吸收太陽(yáng)能的最好材料有哪些

太陽(yáng)能簡(jiǎn)介

太陽(yáng)能（solar energy），是指太陽(yáng)的熱輻射能（參見(jiàn)熱能傳播的三種方式：輻射），主要表現(xiàn)就是常說(shuō)的太陽(yáng)光線。在現(xiàn)代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。

自地球上生命誕生以來(lái)，就主要以太陽(yáng)提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽(yáng)光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽(yáng)能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，太陽(yáng)能發(fā)電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽(yáng)能也包括地球上的風(fēng)能、化學(xué)能、水能等。

吸收太陽(yáng)能的最好材料有哪些

1、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體：?jiǎn)尉Ч?、多晶硅、二元和多元半?dǎo)體等等；

2、有機(jī)分子：如富勒烯衍生物（PCBM）等；

3、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料：如鈣鈦礦等；

4、金屬配合物：如DSSC中用到的N719染料分子；

5、量子點(diǎn)：如CdS等。

太陽(yáng)能選擇吸收膜

太陽(yáng)能的能量密度較低，并且物體表面吸收的能量又會(huì)以一定形式輻射出來(lái)。針對(duì)于這些問(wèn)題，在20世紀(jì)50年代，以色列物理學(xué)家Harry Z. Tabor，提出了太陽(yáng)能光譜選擇性吸收膜層的概念。此后，世界各國(guó)對(duì)太陽(yáng)能光譜選擇性吸收薄膜展開了大量的研究。現(xiàn)如今，從選擇膜的理論基礎(chǔ)研究到制備工藝，已經(jīng)形成了完整的學(xué)術(shù)體系，成為太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域的重要分支。今天，小編就簡(jiǎn)單為大家介紹下太陽(yáng)能選擇吸收涂層的原理，不當(dāng)之處，請(qǐng)大家溫柔提醒。

在理解選擇吸收的原理之前，首先應(yīng)明確幾個(gè)概念。

1、吸收率ε，指物體表面吸收的光能與光能總量之比。

2、發(fā)射率α，指物體輻射出射度與黑體輻射出射度之比。

3、輻射出射度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開輻射源表面一點(diǎn)處的面單元上的輻射能量除以該單元面積。

3、普朗克定律，該定律表示了黑體輻射出射度與波長(zhǎng)及溫度的關(guān)系。

4、基爾霍夫定律，基爾霍夫根據(jù)嚴(yán)密的推導(dǎo)得出實(shí)際物體在一定溫度下對(duì)于一定波長(zhǎng)的光，其吸收率等于發(fā)射率。

當(dāng)光線照射到物體表面時(shí)，其能量將被分為三個(gè)部分，一部分被吸收（α），一部分被反射（γ），一部分透過(guò)物體發(fā)生透射（t），即α+γ+t=1。而被吸收的部分能量還會(huì)由于熱輻射向周圍環(huán)境中輻射熱量。

物體的熱輻射與物體的溫度以及輻射光的波長(zhǎng)有關(guān)，下圖給出了太陽(yáng)輻射出射度以及100℃及40℃下輻射出射度隨波長(zhǎng)變化大的曲線。

太陽(yáng)的表面溫度約為6000K，其輻射的能量主要集中在可見(jiàn)光及近紅外區(qū)，而我們生活中常見(jiàn)的物體，表面溫度大概在300K左右，其輻射的能量主要集中在紅外線區(qū)域。這也就是說(shuō)物體表面所吸收的太陽(yáng)光能，主要集中在可見(jiàn)光以及近紅外區(qū)，而物體表面所發(fā)射的能量則主要集中在紅外線區(qū)。實(shí)際物體的輻射出射度（可理解成其損失的光能）等于與其溫度相同的黑體輻射出射度與發(fā)射率的乘積。

那么如果我們能使用一種薄膜，使其對(duì)于可見(jiàn)光以及近紅外區(qū)域具有較高的吸收率（獲得較多的光能），并且對(duì)于紅外線區(qū)域的光吸收率為零，根據(jù)基爾霍夫定律ε=α，則其對(duì)于可紅外區(qū)域光的發(fā)射率為零（減少能量損失）。則這種薄膜能夠?qū)崿F(xiàn)有效收集太陽(yáng)能薄膜的目的。

這便是太陽(yáng)能選擇性吸收薄膜的原理。

綜合以上，適合作為選擇吸收表面的材料大概有三類：

（1）在可見(jiàn)光及近紅外范圍內(nèi)有較高的吸收，在紅外范圍是透明的。

（2）對(duì)可見(jiàn)光及近紅外范圍內(nèi)有較高的吸收，在紅外范圍內(nèi)有較高的反射。

（3）在可見(jiàn)光及近紅外區(qū)是透明的，在紅外范圍具有較高的反射率。

在自然界并不存在理想的選擇性吸收材料和表面，因此在制備選擇性吸收薄膜時(shí)通常采用多層膜結(jié)構(gòu)，并將光學(xué)效應(yīng)應(yīng)用其中。在最外層利用減反射膜減少表面的反射損失，在里層利用薄膜的干涉效應(yīng)和光學(xué)陷阱去增強(qiáng)表面的吸收效率，最內(nèi)層采用紅外反射層，以減少紅外光的吸收。

