第I部分 電池、鎢、鉬和稀土的介紹
第二章 常見電池的介紹（下）
2.9 鈉離子電池
鈉離子電池（NIBs）是一種新型電池技術(shù)，其正極材料通常采用鈉鹽，負(fù)極材料則采用鋁箔。在電池充放電過程中，鈉離子會從正極移動到負(fù)極或從負(fù)極移動到正極，以實(shí)現(xiàn)電荷的平衡。這種電池具有高能量密度、長壽命、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似，不同之處在于鈉離子電池使用鈉離子作爲(wèi)電荷載體，而鋰離子電池使用鋰離子作爲(wèi)電荷載體。由于鈉離子電池的鈉離子尺寸較大，因此在充放電過程中難以嵌入和脫出電極材料，因此需要采用特殊的電極材料和電解質(zhì)體系來提高電池的電化學(xué)性能。
鈉離子電池
鈉離子電池的研究和開發(fā)始于20世紀(jì)80年代，但直到近年來隨著鋰離子電池技術(shù)的成熟和普及，鈉離子電池才逐漸受到關(guān)注。目前，全球範(fàn)圍內(nèi)有許多公司和實(shí)驗(yàn)室正在研究和開發(fā)鈉離子電池技術(shù)，幷取得了一些突破性進(jìn)展。
鈉離子電池的應(yīng)用前景廣泛，可以用于電動汽車、儲能系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的備用電源等領(lǐng)域。由于鈉離子電池的原料成本較低，且鈉鹽的儲量豐富，因此可以大大降低電池的成本。此外，鈉離子電池的安全性也較高，不會發(fā)生像鋰離子電池那樣的過熱或燃燒等危險(xiǎn)情況。
然而，鈉離子電池的充放電速度較慢，且循環(huán)壽命較短，因此還需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。此外，由于鈉離子電池技術(shù)的成熟度和商業(yè)化程度較低，目前市場上的主要電池技術(shù)仍然是鋰離子電池。但是，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的增加，鈉離子電池有望在未來成爲(wèi)主流電池技術(shù)之一。
2.9.1 鈉離子電池基本結(jié)構(gòu)
2.9.1.1 鈉離子電池正極材料
2.9.1.1.1 鈉電池層狀氧化物正極材料
2.9.1.1.2 鈉電池普魯士藍(lán)正極材料
2.9.1.1.3 鈉電池聚陰離子化合物正極材料
2.9.1.2 鈉離子電池負(fù)極材料
2.9.1.2.1 鈉電池碳負(fù)極材料
2.9.1.2.2 鈉電池鎢基負(fù)極材料
鈉電池的鎢基負(fù)極材料是一種新興的電池技術(shù)，具有高能量密度、長壽命、低成本等優(yōu)點(diǎn)。這種材料是通過將鎢基金屬納米顆粒與碳複合，形成一種類似于石墨的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)在鈉離子電池中作爲(wèi)負(fù)極材料的應(yīng)用。
中鎢在綫三氧化鎢
鎢基負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)在于其高能量密度，可達(dá)到250mAh/g以上，同時其循環(huán)壽命也較長，能夠達(dá)到1000次以上。此外，由于鎢基金屬的化學(xué)穩(wěn)定性較高，這種材料在高溫和高電壓條件下也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
然而，鎢基負(fù)極材料也存在一些問題需要解決。首先，其製備過程較爲(wèi)複雜，成本較高。其次，雖然其循環(huán)壽命較長，但是在快速充放電的條件下，其容量會迅速衰減，影響電池的性能。此外，鎢基金屬的電導(dǎo)率較低，會對電池的電化學(xué)性能産生影響。
爲(wèi)了克服這些問題，科研人員正在研究如何優(yōu)化鎢基負(fù)極材料的製備工藝和結(jié)構(gòu)，以提高其電導(dǎo)率和循環(huán)性能。同時，也在探索將鎢基負(fù)極材料與其他材料相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更高效、更可靠的鈉離子電池。
2.9.1.2.4 鈉電池合金負(fù)極材料
2.9.1.3 鈉離子電池隔膜
2.9.1.4 鈉離子電池電解液
2.9.2 鈉離子電池工作原理
2.9.3 鈉離子電池主要特性
2.9.4 鈉離子電池生産工序
2.9.5 鈉離子電池性能的影響因素
2.9.5.1 正極材料對鈉離子電池性能的影響
