴(kuò)散:引起電子和空穴發(fā)生凈位移,漂移和擴(kuò)散:引起電子和空穴發(fā)生凈位移,即產(chǎn)生電子和空穴的運(yùn)輸,生電子和空穴的運(yùn)輸,外電場(chǎng)引起漂移載流子濃度差引起擴(kuò)散引起漂移,外電場(chǎng)引起漂移,載流子濃度差引起擴(kuò)散半導(dǎo)體在外電場(chǎng)的作用下,半導(dǎo)體在外電場(chǎng)的作用下,在載流子的熱運(yùn)動(dòng)上疊加的一個(gè)速度為漂移速度在同一電場(chǎng)時(shí),在同一電場(chǎng)時(shí),電子漂移的速度比空穴快產(chǎn)生與復(fù)合"產(chǎn)生-輸運(yùn)-復(fù)合"過(guò)程,反映了包括太陽(yáng)能產(chǎn)生-輸運(yùn)-復(fù)合"過(guò)程,電池在內(nèi)的大多數(shù)半導(dǎo)體器件工作過(guò)程,電池在內(nèi)的大多數(shù)半導(dǎo)體器件工作過(guò)程,對(duì)于分析太陽(yáng)能電池的工作性能很重要.析太陽(yáng)能電池的工作性能很重要.NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering102.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(11)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)產(chǎn)生與復(fù)合*產(chǎn)生與復(fù)合產(chǎn)生熱平衡狀態(tài)下的型半導(dǎo)體必須滿(mǎn)足型半導(dǎo)體必須滿(mǎn)足n熱平衡狀態(tài)下的N型半導(dǎo)體必須滿(mǎn)足n0pn0=ni2非平衡載流子或過(guò)剩載流子:受到光照時(shí),非平衡載流子或過(guò)剩載流子:受到光照時(shí),價(jià)帶中的電子吸收光子中的能量躍遷進(jìn)入導(dǎo)帶,電子吸收光子中的能量躍遷進(jìn)入導(dǎo)帶,在價(jià)帶中留下等兩空穴.這些多于平衡濃度的光生電子和空穴叫非等兩空穴.這些多于平衡濃度的光生電子和空穴叫非平衡載流子或過(guò)剩載流子.平衡載流子或過(guò)剩載流子.載流子的注入:載流子的注入:這種由于外界條件的改變而使半導(dǎo)體產(chǎn)生非平衡載流子的過(guò)程,稱(chēng)為載流子的注入載流子的注入,產(chǎn)生非平衡載流子的過(guò)程,稱(chēng)為載流子的注入,簡(jiǎn)稱(chēng)注入或激發(fā).有光注入,熱注入電注入等.注入或激發(fā).有光注入,熱注入電注入等.載流子的抽取:載流子的抽取:半導(dǎo)體載流子濃度積小于平衡載流子濃度積的情況.濃度積的情況.大注入:大注入:nnpn>>nn0pn0=ni2小注入:小注入:nnpn>nn0pn0=ni2NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering112.2.1太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)(12)太陽(yáng)能電池的物理基礎(chǔ)產(chǎn)生與復(fù)合**產(chǎn)生與復(fù)合復(fù)合載流子濃度偏離了其平衡值時(shí),載流子濃度偏離了其平衡值時(shí),它們就有恢復(fù)平衡的傾向,在注入的情況,復(fù)平衡的傾向,在注入的情況,恢復(fù)平衡是靠復(fù)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在抽取的情況,靠復(fù)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在抽取的情況,則靠載流子的產(chǎn)生來(lái)實(shí)現(xiàn).子的產(chǎn)生來(lái)實(shí)現(xiàn).復(fù)合與產(chǎn)生互為逆過(guò)程,產(chǎn)生時(shí)吸收能量,復(fù)合與產(chǎn)生互為逆過(guò)程,產(chǎn)生時(shí)吸收能量,復(fù)合時(shí)釋放能量.表現(xiàn)為放出光子,復(fù)合時(shí)釋放能量.表現(xiàn)為放出光子,聲子和傳遞能量給其它載流子.傳遞能量給其它載流子.3種復(fù)合機(jī)構(gòu):直接復(fù)合,通過(guò)復(fù)合中心復(fù)合種復(fù)合機(jī)構(gòu):種復(fù)合機(jī)構(gòu)直接復(fù)合,,表面復(fù)合NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering122.2.2太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)特性太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)特性(1)太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)特性半導(dǎo)體對(duì)光的吸收吸收定律垂直入射光I反射率,垂直入射光0,反射率R,吸收系數(shù)α距離前表面x處光譜輻照度:處光譜輻照度:I距離前表面處光譜輻照度:x=I0(1-R)e-αx本征吸收和非本征吸收本征吸收:由于電子在能帶間躍遷由價(jià)帶到導(dǎo)本征吸收:由于電子在能帶間躍遷由價(jià)帶到導(dǎo)帶而形成導(dǎo)電的自由電子和空穴的吸收過(guò)程,帶而形成導(dǎo)電的自由電子和空穴的吸收過(guò)程,即半導(dǎo)體本身原子對(duì)光的吸收.產(chǎn)生電子-半導(dǎo)體本身原子對(duì)光的吸收.產(chǎn)生電子-空穴對(duì)條件光子能量h.條件光子能量ν>hν0=Eg非本征吸收:激子吸收(電子空穴團(tuán))非本征吸收:激子吸收(電子空穴團(tuán)),自由載流子吸收(多為紅外吸收)載流子吸收(多為紅外吸收),雜質(zhì)吸收和晶格振動(dòng)吸收.