太陽(yáng)能板的簡(jiǎn)單制作

第一步：制作氧化亞銅

首先切下一片電爐燒嘴大小的銅片。把手洗干凈，不要有任何的油脂或污漬。然后用肥皂或清潔劑洗銅片，不要留下任何油漬。再用砂紙打磨銅片，把所有的硫化物或表面腐蝕都去除。接著，把洗凈的干燥的銅片放在電爐上，把電爐調(diào)到最大功率。

隨著銅片的加熱，我們可以看到漂亮的氧化層的形成。橙色，紫色，紅色將會(huì)覆蓋銅片。

隨著銅片溫度的進(jìn)一步升高，彩色被一層黑色的氧化銅取代。這并不是我們要的氧化物，隨后它將剝落，顯示出下面的五顏六色的氧化亞銅層。

當(dāng)電爐變得熾熱，銅片上將覆蓋一層黑色的氧化銅。讓它繼續(xù)加熱半個(gè)小時(shí)，銅片表面的氧化銅層將變厚。這點(diǎn)很重要，厚的氧化銅層能夠很好地剝落，而薄的氧化銅層會(huì)緊貼在銅的表面。

半個(gè)小時(shí)后，關(guān)掉電爐。把銅片留在電爐上讓它慢慢降溫，如果你把它過(guò)快地冷卻，黑色的氧化物會(huì)粘住銅片。

隨著銅片冷卻，它逐漸收縮。黑色氧化銅也收縮，但它們以不同的速率收縮，這樣就使得黑色的氧化銅脫落。

當(dāng)銅片的溫度降至室溫，大部分的黑色氧化銅都脫落了。在流動(dòng)的水下面輕輕地擦洗銅片上小的黑斑。不要試圖用力地擦洗或彎曲銅片以去除所有的黑斑，這樣會(huì)破壞銅片表面的氧化亞銅。

第二步：組裝 切下另外一片銅片，大小與上一片一樣。輕輕地彎曲兩片銅片，使它們能嵌入塑料瓶且互不接觸。面向電爐的氧化亞銅層最好面向塑料瓶的外面，因?yàn)樗谋砻孀罟饣?，最干凈?夾上兩個(gè)彈簧夾，一個(gè)夾到新的銅片上，導(dǎo)線連到電流表的正極；一個(gè)夾到覆有氧化亞銅的銅片上，導(dǎo)線連到電流表的負(fù)極。 現(xiàn)在，將兩大湯匙鹽放入熱的自來(lái)水中攪拌，直到鹽全部溶解。然后仔細(xì)地將鹽水倒進(jìn)塑料瓶，小心不要弄濕了彈簧夾。鹽水不必完全覆蓋銅片，你應(yīng)該在水上留有至少2CM，這樣當(dāng)你移動(dòng)它的時(shí)候，水就不會(huì)弄濕彈簧夾。

第三步：發(fā)電

圖1顯示的是太陽(yáng)能電池在陰影下。注意，此時(shí)電流表的讀數(shù)大概是6微安

圖2顯示的是太陽(yáng)光下的太陽(yáng)能電池。注意，電流表讀數(shù)已經(jīng)跳至33微安，有時(shí)，它還能超過(guò)50微安。

以我們晶硅的電池來(lái)說(shuō)吧，那就更簡(jiǎn)單啦，都不用玻璃了，硅片就是襯底，去拿找硅片？沙子里其實(shí)就是二氧化硅了，不過(guò)你需要想辦法分離出來(lái)再提純到99.999999%以上。下面就是在硅片上做個(gè)pn結(jié)，再接上電極就好了，這里也需要一些小工具一個(gè)/或多個(gè)去損傷層和制絨的化學(xué)槽（實(shí)在沒(méi)有就找個(gè)燒杯做一下吧，注意控制時(shí)間和溫度，完全溶掉就不好了）；一臺(tái)擴(kuò)散爐來(lái)?yè)诫s（high efficiency emitter的擴(kuò)散配方就不用擔(dān)心了，爐子公司會(huì)配工程師上門培訓(xùn)）一臺(tái)PECVD來(lái)鍍件反射膜（這個(gè)有點(diǎn)麻煩了，會(huì)有些有毒氣體排放，要不還是找個(gè)透明膠貼在正面好了，記得1/4波長(zhǎng)厚度才有減反效果）一臺(tái)絲網(wǎng)印刷機(jī)（配套鋁漿國(guó)產(chǎn)的就行，正面銀漿的話，iphone用戶就去買杜邦的漿料吧，用三星的就去買三星的漿料）最后還有燒結(jié)爐（還是買5個(gè)爐室的吧，反正前面的錢也都花了）正反面電極做好就可以放在太陽(yáng)下拿萬(wàn)用表測(cè)出電壓了，大功告成。