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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划纳米材料在电池的硅太阳能电池的纳米光子运用摘要为降低吸收层的厚度，光的吸收在光生伏打器件中变得非常关键。为提高光的吸收，纳米光子的运用开始研究，因为传统方法是基于微米级别的结构，不能使太阳能电池做的更薄。本文回顾了纳米光子的运用在硅太阳能电池光吸收的最新进展。根据在可使技术升级和切实可行的纳米技术的发展，我们将对光的吸收率的提高进行讨论。作者总结了光子运用方案的挑战和光陷超薄晶体硅太阳能电池的未来发展。I引言人类社会面临的最重要的挑战之一是如何推动全球经济中呈增长的时期，同时减少了温
2、室气体的量，如二氧化碳的排放。能源安全本身就是另一个主要的挑战：少数几个国家占有了超过80%的全球石油和天然气储量，但是大部分这些国家都位于远离主要能源消费大国。相比之下，可再生能源例如太阳能和风能，在世界大多数的地方可以较为容易得到。特别是，太阳能传送到地球每年23000太瓦，比全世界每年所耗的能量16TW还要大3个数量级，这表明，光伏系统充满潜能并在应对气候变化带来的挑战以及提供重要的能源安全利益起到至关重要的作用。用于发电更倾向的是低成本的化石能源而不是较高成本的可再生能源。为了使光伏系统更有吸引力，则必须显著降低其成本。例如，根据美国能源部所说，百分之80到90的硅太阳能发电系统成本至
3、少还需要降低50%。为了制造经济的光伏系统，吸收层厚度小于5微米的薄膜太阳能电池已经被开发出来。例如制造在廉价碱石灰玻璃上的铜铟镓硒太阳能电池已经达到的转换功率。小尺寸电池的高效率预示这低成本的薄膜太阳能电池可以与晶体硅太阳能电池在转换效率上一较高低。另一个例子是有领先技术在降低成本方面的碲化镉太阳能电池，XX年一个模块每生产1watt电的成本降到1美元，单个效率提升17，模块效率提升14。超过十亿瓦特规模的CdTe电池造就了一个商业的成功。然而，这些无机薄膜太阳能电池具有局限性：铟和碲，这是CIGS和CdTe太阳能电池组件，无法提供足够的数量，以支持全球快速增长的能源需求。其他的薄膜电池已经
4、从有机材料开发了。以聚合物为基础的电池对廉价制造生产很有帮助，因为他们可以在小于200的的环境，经济柔性的基板上制造。在过去的5年里。一聚合物为基础的太阳能电池的效率已经从5提升到10。然而，显著改善效率仍然需要，有机太阳能电池的长期耐久性仍是一个问题，以保证稳定的电源转换效率超过20年，这是一个标准的光伏系统保修期。利基(利基是指针对企业的优势细分出来的市场，这个市场不大，而且没有得到令人满意的服务)应用的有机太阳能电池可能会出现，但他们在整个光伏行业板块将不会显著。由于硅太阳能电池没有薄膜电池的种种缺点。资源丰富没有使用限制，没有毒性，使用稳定，可能将继续成为行业的主导。单晶硅太阳能电池的
5、最高转换效率是25，接近理论值，30。世界纪录最最高效的太阳能电池是有微米级别的倒金字塔覆盖在上下表层作为减反射层。这种结构会减少反射光同时大角度散射入射光，但是需要的硅厚度仍然接近300m。为了减小硅的厚度到50%-95%，需要更智慧的设计来提高光在薄层硅内的吸收。传统用在结晶硅太阳能电池上的纹理结构太大而不能用在薄硅层的器件上来实现。因此，各种纳米尺度的光捕获方案被研究。另外，有效的光捕获需要我们使用具有较高杂质成分的材料，这样就会降低成本。低质量的材料具有更短的载流子扩散长度，说明该吸收层应该足够薄以有效的吸收光生载流子。纳米级的光俘获需要较薄的低质量的硅层，不仅可以吸收更多的光，而且还