2.9.5.2 負(fù)極材料對鈉離子電池性能的影響
2.9.5.3 隔膜對鈉離子電池性能的影響
2.9.5.4 電解液對鈉離子電池性能的影響
2.9.5.5 放電深度對鈉離子電池壽命的影響
2.9.5.6 過充電程度對鈉離子電池壽命的影響
2.9.5.7 溫度對鈉離子電池壽命的影響
2.9.5.8 放電電流密度對鈉離子電池壽命的影響
2.9.6 鈉離子電池技術(shù)指標(biāo)
2.9.7 鈉離子電池使用注意事項(xiàng)
2.9.8 鈉離子電池的應(yīng)用
2.9.9 鈉離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀
自20世紀(jì)80年代以來，鈉離子電池技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了近40年的發(fā)展。早期的鈉離子電池主要集中在研究層狀氧化物、普魯士藍(lán)類化合物等正極材料，而負(fù)極主要采用石墨或硬碳等碳基材料。然而，由于鈉離子半徑較大，無法在石墨或硬碳中可逆脫嵌，因此早期的鈉離子電池容量較低，循環(huán)壽命也不理想。
近年來，隨著科研技術(shù)的進(jìn)步，鈉離子電池的性能得到了顯著提升。一方面，研究者們發(fā)現(xiàn)了新的正極材料，如層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物等，這些材料具有較高的理論容量和良好的電化學(xué)性能。另一方面，研究者們也探索了新的負(fù)極材料，如合金類材料、碳基材料等，這些材料在鈉離子嵌入和脫出過程中表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和可逆性。
目前，鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。一些大型能源企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始進(jìn)行鈉離子電池的量産和推廣。例如，中國的新能源企業(yè)寧德時代已經(jīng)成功開發(fā)出了具有自主知識産權(quán)的鈉離子電池，幷計(jì)劃在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量産。此外，一些國際知名科研機(jī)構(gòu)和高校也在積極開展鈉離子電池的研究和開發(fā)工作，爲(wèi)未來的能源存儲技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
前瞻産業(yè)研究院2021-2022年全球鈉離子電池行業(yè)市場規(guī)模
前瞻産業(yè)研究院消息顯示，根據(jù)全球調(diào)研機(jī)構(gòu)BISResearch發(fā)布的報(bào)告數(shù)據(jù)，2021年全球鈉離子電池市場規(guī)模約爲(wèi)5.28億美元，2022年約5.49億美元，其中亞太地區(qū)因新能源市場的快速增長，成爲(wèi)鈉離子電池相關(guān)産品應(yīng)用的最大市場。
智研諮詢消息顯示，2022年我國鈉離子電池産量約爲(wèi)0.5Gwh，鈉離子電池需求總量爲(wèi)0.10GWh；預(yù)計(jì)2023年我國鈉離子電池産量約爲(wèi)3Gwh，鈉離子電池需求總量爲(wèi)1.65GWh左右。從我國鈉離子電池需求分布領(lǐng)域來看，預(yù)計(jì)2023年國內(nèi)需求總量在1.652GWh左右，其中兩輪車領(lǐng)域需求爲(wèi)0.44GWh，占26.67%；A00級電動車領(lǐng)域需求爲(wèi)0.72GWh，占43.64%；儲能領(lǐng)域需求爲(wèi)0.08GWh，占4.85%；電動工具、工程機(jī)械、啓動電源等其他領(lǐng)域需求爲(wèi)0.41GWh，占24.85%。
智研諮詢2021-2023年中國鈉離子電池産量及需求量情況
據(jù)悉，目前中國布局鈉離子電池生産和製造的企業(yè)主要分爲(wèi)兩類。一類是傳統(tǒng)的鋰電池廠商，如寧德時代、欣旺達(dá)、億緯鋰能、鵬輝能源。這些企業(yè)在鋰電池領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)和資源，幷且看到了鈉離子電池的潛力和未來發(fā)展趨勢，因此開始切入鈉離子電池的生産和製造。