振動(dòng)吸收.NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering132.2.2太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)特性太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)特性(2)太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)特性直接材料和間接材料直接躍遷:保持能量守恒和動(dòng)量守恒的躍遷,直接躍遷:保持能量守恒和動(dòng)量守恒的躍遷,例:保持能量守恒和動(dòng)量守恒的躍遷如砷化鎵,只有直接躍遷能帶結(jié)構(gòu)的材料稱(chēng)為直接如砷化鎵,材料.材料.間接躍遷:保持能量守恒但動(dòng)量不守恒的躍遷:保持能量守恒但動(dòng)量不守恒的躍遷,間接躍遷:保持能量守恒但動(dòng)量不守恒的躍遷,需吸收聲子,例如硅,需吸收聲子,例如硅,具有間接躍遷能帶結(jié)構(gòu)的材料稱(chēng)為間接材料.料稱(chēng)為間接材料.間接材料吸收太陽(yáng)光能比直接材料要求更厚材料強(qiáng)光照射半導(dǎo)體后,較大濃度的上表面光生載流強(qiáng)光照射半導(dǎo)體后,子向背面擴(kuò)散過(guò)程中,由于電子比空穴先達(dá)到背面子向背面擴(kuò)散過(guò)程中,由于電子比空穴先達(dá)到背面而產(chǎn)生由上表面指向下表面的擴(kuò)散電壓.而產(chǎn)生由上表面指向下表面的擴(kuò)散電壓.NorthChinaElectricPowerUniversity丹倍效應(yīng)電力工程系DepartmentofElectricalEngineering142.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(1)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池P-N結(jié)的形成及內(nèi)建電場(chǎng)結(jié)的形成及內(nèi)建電場(chǎng)*結(jié)的形成及內(nèi)建電場(chǎng)NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering152.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(2)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池P-N結(jié)的形成及內(nèi)建電場(chǎng)結(jié)的形成及內(nèi)建電場(chǎng)**結(jié)的形成及內(nèi)建電場(chǎng)P型硅空穴多子濃度p,電子少子濃度p型硅:空穴多子)濃度電子少子)濃度型硅空穴(多子濃度p電子(少子濃度nN型硅電子(多子濃度nn,空穴少子)濃度p型硅:電子多子)濃度空穴(少子濃度p型硅電子多子濃度空穴少子濃度擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成阻擋層或耗盡層形成阻擋層或耗盡層,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成阻擋層或耗盡層,也叫空間電荷區(qū)形成由N區(qū)指向區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng),阻擋載流子擴(kuò)散形成由區(qū)指向區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)阻擋載流子擴(kuò)散內(nèi)建電場(chǎng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成平衡,內(nèi)建電場(chǎng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成平衡,漂移電流等于擴(kuò)散電流根據(jù)雜質(zhì)分布可以分為突變結(jié)和緩變結(jié)根據(jù)雜質(zhì)分布可以分為突變結(jié)和緩變結(jié)緩變結(jié)的雜質(zhì)濃度梯度小,緩變結(jié)的雜質(zhì)濃度梯度小,耗盡區(qū)比較寬勢(shì)壘寬度即是阻擋層寬度UD空間電荷區(qū)兩端電動(dòng)勢(shì)差,自建電壓,接觸空間電荷區(qū)兩端電動(dòng)勢(shì)差自建電壓,兩端電動(dòng)勢(shì)差,電動(dòng)勢(shì)差或電動(dòng)勢(shì)差或內(nèi)建電動(dòng)勢(shì)差NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering162.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(3)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池反偏壓與正偏壓正偏:區(qū)接正區(qū)接負(fù),外加電壓U區(qū)接正,N區(qū)接負(fù)正偏:P區(qū)接正區(qū)接負(fù),外加電壓F與內(nèi)建電場(chǎng)UD相反為正向電壓,形成正向電流.相反為正向電壓,形成正向電流.反偏:加反向電壓形成反向電流,:加反向電壓,反偏:加反向電壓,形成反向電流,但是由于少子數(shù)目少,反向電流小.子數(shù)目少,反向電流小.NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering172.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(4)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池肖克萊方程P-N結(jié)電容結(jié)電容正向電流密度JD=J0(eqUAkT1)空間電荷區(qū)由于正負(fù)電荷的電偶層形成的電容對(duì)于太陽(yáng)能電池發(fā)電沒(méi)有多大影響用作信號(hào)轉(zhuǎn)換的時(shí)候,用作信號(hào)轉(zhuǎn)換的時(shí)候,影響頻率特性NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering182.