6、可以达到最少的光生载流子损失。超薄硅事实上是关注于尽可能的提高阳光吸收率。文章将回顾基于我们自己的工作的硅太阳能电池纳米光子管理成果。我们将包括单晶，纳米晶和非晶Si。II.方法论光在材料内的吸收可以通过两种方法增加：表面的减反射，材料内部的光散射。当材料足够厚单程就可以吸收大部分的光，前者会对光的吸收起到主要的作用。然而，对一个较薄的材料要达到最大的光吸收增强，两种效应都必须被考虑研究。A.光子管理：减反射光的反射系数，R，是由两种介质表面的折射率的差值引起，可以描述为：?1和?2分别是两种介质的折射率。由于空气和玻璃的折射率的差异，标准透明玻璃反射约4%的可见光。没有任何减反射层的平坦晶体
7、硅太阳能电池反射近40%的600nm波长的光。一种常见的降低反射率的方法是添加折射率在基板和空气之间的抗反射涂层。传统的晶体硅太能电池就是?2或?i3?4沉形成的减反射层。该膜通过折射率介于中间的物质和破会干涉所需厚度条件两种方法减少反射。然而，这种覆盖层只对特定频率和以一个固定的入射角度的光有效。可由逐层沉积渐变折射率的方法来进一步减少反射。为了一个理想渐变折射率的结构，我们在纳米尺度的纹理结构进行研究以找到合适的锥形结构。图一所示为三种不同的非晶硅(a-Si:H)的结构：平面结构，纳米线，纳米锥。有效的折射率逐渐改变从平面结构到纳米线到纳米锥。渐变的折射率可以最小化反射如例子一接近零，纳米
8、锥可以实现更高的光吸收率比其他结构如图一b,c,所示。尤其是吸收数据所绘制的函数图像证明了纳米结构在太阳能电池中的重要性。白天为了吸收尽可能多的光平面太阳能电池需要保持朝向太阳，因为随着入射角从零偏移光的吸收率显著下降。然而，太阳能跟踪装置会提高光伏系统的成本，因此，它通常应用于集中器件。这种额外的开支可以通过纳米结构被节俭；当入射角从0。增加到60。的时候，纳米锥结构仍可以保持90%以上的吸收率，但平面结构从80%跌到50%。此外，纳米锥优异的减反射效果比传统的双层减反射涂层要好10倍。从图一的d中可以看到，有400nm高的纳米锥阵列的50m厚的硅基底比有双减反射层的500m厚的硅基有更高的
9、吸收率。论文关键词：纳米材料电池复合材料论文摘要：纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关，作为电极的活性材料纳米化后，表面增大，电流密度会降低，极化减小，导致电容量增大，从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破，因而开辟了全新的科学研究领域。一、碱性锌锰电池材料纳米级-2夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反应法合成制得纳米级-2用作碱锰电池正极材料。发现纯度不佳，但与以最佳配比混合，可大大提高第2电子当量的放电容量，也就是可出现混配效应。若制得的纳米-2纯度高时，本身
10、的放电容量即优于。掺改性纳米2夏熙等通过加入23合成得到改性2，采用纳米级和微米级改性掺、2混配的方法，放电容量都有不同程度的提高，并且存在一个最佳配比。通过掺在充放电过程中形成一系列不同价态的、复合物的共还原和共氧化，有效抑制34的生成，可极大地改善电极的可充性。纳米级-2采用固相反应法合成不含杂质阳离子的纳米2，粒径小于50n，其电化学活性较高，放电容量比常规粒径更大，尤其适于重负荷放电，表现出良好的去极化性能，具有一定的开发和应用潜力。纳米级碱锰电池中的电液要加入少量的，以抑制锌负极在电液中的自放电。在电液中的分散越均匀，越有利于控制自放电。纳米在我国已应用于医药等方面。由于碱锰电池朝着