另一類是創(chuàng)新型企業(yè)，如中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源和傳藝科技。這些企業(yè)多爲(wèi)初創(chuàng)公司，有著較強(qiáng)的研發(fā)能力和技術(shù)背景，專注于探索和開發(fā)鈉離子電池的新技術(shù)和新應(yīng)用。它們通常會從“0”到“1”參與鈉離子電池産業(yè)布局，通過技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)投入來推動鈉離子電池的發(fā)展和應(yīng)用。
無論是傳統(tǒng)鋰電池廠商還是創(chuàng)新型企業(yè)，它們在布局鈉離子電池生産和製造時都有自己的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)鋰電池廠商在生産工藝、質(zhì)量控制、供應(yīng)鏈管理等方面有著較強(qiáng)的實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，而創(chuàng)新型企業(yè)在技術(shù)研發(fā)、産品創(chuàng)新、市場開拓等方面更具活力和靈活性。
鈉離子電池是國家政策重點(diǎn)支持發(fā)展的新型電池技術(shù)之一。未來智庫消息顯示，2021年4月，國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中，首次將鈉離子電池列入其中。2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局在《“十四五”新型儲能發(fā)展方案》中明確提出要推動多元化技術(shù)開發(fā)，要開展鈉離子電池、新型鋰離子電池等關(guān)鍵技術(shù)裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，集中攻關(guān)。2022年7月，在工信部發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)2022年第二批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂和外文版項(xiàng)目計(jì)劃的通知》中，我國首批鈉離子電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鈉離子電池術(shù)語和詞匯》（2022-1103T-SJ）和《鈉離子電池符號和命名》（2022-1102T-SJ）計(jì)劃正式下達(dá)。
2.9.10 鈉離子電池的發(fā)展前景
2.9.11鈉離子電池的發(fā)展瓶頸
2.10 鋅離子電池
2.10.1 鋅離子電池基本結(jié)構(gòu)
2.10.1.1 鋅離子電池正極材料
2.10.1.1.1 鋅電池正極材料的種類
2.10.1.1.2 鋅電池正極材料的製備方法
2.10.1.2 鋅離子電池負(fù)極材料
2.10.1.2.1 鋅電池負(fù)極材料的種類
2.10.1.3 鋅離子電池隔膜
2.10.1.3.1 鋅電池聚合物材料的選擇
2.10.1.3.2 鋅電池聚合物材料的優(yōu)化
2.10.1.4 鋅離子電池電解液
2.10.1.4.1 鋅電池水系電解液
2.10.1.4.2 鋅電池非水系電解液
2.10.1.4.3 鋅電池混合電解液
2.10.2 鋅離子電池工作原理
鋅離子電池是一種先進(jìn)的電池類型，具有高能量密度、長壽命和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本文將詳細(xì)探討鋅離子電池的工作原理，包括正負(fù)極的反應(yīng)過程、電解液的作用以及電池的充電和放電過程。
二氧化錳
鋅離子電池的正極通常采用金屬氧化物材料，如MnO2、NiOOH等。在充電過程中，正極材料中的金屬離子被氧化，釋放出電子幷轉(zhuǎn)移到外電路中，同時生成Zn2+離子。這個過程可以用以下反應(yīng)方程式表示：MnO2+H2O+e-→MnOOH+OH-；NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-
在放電過程中，Zn2+離子通過電解液遷移到負(fù)極表面，幷還原成金屬鋅，同時釋放出電子傳遞到外電路中。這個過程可以用以下反應(yīng)方程式表示：Zn2++2e-→Zn