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(5)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池的構(gòu)造和工作原理*硅太陽(yáng)能電池的構(gòu)造和工作原理NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering192.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(6)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池的構(gòu)造和工作原理**硅太陽(yáng)能電池的構(gòu)造和工作原理內(nèi)建電場(chǎng)(多子擴(kuò)散作用)內(nèi)建電場(chǎng)(多子擴(kuò)散作用)由N→P→耗盡區(qū)光生載流子(電子空穴對(duì))耗盡區(qū)光生載流子(電子空穴對(duì))被內(nèi)建電場(chǎng)分離,空穴→區(qū)電子→區(qū)先漂移后電場(chǎng)分離,空穴→P區(qū),電子→N區(qū)先漂移后擴(kuò)散N區(qū)或區(qū)光生載流子(電子空穴對(duì)),先區(qū)或P區(qū)光生載流子(電子空穴對(duì))區(qū)或區(qū)光生載流子擴(kuò)散后漂移,空穴→區(qū)電子→區(qū)擴(kuò)散后漂移,空穴→P區(qū),電子→N區(qū)P區(qū)形成太陽(yáng)能電池區(qū)形成太陽(yáng)能電池(P-N結(jié))正極,N區(qū)形成正極,區(qū)形成區(qū)形成太陽(yáng)能電池結(jié)正極負(fù)極電力工程系DepartmentofElectricalEngineeringNorthChinaElectricPowerUniversity202.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(7)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池的構(gòu)造和工作原理***硅太陽(yáng)能電池的構(gòu)造和工作原理NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering212.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(8)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池光電流和光電壓*光電流和光電壓光電流:光生載流子的定向運(yùn)動(dòng)影響光電流的因素有:光的反射,材料的吸影響光電流的因素有:光的反射,光的反射電池厚度,收,電池厚度,光生載流子的實(shí)際產(chǎn)生率太陽(yáng)能電池的N區(qū)耗盡區(qū)和P區(qū)太陽(yáng)能電池的區(qū),耗盡區(qū)和區(qū)都產(chǎn)生光生載流子但其必須在復(fù)合之前越過(guò)耗盡區(qū)才對(duì)光電流有貢獻(xiàn),因此需要考慮復(fù)合,光電流有貢獻(xiàn),因此需要考慮復(fù)合,擴(kuò)散和漂移等因素.漂移等因素.光電流密度J光電流密度L(λ)=Jn(λ)+Jc(λ)+Jp(λ)教材式(2-45)-(2-49)是描述太陽(yáng)能電池工作狀教材式是描述太陽(yáng)能電池工作狀態(tài)的基本方程.均勻參雜時(shí)簡(jiǎn)化求解為(2-57)態(tài)的基本方程.均勻參雜時(shí)簡(jiǎn)化求解為(2-59)NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering222.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(9)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池光電流和光電壓**光電流和光電壓光電流太陽(yáng)能電池各區(qū)對(duì)光電流的貢獻(xiàn)不同頂區(qū)光電流對(duì)紫光敏感,約占總光電流的約占總光電流的5-12%頂區(qū)光電流對(duì)紫光敏感約占總光電流的空間電荷區(qū)對(duì)可見(jiàn)光敏感,約占2-5%空間電荷區(qū)對(duì)可見(jiàn)光敏感,約占基區(qū)光電流對(duì)紅外光敏感,約占90%基區(qū)光電流對(duì)紅外光敏感,約占短路電流密度J等于光生電流密度J短路電流密度sc等于光生電流密度L光電壓由于光照而在電池兩端出現(xiàn)的電壓光電壓與正偏壓一樣,光電壓與正偏壓一樣,與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反有光照時(shí),有光照時(shí),太陽(yáng)能電池兩端出現(xiàn)的電壓為開(kāi)路電壓U電壓ocNorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering232.2.3同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(10)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池AkTJL光電流和光電壓***光電流和光電壓Uoc=ln(+1)光電壓qJ0漂移電場(chǎng)的作用和背電場(chǎng)(BSF)電池漂移電場(chǎng)的作用和背電場(chǎng)電池由于摻雜濃度不同而形成的自建電場(chǎng)叫濃度結(jié)由于摻雜濃度不同而形成的自建電場(chǎng)叫濃度結(jié)摻雜濃度不同而形成的自建電場(chǎng)或梯度結(jié)基區(qū)中不同的摻雜濃度會(huì)使N電池背面附加基區(qū)中不同的摻雜濃度會(huì)使+-P電池背面附加一個(gè)P-P+結(jié)的電池叫背電場(chǎng)結(jié)的電池叫背電場(chǎng)(BSF)電池一個(gè)電池可以增加光電流和減小暗電流NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering2411由HYPERLINK童夢(mèng)無(wú)憂(yōu)網(wǎng)提供試管嬰兒論壇不孕不育交流網(wǎng)址：HYPERLINK