11、无汞化发展，采用纳米是可选择的方法之一。应用的关键是要注意纳米材料的表面改性问题。纳米级2323是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一，目前已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米23，该材料具有比表面积大，分散性好，缓蚀效果更佳的特点，应用于无汞碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用。二、在/电池中的应用纳米级2有人用沉淀转化法制备了纳米级2，并发现纳米级2比微米级2具有更高的电化学反应可逆性和更快速的活化能力。采用该材料制作的电极在电化学氧化还原过程中极化较小，充电效率高，活性物质利用更充分，而且显示出放电电位较高的特点。赵力等人用微乳液法制备纳米2，粒径为4070。该方法较易控制纳米颗粒粒径大小
12、，并且所制得的纳米材料呈球型或椭球形，适用于某些对颗粒状有特殊要求的场合，如作为氢氧化镍电极的添加剂，按一定比例掺杂，可使2的利用率显着提高，尤其当放电电流较大时，利用率可提高12%。纳米晶贮氢合金陈朝晖等利用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶5，平均粒径约20，采用该材料制备的电极与粗晶5制备的电极相比，具有相当的放电容量，更好的活化特性，但其循环寿命较短。三、锂离子电池材料阴极材料纳米2夏熙等用凝胶法制备的纳米2，放电容量为103/，充电容量为109/，长平台在39处，有明显提高放电平台的效果，循环稳定性也大为提高，但未见有混配效应。低热固相反应法合成纳米2，发现了混配效应:以一定比例与常规2
13、进行混配，做成电池测试，充电容量可达132/，放电容量为125/，放电平台在39，由于纳米颗粒增大了比表面积，令+更易嵌入和脱出，削弱了极化现象，循环性能比常规2明显提高，显示出较好的性能。纳米阳极材料中国科学院成都有机化学研究所“碳纳米管和其它纳米材料”的研究工作取得了阶段性成果。制得的碳纳米管层间距离为，略大于石墨的层间距，这有利于+的嵌入和脱出，它特殊的圆筒状构型不仅可使+从外壁和内壁两方面嵌入，而且可防止因溶剂化+的嵌入引起石墨层剥离而造成负极材料的损坏。实验表明，用该材料作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显着提高负极材料的嵌+容量和稳定性。中国科学院金属研究所等用有机物催化
14、热解法制备出单壁纳米碳管和多壁纳米碳管。他们的研究表明用纳米碳管作为电极，比容量可达到1100/，且循环性能稳定。香港科技大学用多孔的沸石晶体作载体，首次成功研制出尺寸最小，全球最细且排列规整的单壁纳米碳管，继而又发现在超导温度15以下呈现出特殊的一维超导特性。四、电容器材料由可充电电池和电容器共同组合的复合电源系统引起了人们的浓厚兴趣，特别是环保电动汽车研究的兴起，这种复合电源系统可在汽车启动、爬坡、刹车时提供大功率电源，因而可以降低电动车辆对蓄电池大功率放电的限制要求，大大延长蓄电池循环使用寿命，从而提高电动汽车的实用性。近年来以纳米碳管为代表的纳米碳材料的研究和作为电极材料的应用，为更高
15、性能的电化学超级电容器的研究开辟了新的途径。清华大学用催化裂解丙烯和氢气混合气体制备碳纳米管原料，再采用添加粘结剂或高温热压的工艺手段制备碳纳米管固体电极，通过适当的表面处理，制得的碳纳米管电极具有极高的比表面积利用率。用纳米碳管和2的复合电极制备双电层法拉第电容器，在纳米碳管比表面积为1502/时，电容量可达20/左右。清华大学已经制备出电容量达100的实验室样品。在充分利用纳米材料的表面特性和中空结构上，纳米碳管是目前最理想的超级电容器材料。五、结束语首先，材料的先进性必然会推动电池的先进性，因此纳米材料技术在电化学领域具有十分广阔的前景，不仅可使传统的电池性能达到一个新的高度，更有望开发出新型的电源。其次，由于纳米材料的研究目前大多处于实验室阶段，因此如何制得粒径可控的纳米颗粒，解决这些颗粒在贮存和运输过程中的团聚问题，简化合成方法，降低成本，是今后实用化应注意的问题。再次，纳米材料技术在电池中应用时，应注意