鋅離子電池的充電和放電過程是通過外部電路實(shí)現(xiàn)的。在充電時，正極材料中的金屬離子被氧化，電子通過外部電路傳遞到負(fù)極表面，同時生成Zn2+離子。在放電時，Zn2+離子通過電解液遷移到負(fù)極表面，幷還原成金屬鋅，同時釋放出電子傳遞到外電路中。這個過程中，電解液中的離子也會進(jìn)行遷移和反應(yīng)，以維持電池的正常工作。
2.10.3 鋅離子電池主要特性
2.10.4 鋅離子電池生産工序
2.10.5 鋅離子電池性能的影響因素
2.10.5.1 正極材料對鋅離子電池性能的影響
2.10.5.2 負(fù)極材料對鋅離子電池性能的影響
2.10.5.3 隔膜對鋅離子電池性能的影響
2.10.5.4 電解液對鋅離子電池性能的影響
2.10.5.5 放電深度對鋅離子電池壽命的影響
2.10.5.6 過充電程度對鋅離子電池壽命的影響
2.10.5.7 工作溫度對鋅離子電池壽命的影響
2.10.5.8 放電電流密度對鋅離子電池壽命的影響
2.10.6 鋅離子電池技術(shù)指標(biāo)
2.10.7鋅離子電池使用注意事項(xiàng)
2.10.8 鋅離子電池的應(yīng)用
2.10.9 鋅離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀
2.10.10 鋅離子電池的發(fā)展前景
2.10.11 鋅離子電池的發(fā)展瓶頸
2.11 鎳氫電池
2.11.1 鎳氫電池基本結(jié)構(gòu)
2.11.1.1 鎳氫電池正極材料
2.11.1.2 鎳氫電池負(fù)極材料
2.11.1.3 鎳氫電池隔膜
2.11.1.4 鎳氫電池電解液
2.11.2 鎳氫電池工作原理
2.11.3 鎳氫電池主要特性
2.11.4 鎳氫電池生産工序
2.11.5 鎳氫電池性能的影響因素
2.11.5.1 正極材料對鎳氫電池性能的影響
2.11.5.2 負(fù)極材料對鎳氫電池性能的影響
2.11.5.3 隔膜對鎳氫電池性能的影響
2.11.5.4 電解液對鎳氫電池性能的影響
2.11.5.5 放電深度對鎳氫電池壽命的影響
2.11.5.6 過充電程度對鎳氫電池壽命的影響
2.11.5.7 工作溫度對鎳氫電池壽命的影響
2.11.5.8 放電電流密度對鎳氫電池壽命的影響
2.11.6 鎳氫電池技術(shù)指標(biāo)
2.11.7 鎳氫電池使用注意事項(xiàng)
2.11.8 鎳氫電池的應(yīng)用
2.11.9 鎳氫電池的發(fā)展現(xiàn)狀
鎳氫電池，幾十年的發(fā)展歷程見證了其逐漸成熟的過程。如今，鎳氫電池的技術(shù)水平和性能已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水準(zhǔn)，使得它廣泛應(yīng)用于混合動力汽車、電子設(shè)備、備用電源等領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外鎳氫電池的比能量一般在60~80Wh/kg之間。這意味著每公斤的電池可以提供60~80瓦時（Wh）的電能，這個能量密度在電池界處于領(lǐng)先地位。而比功率在500~1000W/kg之間，這意味著電池可以在短時間內(nèi)提供大量的電力，這對于高功率應(yīng)用場景尤爲(wèi)重要。循環(huán)壽命方面，鎳氫電池的循環(huán)壽命在500~2000次之間，這也與其質(zhì)量和使用環(huán)境有關(guān)。，從成本角度來看，鎳氫電池的成本約爲(wèi)200~300元/kg，相較于其他類型的電池，其成本相對較低。
目前，全球鎳氫電池生産主要集中在中國和日本，我國以生産小型鎳氫電池爲(wèi)主，日本則以生産大型鎳氫電池爲(wèi)主。同豐工程規(guī)劃消息顯示，日本松下開發(fā)的鎳氫電池，比能量達(dá)到了100Wh/kg，比功率達(dá)到了1500W/kg，循環(huán)壽命達(dá)到了3000次。美國通用汽車公司開發(fā)鎳氫電池，比能量達(dá)到了90Wh/kg，比功率達(dá)到了1200W/kg，循環(huán)壽命達(dá)到了2000次。中國中炬高新技術(shù)實(shí)業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司開發(fā)的鎳氫電池，比能量達(dá)到了80Wh/kg，比功率達(dá)到了1000W/kg，循環(huán)壽命達(dá)到了1500次。
鎳氫電池
