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近年來，隨著全球?qū)τ诳稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾樱?a href="http://studentannounce.com/news/search.php?kw=%B9%E2%B7%FC" target="_blank">光伏行業(yè)得到了快速發(fā)展。作為一種優(yōu)秀的導(dǎo)電材料，石墨在光伏行業(yè)中的應(yīng)用也日益受到重視。

一、光伏產(chǎn)業(yè)用石墨制品的品種

石墨材料的來源分為天然石墨和人造石墨兩類。盡管天然石墨優(yōu)異的理化性能使之在各個科技工程領(lǐng)域受到重視和廣泛的應(yīng)用，但是天然石墨的粉體形態(tài)使其應(yīng)用受到了很大限制，而人造石墨的各項性能則比較均衡，逐漸發(fā)展成為一項具有廣闊市場前景的材料。

人造石墨負極材料是將針狀焦、石油焦、瀝青焦等原料在一定溫度下煅燒，再經(jīng)粉碎、分級、高溫石墨化制成，其高結(jié)晶度是通過高溫石墨化形成的。以天然石墨作主要材料或輔助原料按照人造石墨生產(chǎn)工藝制備的炭石墨制品已很多，有的甚至已經(jīng)形成較大的產(chǎn)業(yè)。

以石油焦，瀝青焦作原料的石墨制品特性對比

光伏電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其中石墨作為電極材料，可以提高光伏電池的轉(zhuǎn)化效率。石墨制品在光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用就使用碳石墨類材料的類型來講，有關(guān)業(yè)界專家認為，它有三個發(fā)展的階段。

第一類型為模壓（或擠壓、或振動）成型工藝法的石墨制品。這類石墨制品在半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的碳石墨材料產(chǎn)品群中，現(xiàn)在占有很小的一部分。第二類型為等靜壓成型工藝法的各向同性高純石墨制品。它占世界整個半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的石墨制品量的約有80%以上。第三類型為碳-碳纖維復(fù)合材料。這是一類在半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中替代石墨材料的更新型的材料及制品。

二、光伏產(chǎn)業(yè)用石墨制品的特性

(1) 密度

石墨單晶的理論密度是2.26g/cm3，通常人造石墨的密度都在1.5-1.9g/cm3之間，固體的熱解碳的密度可達2.1g/cm3，純石墨的密度值是其質(zhì)量除以體積 ﹙含所有的氣孔﹚所得的商。

(2) 機械強度

人造石墨不同于其它大部分的材料，它的抗張、抗折和抗壓強度會隨著溫度的升高而增大，當(dāng)達到2200K之后，其強度會下降。在2200K時，石墨的強度值較室溫時高一倍。

一般用于半導(dǎo)體、光伏工業(yè)的石墨材料的抗壓強度達到90-150Mpa；抗折強度為40-65Mpa。

(3) 導(dǎo)電性

同其他金屬不同，石墨的電阻溫度系數(shù)是負數(shù)。石墨的導(dǎo)電性好。接近絕對零，只擁有少數(shù)自由電子，本身可充當(dāng)絕緣體，隨著溫度的上升，其導(dǎo)電性會增加。石墨的導(dǎo)電性較許多金屬要高，且隨著溫度的增加其數(shù)值下降。石墨的導(dǎo)熱性隨著其石墨化程度的不同而有所不同。

(4) 熱膨脹性

石墨的熱膨脹系數(shù)以3×10-6K-1級排列，即只相當(dāng)于鐵的1/4。不同牌號的石墨其熱膨脹系數(shù)值會有所變化，也同石墨材料的各向異性及溫度有關(guān)。

(5) 比熱

石墨的比熱在500K-1500K溫度范圍內(nèi)變化較大，它隨著溫度的增高，也有較大的增高。而不同牌號的石墨，其比熱變化很小。

(6) 耐溫性

石墨不會熔化，但在3900K溫度時能耐溫至750K。石墨有非常好的抗熱沖擊性能，因此急速地加熱或冷卻，石墨都不會有問題。

(7) 可加工性

石墨容易加工，其邊緣強度和耐磨性好。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、公差嚴格的部件都可以通過精加工獲得。石墨具有很好的耐浸潤性，它不會被熔化的玻璃或大部分金屬浸潤。

