太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

何恒禮

摘 要：當(dāng)前，能源比較緊缺，隨著科技的不斷發(fā)展，綠色能源發(fā)展演變成了全球所關(guān)注的一大熱點(diǎn)。太陽(yáng)能是現(xiàn)階段可以開(kāi)發(fā)的最主要的綠色能源，受到了社會(huì)各界的高度重視，太陽(yáng)能光伏發(fā)電也得到了更多的關(guān)注。本文簡(jiǎn)要分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電含義及其作用，探討了太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料發(fā)展的實(shí)際情況，展望了太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料發(fā)展的前景，希望以此促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏；發(fā)電材料；發(fā)展現(xiàn)狀；前景展望

人們開(kāi)采的綠色能源最主要的就是太陽(yáng)能能源，這種能源有著可再生的優(yōu)勢(shì)，并且太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)給中國(guó)電能產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)。資源能源匱乏是全球所面臨的重大問(wèn)題之一，全球各個(gè)國(guó)家均在運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大力利用太陽(yáng)能。以太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料的現(xiàn)實(shí)情況而言，中國(guó)的光伏發(fā)電還有很多的不足之處，本研究就太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料現(xiàn)狀進(jìn)行了分析論述，并展望了太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料前景。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電含義及重要作用

1.1含義

太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)際上就是通過(guò)太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┤祟?lèi)使用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種非常先進(jìn)的可再生能源技術(shù)，其已經(jīng)逐步融入社會(huì)發(fā)展中，同時(shí)獲得很好的效果。光伏發(fā)電就是采用半導(dǎo)體界面光生伏特效應(yīng)把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變成電能。在整個(gè)設(shè)備里面，太陽(yáng)能電池是最主要的元件，把很多電池串聯(lián)在一起進(jìn)行封裝保護(hù)且匹配一個(gè)功率控制器就可以構(gòu)成整個(gè)發(fā)電裝置。其最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在無(wú)電的基礎(chǔ)上提供電源和并網(wǎng)發(fā)電等。

1.2含義重要作用

太陽(yáng)能光伏發(fā)電對(duì)我國(guó)的發(fā)展可以起到相當(dāng)重要的作用，中國(guó)是一個(gè)地大物博的國(guó)家，擁有非常豐富的資源，這并不意味著能夠毫無(wú)節(jié)制地開(kāi)采以及使用?，F(xiàn)階段，能源匱乏是國(guó)家面臨的一大問(wèn)題，同時(shí)，國(guó)家發(fā)展又無(wú)法脫離能源。特別是對(duì)中國(guó)而言，能源耗損量非常大，需要主動(dòng)且積極探究出一些可再生能源，才能使國(guó)家健康穩(wěn)定地發(fā)展。在現(xiàn)代化社會(huì)中，中國(guó)依舊是以煤炭為主要原料進(jìn)行電能生產(chǎn)的，其根本原因就是技能水平受限且不具備專(zhuān)業(yè)的優(yōu)秀人才，又受到環(huán)境和地理因素影響，依賴(lài)可再生能源生產(chǎn)電能無(wú)法充分滿(mǎn)足人類(lèi)各方面使用需求。近期，中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，為充分滿(mǎn)足各個(gè)行業(yè)或者領(lǐng)域發(fā)展的需求，煤炭資源減少，加速了能源危機(jī)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能輻射至地面的能量達(dá)到了80萬(wàn)kV，如此一來(lái)就給人類(lèi)開(kāi)發(fā)使用太陽(yáng)光能提供了極大的可能性，光伏發(fā)電僅僅需要0.1%就能夠在每一年生產(chǎn)出5.6Xl09 MWh。因而，采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電會(huì)成為中國(guó)電力領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電能夠保護(hù)環(huán)境。大部分城市均會(huì)遭到各種惡劣天氣影響，比如大風(fēng)天或者沙塵暴等，這些惡劣的天氣會(huì)威脅到人類(lèi)身體健康，影響人們正常工作與生活，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題?？梢杂行幚淼膰?guó)家與企業(yè)少之又少，所以，應(yīng)當(dāng)增加對(duì)其的關(guān)注力度，解決環(huán)境污染問(wèn)題。生產(chǎn)電能的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)二氧化碳和別的有毒氣體，假設(shè)這些氣體排放在空氣里面，就會(huì)影響到生態(tài)環(huán)境，繼而產(chǎn)生溫室效應(yīng)。而伴隨太陽(yáng)能光伏發(fā)電的出現(xiàn)，采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電既能夠緩解環(huán)境污染問(wèn)題，還可以合理使用資源，確保生態(tài)環(huán)境平衡。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料發(fā)展現(xiàn)況分析

