染料敏化半导体材料在光伏电池及光催化中的应用（可编辑）.doc

染料敏化半导体材料在光伏电池及光催化中的应用 40% 24% 石油 石 煤 17% 天然气 75% 油 天然气 其他 10% 2% 6% 26% 能源枯竭 石油:42年,天然气:67年,煤:200年 。环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨,并呈上升趋势,造成 全球气候变暖;空气中大量二氧化碳,粉尘含量己严重 影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。C H + O H O + CO + SO + NO x y 2 2 2 2 x 中华人民共和国 中华人民共和国 国家发展和改革委员会 国家发展和改革委员会《 《中国新能源与可再生能源发展规划 中国新能源与可再生能源发展规划1999 1999白皮书 白皮书》 》 同国外相比,我国的能源系统更加不具备可持续发展特点 能源枯竭的威胁可能来的更早 人口多,人均资源占有量仅及世界的一半,石油和天然气资源仅占 世界人均量的17.1%和13.2% ;加之能源利用技术落后,效率低下,能 耗高,枯竭速度可能会比国外更加迅速,能源匮乏的威胁可能来的更早 能源供需缺口将越来越大 2020年全国需求量27亿吨TOE,尚缺4.8亿吨标煤;2050年一次需 求量达到40亿吨标煤,缺口达10亿吨标煤,短缺25%以上 过度依赖煤炭,环境影响更加严重 煤炭几乎满足了我国一次能源需求的70%,66%的城市大气颗粒物 的含量和22%的城市的二氧化硫含量均超过国家空气质量二级标准,在 冬季这些污染物的浓度更大,通常为夏季的2倍。环境专家估计,大气中 90%的二氧化硫和70%的烟尘来自于燃煤 煤废料的处理仍是问题 煤炭开发利用过程中产生的大量的矸石、腐蚀性水、煤泥、灰渣和飞 灰等,已构成对工农业生产和生态环境的危害,成为制约所在地区可持 续发展的一个制约因素石油短缺,对外依存度加大 1993年我国成为石油净进口国,2001年进口依存度 已经达到34%,随着国民经济的持续增长,石油进口量占 整体石油需求量中的份额进一步增长,预计到2020年将达 到50%。太阳能风能属于本地资源,通过一定的工艺技术, 不仅可转换为电力,还可以直接、间接地转换为液体燃料, 如乙醇燃料、生物柴油和氢燃料,为各种移动设备提供能 源。 可再生能源: 风能;水能;地热;潮汐;太阳能等? 资源丰富: 40分钟照射地球辐射的能量=全球人类一年的能量需求洁净能源: 与 石 油、煤炭等矿物燃料不同,不会 导致“温室效应”,也不会造成环境污染? 使用方便: 同水能、风能等新能源相比,不受地域的限制,利用成本低。 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池!太阳能电池已成为各国实施可持续发展的重要选择 日本----93年实施“新阳光计划”,涵盖74年的“阳光计划”、 78年的“月光计划”和89年的“地球环境技术开发计 划” ;97年宣布7万太阳能光伏屋顶计划,计划到2010 年安装7600MWp太阳能电池 ?日本利用其电子技术优势,大力发展光伏发电产品, 其产量已经相当于全球产量的50%以上。英、荷、日、 美等国企业基本垄断了全球的光伏发电产品市场,其 出口额占世界的贸易额的80%以上。 美国----提出了逐步提高绿色电力的发展 计划。主要是通过风力发电、光伏发电、 生物质能源发电等来达到目标,其中太阳 光伏发电预计到2020年将占美国届时发电 装机增量的15%左右,累计安装量达到 36GW,保持美国在光伏发电技术开发、制 造水平的世界领先地位。 美国百万屋顶计划的内容与目标太阳能电池的发展1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳 能电池,效率为4%,于1958年应用到美国的先锋1号人 造卫星上。由于材料、结构、工艺等方面的不断改进,太阳能电池逐 渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。现在太阳 能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳 能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发 电竞争。目前,年均增长率35%,是能源技术领域发展最 快的行业。太阳能屋顶系统 办公楼与玻璃幕墙一体化的PV无机太阳能电池光生伏特效应 电荷运动的势垒:p-n结 区内形成的内建电场。阻 碍电子从n区向p区运动, 空穴从p区向n区运动。 光子入射:造成跃迁产 生空穴-电子对。 光电池:空穴、电子通 过外电路复合,在电路 中产生电流。半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异 质结等形成光伏效应。 当太阳能电池受到阳光照射时,光与半导体相互作用 可以产生光生载流子,所产生的电子-空穴对靠半导 体内形成的势垒分开到两极,正负电荷分别被上下电 极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向 电负载。 太 构 阳 示 能 意 电 图 池 结 负载中消耗的功率 转换效率( ?= 入射在电池表面的阳光的功率太阳能电