電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來(lái),人類(lèi)就為改善生存條件和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不停地進(jìn)行奮斗.在這一過(guò)程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來(lái)看,能源問(wèn)題已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的問(wèn)題,能源的消耗水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的重要標(biāo)志,能源問(wèn)題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著決定性的作用.2.能源的種類(lèi)2.能源的種類(lèi)大自然賦予人類(lèi)的能源是多種多樣的,一般可分為常規(guī)能源和新能源兩大類(lèi).常規(guī)能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì)能,核能,風(fēng)能,地?zé)崮?海洋能,太陽(yáng)能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質(zhì)能,風(fēng)能,太陽(yáng)能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問(wèn)題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類(lèi)賴(lài)以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲(chǔ)量不多.據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲(chǔ)量和使用量統(tǒng)計(jì),世界上煤,石油和天然氣的儲(chǔ)采比分別為204,40和60年,中國(guó)的情況更為嚴(yán)峻,據(jù)2002年統(tǒng)計(jì),中國(guó)煤,石油和天然氣的儲(chǔ)采比只有82,15和46年.這表明在人類(lèi)歷史的長(zhǎng)河中,只有很短的一段時(shí)間能使用化石能源.隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng),對(duì)能源的需求也持續(xù)攀升.我國(guó)一次能源消費(fèi)總量從1978年的5.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,上升到2002年的14.3億噸.據(jù)估計(jì),我國(guó)在2004,2020和2050年的石油消費(fèi)量達(dá)3,4.5和6億噸,其中進(jìn)口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進(jìn)口量相當(dāng)于目前美國(guó)的石油進(jìn)口量,這不但會(huì)制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,而且對(duì)國(guó)家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴(yán)重環(huán)境污染和氣候異?；剂显斐蓢?yán)重環(huán)境污染和氣候異?；剂系氖褂靡鸬沫h(huán)境污染,排放的CO2會(huì)造成溫室效應(yīng),使全球氣候變暖.有關(guān)機(jī)構(gòu)已向聯(lián)合國(guó)發(fā)出警告,如再不對(duì)CO2的排放采取嚴(yán)厲措施,在10年內(nèi),世界的氣候?qū)a(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化.我國(guó)的環(huán)境污染問(wèn)題更是日趨嚴(yán)重,目前,我國(guó)CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國(guó)之后位居第二,估計(jì)到2025年,將位居第一.在本世紀(jì)初聯(lián)合國(guó)關(guān)于環(huán)境污染的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)在世界上十個(gè)環(huán)境污染最嚴(yán)重的城市中,七個(gè)在中國(guó).它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟(jì)南和石家莊.4.21世紀(jì)世界能源發(fā)展趨勢(shì)世紀(jì)世界能源發(fā)展趨勢(shì)(1)節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費(fèi).目前節(jié)能技術(shù)水平已是一個(gè)國(guó)家能源利用情況的綜合性指標(biāo),也是一個(gè)國(guó)家總體科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志.許多研究報(bào)告指出,依靠節(jié)能可以將能源需求量降低2530%.我國(guó)在能源利用方面的效率很低,我國(guó)的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發(fā)達(dá)國(guó)家的5-10倍,因此更應(yīng)重視節(jié)能技術(shù),我國(guó)應(yīng)該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革據(jù)預(yù)測(cè),20世紀(jì)形成的以化石燃料為主的世界能源系統(tǒng)將在21世紀(jì)轉(zhuǎn)換成以可再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在20世紀(jì)末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員會(huì)(WEC)和國(guó)際應(yīng)用分析系統(tǒng)研究所的研究報(bào)告認(rèn)為,在20世紀(jì)上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀(jì)下半葉,太陽(yáng)能,生物質(zhì)能,風(fēng)能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過(guò)渡能源而受到重視煤炭將作為過(guò)渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲(chǔ)量較少,而煤炭?jī)?chǔ)量相對(duì)較多,因此煤炭將作為一種過(guò)渡能源而在21世紀(jì)上半葉受到重視.