新能源材料与器件制备技术 课件 第1章 概述

《新能源材料与器件制备技术》

第一章概述1.1.1新能源新能源一般是相对于传统能源，如煤、石油和天然气等，尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源，例如太阳能、氢能、化学能等。新能源具有分布广、储量大和清洁环保的特点。21.1新能源材料与器件的基本概念图1-1中国新能源的种类1.1.2新能源材料材料的种类很多，按性能可分为结构材料和功能材料，按材料化学组成，可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料。绝大多数材料均可以在新能源领域找到其应用场景。新能源材料：特指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的核心关键材料，是新能源发展的核心和基础。31.1.3新能源器件新能源器件（advancedenergydevices）是指以新能源材料为核心，经过科学的优化设计和加工，最终能实现能源转换、能源存储和应用的装置。图1-2电化学储能的应用领域41.2新能源材料与器件的发展趋势多晶硅、硅棒及硅锭制备工艺的发展方向：

1）开发成本更低、能耗更少的多晶硅生产工艺技术。2）单晶通过大装料、高拉速、使用新型材料、自动化和智能化等工艺及设备实现直径增大，拉晶质量提高，晶体内部缺陷浓度降低。3）在保证质量的基础上增加硅锭尺寸，降低成本。51.2.1光伏材料与器件太阳电池硅片及其制备技术的发展方向：1）大直径化和加工质量参数的细微化2）优化切割工艺降低损耗，提高生产效率。晶硅太阳电池的发展方向：叠加TOPCon、HJT等电池技术的复合钝化背接触、隧道氧化物钝化接触、背接触晶硅异质结等全背接触晶硅太阳电池。非硅光伏材料与器件的发展方向：

薄膜太阳能电池、叠层太阳电池。

61.2.2锂离子电池材料与器件电池材料的发展方向：

资源丰富、成本低廉是储能电池及材料长远发展的基础。磷酸铁锂正极材料、高镍低钴正极材料、锰系正极材料以及钠离子电池正极材料是未来正极材料的主要方向。

高功率密度、高能量密度、长循环寿命和在极端条件下的应用场景是电池材料发展的主要方向。7锂离子电池在小规模储能上已获得了广泛应用锂离子单体电池的发展方向：

1）单体电池的大型化：提高能量密度和循环寿命，降低成本，简化系统管理的难度和复杂度。2）微型电池和柔性电池：采用特殊的电池结构和制造工艺，应用于医疗、传感器与可穿戴设备领域。3）固态锂二次电池：应用聚合物或有机/无机复合物组成的电解液以及开发合适的电极材料和工艺解决当前液态电解质不稳定的问题。8制氢技术的发展方向：灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢是方向。采用可再生能源电解水制氢是真正的清洁能源生产技术是制氢技术的重要产业化方向。

基于水分解制氢的其它技术，例如热化学制氢、光化学制氢，以及基于生物质的制氢技术也是未来发展的新技术方向。9氢能与燃料电池已迈入商业化阶段1.2.3氢能与燃料电池储运氢技术的发展方向：把氢分子以原子态或者离子态储存起来，在升高温度或者降低压力的条件下释放出来，不仅可以提高储氢系统的安全性，同时可以把单位体积的储能密度大幅提高，是储运氢技术的发展方向。燃料电池的发展方向：开发低铂或无铂催化剂关键材料和低成本关键部件是降低PEMFC成本的主要发展方向。发展服役条件下长寿命的材料，优化电堆组装技术是提高燃料电池堆寿命的方向。

10氢能应用场景的拓展方向：未来氢经济的实现将以氢能在交通领域的大规模使用为标志。此外，氢在基于可再生能源的大规模固定式储能和发电、离网电源、屋宇自给式供电、便携式移动电源、小型电动车等领域将发挥重要作用，为“双碳”目标做出突出贡献。11图1-3氢能的应用领域课堂提