太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料分為無(wú)機(jī)與有機(jī)光伏發(fā)電材料，這兩種材料之間存在著一些差別，并且各自也有著不同的優(yōu)勢(shì)和作用。此次就對(duì)這兩種太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料的發(fā)展現(xiàn)況進(jìn)行了著重闡述和分析。

2.1無(wú)機(jī)光伏發(fā)電材料

工業(yè)生產(chǎn)以及人們生活中最常采用的光伏發(fā)電材料就是單晶硅。單晶硅光伏電池生產(chǎn)和加工技術(shù)均可以充分滿(mǎn)足大規(guī)模生產(chǎn)運(yùn)用，使用單晶硅微納結(jié)構(gòu)可改進(jìn)其光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)型，有很多研究人員系統(tǒng)探索了硅微納結(jié)構(gòu)提升光電轉(zhuǎn)化率對(duì)單晶硅發(fā)電材料。還有一些人將單晶硅片表層作為襯底使用金屬輔助催化無(wú)電刻蝕方式，制作出大規(guī)模的硅納米線陣列。相關(guān)結(jié)果表明，硅微納結(jié)構(gòu)有著非常好的陷光效應(yīng)。假設(shè)納米線長(zhǎng)度是1.6 μm，則具備非常好的光電性能。采用單晶硅材料生產(chǎn)的太陽(yáng)能光伏器件有著很好的光電轉(zhuǎn)化功能、運(yùn)行可靠且使用年限長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？墒羌兌容^高的單晶硅對(duì)生產(chǎn)設(shè)備有很高的要求，且生產(chǎn)加工技術(shù)非常復(fù)雜，這就造成了單晶硅電池成本高，且無(wú)法進(jìn)行大面積采用。為了充分滿(mǎn)足太陽(yáng)能光伏需求量以及減少單晶硅光伏電池費(fèi)用，科學(xué)家研發(fā)出了多晶硅光伏電池。這種材料的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到了23.5%的突破。和單晶硅材料比較，多晶硅材料太陽(yáng)能電池晶界與晶粒趨向等原因造成了電池使用年限縮短。非晶硅薄膜電池具備弱光效應(yīng)，同時(shí)具備很高的吸光系數(shù)，所以非晶硅薄膜發(fā)電量光電轉(zhuǎn)化率比相同量的多晶硅電池高。可是，在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用的過(guò)程中，這種材料的光伏電池運(yùn)行不穩(wěn)定，且光致減弱，嚴(yán)重阻礙了非晶硅材料大面積運(yùn)用。

2.2有機(jī)光伏發(fā)電材料

有機(jī)光伏發(fā)電材料有兩種：有機(jī)小分子光伏材料和C60材料。有機(jī)小分子類(lèi)型的光伏材料重量較輕且費(fèi)用較低、穩(wěn)定性高且制備便捷，可是這種材料的遷移率不高。提升該種材料的轉(zhuǎn)化率是探索與分析的重點(diǎn)。研究人員設(shè)計(jì)且制備了結(jié)構(gòu)是D-π-A-π-D的有機(jī)小分子太陽(yáng)能光伏材料，涵蓋了把苯并噻二唑?yàn)槲娮訂卧狟T系列。以及以dfBTA為吸電子單元BTAO與BTAH系列，這些均是將TPA當(dāng)成供電子單元的。而π鍵是由CN，T，E，S所組成，即氰基乙烯基、碳碳三鍵、雙鍵、單鍵，得到了很高的光電轉(zhuǎn)化率。其次，C60材料結(jié)構(gòu)讓其具備了14 nm電子擴(kuò)散距離，這種電學(xué)特性讓電荷傳輸更加便捷，并且還能提升電荷收集率。因此和別的有機(jī)光伏材料相比，這種材料的電荷引出效率是很高的。和硅系以及無(wú)機(jī)化合物材料比較，聚合物太陽(yáng)能電池由于其重量輕且工藝設(shè)備尤其簡(jiǎn)單、費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，被科學(xué)研究人員以及工業(yè)生產(chǎn)所注意到。近期，富勒烯類(lèi)聚合物電池光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到了10%的突破，特別是PCBM為代表的富勒烯類(lèi)電子材料。一部分研究人士采用溶劑揮發(fā)方式制備了各種納米線，探索結(jié)果顯示，在太陽(yáng)光照情況下，這部分C60衍生物納米材料有著非常好的轉(zhuǎn)化率，穩(wěn)定性以及延展性均很好。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電前景展望