主要發(fā)展的技術(shù)是潔凈煤技術(shù),煤液化和汽化技術(shù).(4)新化石能源的開(kāi)發(fā)將得到強(qiáng)化新化石能源的開(kāi)發(fā)將得到強(qiáng)化近年來(lái)發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開(kāi)發(fā)已經(jīng)受到特別的關(guān)注.據(jù)估計(jì),世界甲烷水合物的儲(chǔ)量可能超過(guò)石油,天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量的總和.因此,甲烷水合物作為儲(chǔ)量巨大的未開(kāi)發(fā)能源開(kāi)始受到世界各國(guó)的高度重視.(5)核能的利用將進(jìn)一步得到重視核能的利用將進(jìn)一步得到重視據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),在20世紀(jì)末,全世界運(yùn)行的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個(gè)國(guó)家,近年來(lái),由于擔(dān)心核電站運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性,核廢料對(duì)環(huán)境的影響和核技術(shù)擴(kuò)散對(duì)世界安全性的影響,核能的發(fā)展在發(fā)達(dá)國(guó)家已有下降趨勢(shì),但在亞洲地區(qū)仍有強(qiáng)勁的增加趨勢(shì),我國(guó)準(zhǔn)備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關(guān)心的技術(shù),因?yàn)樵诤Ｋ写蠹s有23.4億萬(wàn)噸氘,如受控核聚變技術(shù)在21世紀(jì)能得到應(yīng)用,在21世紀(jì)末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開(kāi)發(fā)將越來(lái)越受到重視可再生能源的開(kāi)發(fā)將越來(lái)越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候異常,人們對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越重視.其中水力能,地?zé)崮?海洋能和風(fēng)能的可利用資源有限,因此,太陽(yáng)能,生物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關(guān)注.二.生物質(zhì)能的利用1.生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn).(1)生物質(zhì)來(lái)源豐富地球上每年生長(zhǎng)的生物質(zhì)總量約14001800億噸,相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍,我國(guó)的生物質(zhì)能也極為豐富,可作為能源開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能總量可達(dá)4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此,生物質(zhì)能的高效,規(guī)?；每捎行Ь徑馐澜缒茉垂┬杳?(2)生物質(zhì)能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術(shù)成熟,但效率低.(b)生物轉(zhuǎn)化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取醇類(lèi).生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術(shù)基本成熟,但生產(chǎn)成本較高.生物質(zhì)制沼氣技術(shù)相當(dāng)成熟.2002年全國(guó)已建1300多萬(wàn)個(gè)沼氣池.(c)光熱轉(zhuǎn)化.通過(guò)氣化,裂解,光催化等技術(shù),獲得氣,液體燃料來(lái)發(fā)電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng)甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn).(3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少由于生物質(zhì)利用過(guò)程中釋放的CO2是其生長(zhǎng)過(guò)程通過(guò)光合作用從環(huán)境吸收的,所以生物質(zhì)能的利用過(guò)程不排放額外的CO2,而對(duì)環(huán)境污染少.生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可利用生物質(zhì)熱解汽化技術(shù)處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃?xì)?實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化,無(wú)害化,資源化.2.生物質(zhì)能利用的問(wèn)題2.