近年來，隨著全球?qū)τ诳稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾樱?a href="http://xivipbz.cn/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(gè)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(xiàng)性能則比較均衡，逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)具有廣闊市場前景的材料。
人造石墨負(fù)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(jí)、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(rèn)為，它有三個(gè)發(fā)展的階段。
第一類型為模壓（或擠壓、或振動(dòng)）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(gè)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(dá)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(jī)械強(qiáng)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(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而增大，當(dāng)達(dá)到2200K之后，其強(qiáng)度會(huì)下降。在2200K時(shí)，石墨的強(qiáng)度值較室溫時(shí)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(qiáng)度達(dá)到90-150Mpa；抗折強(qiáng)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(fù)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(huì)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(jí)排列，即只相當(dāng)于鐵的1/4。不同牌號(hào)的石墨其熱膨脹系數(shù)值會(huì)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(hào)的石墨，其比熱變化很小。
(6) 耐溫性
石墨不會(huì)熔化，但在3900K溫度時(shí)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(huì)有問題。
(7) 可加工性
石墨容易加工，其邊緣強(qiáng)度和耐磨性好。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、公差嚴(yán)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(huì)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(jìn)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(hù)層的石墨電極，形成既能導(dǎo)電又耐高溫氧化的保護(hù)層，降低煉鋼時(shí)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(huì)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(shí)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(shí)，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(qiáng)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(jìn)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(huì)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(huì)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(huì)更加廣泛和深入。
同時(shí)，隨著科技的不斷進(jìn)步，石墨作為太陽能反射鏡的反射面材料的應(yīng)用也將會(huì)得到更廣泛的推和應(yīng)用?？傊?，石墨在光伏行業(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(jìn)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(jìn)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(shí)，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(huì)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
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