思瀚産業(yè)研究院消息顯示，2006 年，我國已成爲(wèi)全球鎳氫電池第一生産國。根據(jù) Wind 數(shù)據(jù)，2022 年我國鎳氫電池産品出口額爲(wèi) 5.52 億美元，同比增長 21.44%。QYResearch 調(diào)研顯示，2022 年全球小型鎳氫電池市場規(guī)模大約爲(wèi) 7.76 億美元。
根據(jù)中金普華産業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2019年鎳氫電池産業(yè)市場規(guī)模約爲(wèi)44.37億元，受疫情影響，到2020年産業(yè)市場規(guī)模略有下降，爲(wèi)39.49億元，現(xiàn)有混合動力電池99%的市場份額爲(wèi)鎳氫動力電池。預(yù)計(jì)到2023年，隨著新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，以及國家對綠色環(huán)保産業(yè)的支持，鎳氫電池産業(yè)市場規(guī)模將恢復(fù)增長，達(dá)到50億元左右。
2.11.10 鎳氫電池的發(fā)展前景
2.11.11 鎳氫電池的發(fā)展瓶頸
2.12 燃料電池
2.12.1 燃料電池基本結(jié)構(gòu)
2.12.1.1 燃料電池陽極材料
2.12.1.2 燃料電池陰極材料
2.12.1.3 燃料電池隔膜
2.12.1.4 燃料電池電解質(zhì)
2.12.1.5 燃料電池催化劑
燃料電池的催化劑的作用是促進(jìn)氫氣和氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化爲(wèi)電能。催化劑的選擇和使用直接影響到燃料電池的性能和壽命。因此，燃料電池催化劑的研究和開發(fā)對于燃料電池的發(fā)展至關(guān)重要。
然而，目前燃料電池所面臨的難題之一是催化劑的抗腐蝕性差、使用壽命短，以及催化劑成本高。針對這些問題，研究者們一直在尋找更加高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的催化劑。最近，一種新型的催化劑——Pt/WO3/C引起了人們的關(guān)注。這種催化劑是由強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性的三氧化鎢（WO3）代替部分碳材料作爲(wèi)燃料電池載體，進(jìn)而與鉑（Pt）形成協(xié)同催化作用。這種催化劑具有極高的抗腐蝕性和使用壽命，同時還能降低催化劑的成本，提高催化活性。
三氧化鎢是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能。它具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，能夠在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)鹼等環(huán)境下保持穩(wěn)定性。因此，WO3是一種理想的催化劑載體材料。在燃料電池中，WO3可以作爲(wèi)陽極氧化的催化劑，促進(jìn)氧氣的還原反應(yīng)。同時，由于WO3與鉑具有協(xié)同催化作用，可以減少貴金屬鉑的使用量，降低催化劑的成本。
中鎢在綫三氧化鎢
Pt/ WO3/C催化劑的結(jié)構(gòu)和製備方法對催化劑的性能有著至關(guān)重要的影響。在製備過程中，需要嚴(yán)格控制催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和形貌，以保證催化劑的抗腐蝕性、穩(wěn)定性和催化活性。同時，還需要對催化劑進(jìn)行優(yōu)化和修飾，以提高其電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。
相比于傳統(tǒng)的貴金屬催化劑，Pt/WO3/C催化劑具有更高的抗腐蝕性和使用壽命。這主要是因爲(wèi)WO3的化學(xué)穩(wěn)定性高，能夠有效地保護(hù)催化劑不受腐蝕。同時，由于WO3與鉑的協(xié)同催化作用，可以降低鉑的使用量，進(jìn)一步降低催化劑的成本。此外，Pt/ WO3/C催化劑還具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性，能夠提高燃料電池的功率密度和淨(jìng)功率。
除了Pt/WO3/C之外，還有其他類型的燃料電池催化劑，如Pt/C、Ru/C等。這些催化劑中，鉑和釕等貴金屬具有較高的催化活性，但它們的成本較高，且易受中毒影響。因此，研究者們一直在尋找更加高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的催化劑。