生物質(zhì)能利用的問(wèn)題生物質(zhì)能利用的缺點(diǎn)主要是生物質(zhì)分布廣,大面積收集成本高,經(jīng)濟(jì)的收集半徑在50公里以?xún)?nèi),只適合建立小型,分散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效率就不能獲得好的經(jīng)濟(jì)效益,這是生物質(zhì)能至今未能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一.因此,如何在小型,分散體系實(shí)現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)?；檬瞧惹行枰鉀Q的問(wèn)題.三.太陽(yáng)能的利用1.太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)(1)太陽(yáng)能來(lái)源豐富太陽(yáng)能來(lái)源豐富太陽(yáng)能來(lái)源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽(yáng)內(nèi)部不停地進(jìn)行熱核反應(yīng),釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽(yáng)能至少有6×1017千瓦小時(shí),相當(dāng)于74萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見(jiàn),開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能利用的潛力很大.(2)太陽(yáng)能的使用沒(méi)有污染問(wèn)題太陽(yáng)能的使用沒(méi)有污染問(wèn)題這也是眾所周知的,太陽(yáng)能的使用基本上沒(méi)有污染問(wèn)題.(3)太陽(yáng)能可多途徑利用太陽(yáng)能可多途徑利用(a)太陽(yáng)能的熱利用.如太陽(yáng)能熱水器,太陽(yáng)灶,太陽(yáng)能蓄熱池發(fā)電等.(b)太陽(yáng)能發(fā)電.如太陽(yáng)能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術(shù)從水或生物質(zhì)中制得氫氣.2.太陽(yáng)能利用的概況太陽(yáng)能利用的概況近年來(lái),太陽(yáng)能的利用發(fā)展很快,據(jù)1997年的數(shù)據(jù),全球太陽(yáng)能發(fā)電量已達(dá)800兆瓦.到2000年,日本已有7萬(wàn)個(gè)住宅用上太陽(yáng)能電池,美國(guó)和歐盟計(jì)劃在2010年前安裝100萬(wàn)套太陽(yáng)能電池.特別是把太陽(yáng)能電池與屋頂瓦結(jié)合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已有300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng)不但可供應(yīng)清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達(dá)25年.太陽(yáng)能的熱利用發(fā)展更快.特別在我國(guó),太陽(yáng)能熱水器的年產(chǎn)值已達(dá)60多億元,居世界首位.3.太陽(yáng)能利用的問(wèn)題太陽(yáng)能利用的問(wèn)題開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能利用的主要問(wèn)題是如何提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率,其次是降低成本,這對(duì)我國(guó)特別重要,目前我國(guó)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的能力已達(dá)幾百兆瓦,但由于價(jià)格高,基本上都銷(xiāo)往國(guó)外.第三,一些技術(shù),如光催化和光電催化制氫技術(shù)還沒(méi)成熟,沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化的階段,應(yīng)該抓緊這方面的研究和發(fā)展.四.氫能的利用1.氫能的優(yōu)點(diǎn)氫能的優(yōu)點(diǎn)(1)氫是自然界儲(chǔ)量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規(guī)模生產(chǎn).(6)氫的利用形式多,可通過(guò)燃燒發(fā)電,通過(guò)燃料電池發(fā)電等.2.對(duì)氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會(huì).2003年在華盛頓召開(kāi)15個(gè)國(guó)家和地區(qū)參加的"國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴"會(huì)議.冰島計(jì)劃用40年時(shí)間將冰島建成"氫社會(huì)".布什將投資120億美元來(lái)促進(jìn)氫能源的發(fā)展.過(guò)去5年,工業(yè)化國(guó)家在氫能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來(lái)世界的主要能源,進(jìn)入氫能時(shí)代已成為近年來(lái)的熱門(mén)話(huà)題,21世紀(jì)將是氫能世紀(jì).布什舉著使用氫燃料的照相機(jī)我國(guó)對(duì)發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)也開(kāi)始重視,參加了2003年在華盛頓召開(kāi)的有15國(guó)家參加的"國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴"會(huì)議.2004和2005舉辦了兩次關(guān)于氫能經(jīng)濟(jì)的中美雙邊會(huì)議.今年一月,中國(guó)科學(xué)院院士局召開(kāi)了關(guān)于"石油替代能源"的研討會(huì),主要討論石油資源可持續(xù)性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國(guó)的石油替代能源.并要組織人員進(jìn)行軟課題研究.3.氫能的問(wèn)題3.