太陽(yáng)能光伏發(fā)電和以往的發(fā)電系統(tǒng)比較而言，有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)，比如，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的安全性很高；對(duì)于空氣與環(huán)境的污染非常??；能源材料豐富；所使用的資源不會(huì)受到任何地區(qū)的限制和影響等。這些都說(shuō)明太陽(yáng)能光伏發(fā)電有著良好的應(yīng)用前景。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料發(fā)展同樣是太陽(yáng)能光伏發(fā)電事業(yè)的發(fā)展，光伏發(fā)電材料是一種不可缺少的生產(chǎn)基礎(chǔ)，假設(shè)可以得到一定的突破有效提升生產(chǎn)力。新一代太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料不但可以節(jié)省生產(chǎn)成本，還可以提升轉(zhuǎn)化率，非常適合使用在現(xiàn)代太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中。比如，石墨烯太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料，其特有的單原子結(jié)構(gòu)有非常好的導(dǎo)電功能，柔韌性好且有很高的熱導(dǎo)率，是具備良好發(fā)展的新型太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料。再比如，鈣鈦礦太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料，這種材料不但具備非常好的吸光性能與高效的電荷傳輸效率，與此同時(shí)還可以經(jīng)過(guò)不一樣的結(jié)構(gòu)提高其光電轉(zhuǎn)換率。鈣鈦礦光伏發(fā)電材料因?yàn)樽陨韺⒔?0%的光電轉(zhuǎn)化率引起了很多學(xué)術(shù)界人士以及生產(chǎn)廠家們的注意，這種材料涵蓋了鈣鈦礦吸光與電子傳輸、空穴傳輸3種類(lèi)型的材料。以往使用的均是帶硅的材料與薄硅材料，因?yàn)椴牧媳旧砭哂幸欢ǖ木窒扌?，生產(chǎn)力較低，而新型光伏發(fā)電材料產(chǎn)量可以得到大大提升。不但能夠提升產(chǎn)量，同時(shí)還可以有效降低環(huán)境污染，減少材料浪費(fèi)，促進(jìn)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展可以帶動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展，持續(xù)促進(jìn)光伏發(fā)電材料優(yōu)化升級(jí)，光伏發(fā)電發(fā)展能力也會(huì)逐步提升。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)同樣在持續(xù)構(gòu)建的過(guò)程中，中國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)量大部分遠(yuǎn)銷(xiāo)海外，對(duì)中國(guó)本身的造詣很小。因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有掌握到光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)，因而在生產(chǎn)上很被動(dòng)。所以，要發(fā)展為太陽(yáng)能光伏發(fā)電大國(guó)，進(jìn)而給國(guó)家發(fā)展帶來(lái)好處，就需要做到這些：（1）持續(xù)研究新技術(shù)，脫離外國(guó)關(guān)鍵技術(shù)的控制；（2）增大國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)，必須要有國(guó)家的大力扶持；（3）構(gòu)建完整的太陽(yáng)能光網(wǎng)體系，給中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件；（4）優(yōu)化設(shè)備，減少環(huán)境污染。

4 結(jié)語(yǔ)

由于現(xiàn)代化信息科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平得到了大幅度的提升，對(duì)太陽(yáng)能綠色能源的開(kāi)采給予了一定的技術(shù)支撐。中國(guó)是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的國(guó)家之一，必須要做好太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，給予大力支持。就如今中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電情況而言，倘若能夠持續(xù)研究和發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，則中國(guó)的太陽(yáng)能資源利用就不會(huì)演變成一個(gè)問(wèn)題，并且太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景也將一片光明。

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