三、石墨電極在光伏電池中的應(yīng)用

石墨電極是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導(dǎo)體，根據(jù)其質(zhì)量指標(biāo)高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。石墨電極包括：

（1）普通功率石墨電極。允許使用電流密度低于 17A／厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼、煉硅、煉黃磷等的普通功率電爐。

（2）抗氧化涂層石墨電極。表面涂覆一層抗氧化保護層的石墨電極，形成既能導(dǎo)電又耐高溫氧化的保護層，降低煉鋼時的電極消耗。

（3）高功率石墨電極。允許使用電流密度為18～25A／厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼的高功率電弧爐。

（4）超高功率石墨電極。允許使用電流密度大于 25A／厘米 2的石墨電極。主要用于超高功率煉鋼電弧爐。

石墨電極在光伏電池中的應(yīng)用主要是在電極制備的過程中。傳統(tǒng)的電極材料通常是導(dǎo)電性能比較差的材料，這樣會導(dǎo)致電極電阻大，使得光伏電池的輸出功率低下。而石墨電極具有良好的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，可以有效地提高電極的導(dǎo)電性能和穩(wěn)定性，提高光伏電池的轉(zhuǎn)化效率。

采用石墨電極可以將光伏電池的輸出功率提高約1.5倍，同時還能夠降低電極的電阻和損耗。石墨電極的制備成本較低，生產(chǎn)過程簡單，能夠有效地降低光伏電池的生產(chǎn)成本。

同時，石墨還可以作為太陽能反射鏡的反射面材料，能夠提高太陽能反射率，增強太陽能的聚光效果，提高太陽能發(fā)電的效率。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用石墨作為反射面材料可以將太陽能的聚光效果提高約20%~30%，采用石墨作為電極材料可以將太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率提高約1%~3%。

目前石墨電極的制備過程和材料性能的穩(wěn)定性還存在一定的問題。一方面，石墨電極的制備成本較高，需要采用高溫?zé)Y(jié)等特殊工藝，生產(chǎn)效率較低；另一方面，石墨電極的導(dǎo)電性能和穩(wěn)定性還需要進一步提高，以滿足光伏電池對于材料性能的要求。

四、未來的發(fā)展趨勢

隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾樱夥袠I(yè)的發(fā)展將會更加迅速。在這種背景下，石墨作為一種優(yōu)秀的導(dǎo)電材料，其在光伏行業(yè)中的應(yīng)用也將會得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。未來，隨著石墨材料的研究和開發(fā)的不斷深入，石墨在光伏行業(yè)中的應(yīng)用將會更加廣泛和深入。

同時，隨著科技的不斷進步，石墨作為太陽能反射鏡的反射面材料的應(yīng)用也將會得到更廣泛的推和應(yīng)用?？傊诠夥袠I(yè)中的應(yīng)用前景十分廣闊，未來的發(fā)展前景也是非常值得期待的。

石墨在光伏行業(yè)中的應(yīng)用也存在著一些挑戰(zhàn)和問題。首先，石墨作為一種天然材料，其性質(zhì)和品質(zhì)存在較大的差異，對于石墨的選擇和加工也存在一定的難度。其次，石墨在光伏電池中的應(yīng)用還需要進一步提高其導(dǎo)電性能和穩(wěn)定性，以滿足光伏電池對于材料性能的要求。此外，石墨在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用也需要進一步提高其反射率和耐高溫性能，以適應(yīng)太陽能聚光的需求。

針對上述問題，石墨材料的研發(fā)和加工技術(shù)的不斷提高，是解決問題的關(guān)鍵。同時，隨著新材料的研究和應(yīng)用，也將為石墨材料的應(yīng)用提供更多的選擇和可能性。例如，一些新型材料如石墨烯、碳納米管等，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，這些新型材料在光伏行業(yè)中的應(yīng)用也將會得到更廣泛的關(guān)注。

原標(biāo)題：石墨在光伏電池中的應(yīng)用