氫能的問(wèn)題(1)氫的價(jià)格氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的價(jià)格問(wèn)題,是影響走進(jìn)氫能時(shí)代的很關(guān)鍵的問(wèn)題.要降低其價(jià)格,必須形成氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)絡(luò).(2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問(wèn)題(2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問(wèn)題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)是各國(guó)科學(xué)家共同關(guān)心的問(wèn)題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術(shù)成熟,但要造成環(huán)境污染.(b)電解水制氫:技術(shù)成熟,但耗能多,價(jià)格高.一般每生產(chǎn)1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉(zhuǎn)化率不到32%.(c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可儲(chǔ)存,碳循環(huán)等優(yōu)點(diǎn),從中長(zhǎng)期看是最有前途的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效率低.(d)生物制氫:國(guó)內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌株工作進(jìn)展不快,制氫效率低.(e)風(fēng)能制氫:用風(fēng)能發(fā)電來(lái)電解水產(chǎn)生氫,技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題,降低成本和風(fēng)能發(fā)電量少是主要的問(wèn)題.(f)太陽(yáng)能制氫:該法還處在基礎(chǔ)研究階段,離商業(yè)化還有較遠(yuǎn)的距離.(3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題(3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題氫的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)主要解決儲(chǔ)運(yùn)的安全性和成本,現(xiàn)在由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)不過(guò)關(guān),因此浪費(fèi)了許多氫.許多工業(yè)過(guò)程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的問(wèn)題而不能被利用.我國(guó)每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標(biāo)立方米以上.因此解決氫的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題也是走進(jìn)氫能時(shí)代的一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題.目前氫的儲(chǔ)運(yùn)還有很大問(wèn)題.(a)高壓儲(chǔ)氫:儲(chǔ)氫量少,只有1%左右,還有不安全的問(wèn)題.(b)液氫儲(chǔ)氫:很不方便,儲(chǔ)氫設(shè)備大,蒸發(fā)損失大.(c)吸附儲(chǔ)氫:這是目前的研究熱點(diǎn),但儲(chǔ)氫容量還較低,一般不超過(guò)2%.鎂合金儲(chǔ)氫在3%,但儲(chǔ)放不可逆.熱門(mén)一時(shí)的納米碳管儲(chǔ)氫也已沒(méi)有了希望,最終的儲(chǔ)氫量也只有1%左右.(e)化合物儲(chǔ)氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒(méi)有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進(jìn)氫能利用的重要原因.近年來(lái),由于化石燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,各國(guó)對(duì)燃料電池的研究十分重視.美國(guó)《時(shí)代周刊》把燃料電池列為21世紀(jì)十大高新科技之首,燃料電池已被認(rèn)為是21世紀(jì)極具應(yīng)用前景的一種新型能源系統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點(diǎn),而且燃料電池的發(fā)展已有100多年的歷史,但至今還沒(méi)有一種燃料電池已經(jīng)真正商品化,因此,燃料電池何時(shí)才能商品化是一個(gè)與氫能利用密切相關(guān)的問(wèn)題.4.反對(duì)氫能的意見(jiàn)4.反對(duì)氫能的意見(jiàn)(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會(huì)改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達(dá)15%.泄漏的氫會(huì)在大氣形成水霧,它會(huì)象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現(xiàn)在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會(huì)產(chǎn)生很大的不安全性,手機(jī)等的火花就會(huì)使泄漏的氫發(fā)生爆炸.(d)冰島能做的,其他國(guó)家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國(guó)70%的電是由地?zé)岷退娬井a(chǎn)生的.(5)氫的清潔生產(chǎn)要用風(fēng)能和太陽(yáng)能.