在催化劑的研究和開發(fā)中，除了催化劑的選擇和製備之外，還需要考慮催化劑的穩(wěn)定性、抗毒性和可回收性等因素。同時，還需要深入研究電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和動力學(xué)，以優(yōu)化催化劑的性能和設(shè)計(jì)。
2.12.1.6 燃料電池集電器
2.12.2 燃料電池工作原理
2.12.3 燃料電池主要特性
2.12.4 燃料電池生産工序
2.12.5 燃料電池性能的影響因素
2.12.5.1 陽極材料對燃料電池性能的影響
2.12.5.2 陰極材料對燃料電池性能的影響
2.12.5.3 催化劑對燃料電池性能的影響
2.12.5.4 隔膜對燃料電池性能的影響
2.12.5.5 電解質(zhì)對燃料電池性能的影響
2.12.5.6 集電器對燃料電池性能的影響
2.12.5.7 工作溫度對燃料電池壽命的影響
2.12.5.8 工作壓力對燃料電池壽命的影響
2.12.5.9 電流密度對燃料電池壽命的影響
2.12.6 燃料電池技術(shù)指標(biāo)
2.12.7 燃料電池使用注意事項(xiàng)
2.12.8 燃料電池的應(yīng)用
2.12.9 燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀
2.12.10 燃料電池的發(fā)展前景
2.12.11 燃料電池的發(fā)展瓶頸
2.13 太陽能電池
太陽能電池是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片，又稱爲(wèi)“太陽能芯片”或“光電池”。它只要被滿足一定照度條件的光照度，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下産生電流。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光伏效應(yīng)工作的晶矽太陽能電池爲(wèi)主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的薄膜電池實(shí)施太陽能電池則還處于萌芽階段。2023年2月28日，國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布《中華人民共和國2022年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，報(bào)告顯示：2022年全年太陽能電池（光伏電池）産量3.4億千瓦，增長46.8%。 2023年一季度，中國太陽能電池出口突破900億元，增長23.6%。
太陽能電池
2.13.1 太陽能電池基本組成
太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)包括PN結(jié)、金屬電極和半導(dǎo)體材料。PN結(jié)是太陽能電池的核心部分，由兩種半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其中P型半導(dǎo)體富含空穴，N型半導(dǎo)體則富含自由電子。當(dāng)兩種半導(dǎo)體材料接觸時，由于電子濃度的差異，電子會從N型區(qū)域向P型區(qū)域移動，形成一個耗盡層。這個耗盡層中會形成一個電場，使得電子不能在P型區(qū)域和N型區(qū)域之間自由移動。
太陽能電池中還有兩個金屬電極，一個是P型半導(dǎo)體接觸的金屬電極，另一個是N型半導(dǎo)體接觸的金屬電極。這兩個電極將太陽能電池和外部電路連接起來。
此外，矽太陽能電池的工作原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。在矽晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時，矽晶體中就會存在著一個空穴。而摻入磷原子以後，因爲(wèi)磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成N（negative）型半導(dǎo)體。
2.13.1.1 太陽能電池PN結(jié)