據(jù)估計(jì),如用風(fēng)能發(fā)電制氫,當(dāng)風(fēng)能發(fā)電量達(dá)到美國(guó)6%的用電量,風(fēng)能發(fā)電機(jī)要占的面積要有半個(gè)加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個(gè)微不足道的投資.美國(guó)去年用于核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費(fèi)大于氫燃料的研究經(jīng)費(fèi).美國(guó)推行"健康婚姻"的預(yù)算就有150億美元.美國(guó)用于伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的經(jīng)費(fèi)每月390億美元.(7)氫燃料電池價(jià)格昂貴.目前內(nèi)燃機(jī)成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計(jì)大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費(fèi)大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優(yōu)點(diǎn).(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進(jìn)氫能的利用.(3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制,小型燃料電池同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)電,適合于生物質(zhì)分散性的特點(diǎn).2.燃料電池定義燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置,只要連續(xù)供應(yīng)燃料,燃料電池就能連續(xù)發(fā)電.3.原理陽(yáng)極反應(yīng):H2=2H++2e陰極反應(yīng):1/2O2+2H++2e=H2O總的反應(yīng):H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類(lèi)堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽(yáng)極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):比能量和比功率高缺點(diǎn):對(duì)CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽(yáng)極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車(chē)動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好,已有商品生產(chǎn)缺點(diǎn):用貴金屬作催化劑,價(jià)格高.(3)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)陽(yáng)極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車(chē)和潛艇等的動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):比能量和比功率高,壽命長(zhǎng),應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn):對(duì)CO敏感,價(jià)格高,800美元/千瓦,而內(nèi)燃機(jī)50美元/千瓦.氫源問(wèn)題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽(yáng)極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含硫酸的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:可移動(dòng)的小型電子儀器設(shè)備動(dòng)力源優(yōu)點(diǎn):比能量高,體積小問(wèn)題:Pt對(duì)甲醇氧化電催化效率低,易被甲醇氧化中間產(chǎn)物毒化,甲醇會(huì)透過(guò)質(zhì)子交換膜.(5)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)陽(yáng)極:催化劑:Ni,燃料:氫陰極:催化劑:NiO,氧化劑:氧電解液:熔融碳酸鹽(NaCO3-LiCO3)工作溫度:600oC用途:發(fā)電站優(yōu)點(diǎn):反應(yīng)溫度高,不需貴金屬催化劑.可用含CO的燃料氣.壽命長(zhǎng).能量轉(zhuǎn)換率高,可達(dá)80%.問(wèn)題:高溫下,電解液會(huì)腐蝕電極材料.壽命2萬(wàn)小時(shí),商業(yè)上要4萬(wàn)小時(shí).(6)固體氧化物燃料電池(SOFC)固體氧化物燃料電池(SOFC)陽(yáng)極:催化劑:NiZrO2,燃料:甲烷,氫陰極:催化劑:NaCrO4等,氧化劑:氧電解液:ZrO2,CeO2等工作溫度:900oC用途:發(fā)電站優(yōu)點(diǎn):不需貴金屬催化劑.壽命長(zhǎng).可用各種燃料氣.抗中毒能力強(qiáng).能量轉(zhuǎn)換率最高,可達(dá)80%以上.問(wèn)題:高溫下,密封困難,放大困難.價(jià)格高.5.PEMFC發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀(1)世界各國(guó)對(duì)世界各國(guó)對(duì)PEMFC的重視世界各國(guó)對(duì)的重視近十年來(lái),近十年來(lái),PEMFC技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)受到技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)受到許多國(guó)家的政府和跨國(guó)大公司的極大重視,許多國(guó)家的政府和跨國(guó)大公司的極大重視,已出