太陽能電池中的PN結(jié)是太陽能電池的核心部分，它的性能直接影響太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。下面將詳細(xì)介紹太陽能電池的PN結(jié)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作原理。
太陽能電池的PN結(jié)是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間形成的界面。P型半導(dǎo)體中含有大量空穴，而N型半導(dǎo)體中含有大量自由電子。在P型和N型半導(dǎo)體之間會形成一個電勢差，這個電勢差是PN結(jié)産生電壓的基礎(chǔ)。
PN結(jié)特點(diǎn)：具有高光電轉(zhuǎn)換效率，可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，幷且轉(zhuǎn)換效率與光照強(qiáng)度和光譜分布有關(guān)。PN結(jié)的溫度穩(wěn)定性較好，可以在較寬的溫度範(fàn)圍內(nèi)工作。PN結(jié)的可靠性強(qiáng)，可以長時間穩(wěn)定工作。PN結(jié)耐候性好，可以在各種氣候條件下工作。
PN結(jié)工作原理：當(dāng)太陽光照射在太陽能電池上時，光子穿過透明導(dǎo)電膜照射在PN結(jié)上，光子與半導(dǎo)體材料中的電子相互作用，電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，形成自由電子和自由空穴。自由電子和自由空穴分別被N型和P型半導(dǎo)體中的電場分離，形成電勢差。這個電勢差是太陽能電池産生電壓的基礎(chǔ)。
太陽能電池
PN結(jié)的影響因素：光照強(qiáng)度：光照強(qiáng)度越大，PN結(jié)産生的電流和電壓越大。光譜分布：光譜分布對PN結(jié)的轉(zhuǎn)換效率也有影響。在光譜分布不均勻的情況下，PN結(jié)的轉(zhuǎn)換效率會降低。溫度：溫度對PN結(jié)的轉(zhuǎn)換效率也有影響。隨著溫度的升高，PN結(jié)的轉(zhuǎn)換效率會降低。材料質(zhì)量：材料質(zhì)量對PN結(jié)的轉(zhuǎn)換效率也有影響。高質(zhì)量的材料可以獲得更高的轉(zhuǎn)換效率。
爲(wèi)了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，人們不斷優(yōu)化PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和材料。例如，采用多結(jié)太陽能電池、染料敏化太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池等技術(shù)可以提高太陽光的吸收效率和載流子的傳輸效率，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，采用新材料和新技術(shù)也可以提高太陽能電池的穩(wěn)定性和耐候性。
2.13.1.2 太陽能電池金屬電極
2.13.1.3 太陽能電池透明導(dǎo)電膜
2.13.1.4 太陽能電池矽片
2.13.2 太陽能電池工作原理
2.13.3 太陽能電池主要特性
2.13.4 太陽能電池生産工序
2.13.5 太陽能電池性能的影響因素
2.13.5.1 矽片質(zhì)量對太陽能電池性能的影響
2.13.5.2 矽片厚度對太陽能電池性能的影響
2.13.5.3 光照強(qiáng)度對太陽能電池性能的影響
2.13.5.4 工作溫度對太陽能電池性能的影響
2.13.6 太陽能電池技術(shù)指標(biāo)
2.13.7 太陽能電池使用注意事項(xiàng)
2.13.8 太陽能電池的應(yīng)用
2.13.9 太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀
2.13.10 太陽能電池的發(fā)展前景
2.13.11太陽能電池的發(fā)展瓶頸
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《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，下）》
《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，中）》
《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，上）》
